项目名称: 温度影响下形状记忆合金/橡胶复合材料的界面力学特性及损伤行为研究

项目编号: No.11502181

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 李旭

作者单位: 武汉理工大学

项目金额: 22万元

中文摘要: 形状记忆合金增强橡胶是一种新型复合材料,它因具有独特的物理力学性能和良好的生物相容性而展现了较突出的应用前景。对这类材料而言,填入的形状记忆合金与橡胶基体之间的界面粘结性能是决定其能否发挥应有效用的关键因素,且这种性能表现还受到温度载荷的显著影响。目前在这方面尚缺乏足够的认识,因此有必要展开相关的研究。针对形状记忆合金/橡胶复合材料实际所处的热-力载荷工况,本项目首先通过系统的实验,考察其在温度影响下的界面粘结力学特性,获得与温度变化所对应的界面性能演变规律;其次从仿真角度出发,建立能合理计及这种界面脱粘效应的细观数值模型,以此模拟该材料在热-力载荷共同作用下的大变形力学响应,并考察材料的组分性能、结构形式、两相界面属性等多方面因素对此的影响。基于本项目的研究,将能较全面的揭示温度影响下形状记忆合金增强橡胶的细观变形演化特征和界面损伤失效机理,为该材料的进一步发展和应用提供有益的理论指导。

中文关键词: 橡胶基复合材料;形状记忆合金;界面脱粘;温度效应;损伤演化

英文摘要: The combination of Shape memory alloy (SMA) and rubber materials creates a new kind of composite which exhibits impressive application potential because of its unique mechanical properties and good bio-compatibility. To this composite material, the interface adhesion between the inserted SMA and rubber matrix is an important factor for realizing its practical functionalities, and this factor is also greatly influenced by temperature effect. At current, there has been no enough understanding on above issue. So in this project, a systematical study will be carried out for characterizing the interface properties of the SMA/rubber composite. Firstly, the mechanical resistance of interface between SMA wire and rubber matrix are investigated through pull-out tests under different temperatures, so as to obtain the marked change in adhesion performance resulted from temperature variation. After that, the computational micro-mechanics which can take into account the interface decohesion process are conducted from the viewpoint of simulation. By employing these “virtual tests”, the finite deformation response of this composite under thermal-mechanical loadings are obtained and the effects of multi-factors including constitutive material, internal structure and bonding status of interface on its overall mechanical behavior are discussed, and then the corresponding heterogeneous mechanics and damage micro-mechanism can be revealed. Based on the works in this project, it is possible to find some methods to fully elaborate the physical nature of SMA reinforced elastomer, and these results can provide a theoretical foundation for further development and application of this material.

英文关键词: rubber matrix composite;shape memory alloy;interface decohesion;temperature effect;damage evolution

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