项目名称: 形状记忆合金增强复合材料界面特性及其抗低速冲击性能

项目编号: No.11472086

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 王振清

作者单位: 哈尔滨工程大学

项目金额: 82万元

中文摘要: 形状记忆合金增强复合材料目前是智能材料研究领域的热点问题之一,由于形状记忆合金的超弹特性和形状记忆效应,复合材料整体强度、刚度、断裂韧性和抗冲击特性等,均会有所改进。形状记忆合金纤维与基体材料粘结界面,会影响形状记忆合金纤维功能作用的发挥。本课题提出将形状记忆合金增强复合材料整体视为形状记忆合金纤维、基体材料和界面相组成的三相系统,基于应力函数法、剪应力传递模型和能量法,推导其宏观本构模型及有效模量表达形式,并给出界面相临界失效准则,通过实验测试对模型进行验证;讨论循环状态下超弹形状记忆合金力学性能演化形式;结合高速摄像系统和SEM研究形状记忆合金纤维网状结构增强复合材料的低速冲击破坏过程;基于建立的界面相临界失效准则,通过有限元方法揭示形状记忆合金增强复合材料内部界面脱粘演化机制,为其材料在航空航天防护结构的应用提供技术支持和理论指导。

中文关键词: 形状记忆合金;复合材料;界面特性;抗冲击性能

英文摘要: Shape memory alloy reinforced composite (SMACs) is one of the focus research in the intelligent material field. Due to the super-elastic and shape memory effect of shape memory alloy, the overall mechanical properties of SMACs can be significantly improved, such as strength, stiffness, toughness, and impact resistance. However, the interfacial cohesive property between shape memory alloy fiber and matrix will affect the enhancement effect of composite. In this topic, the SMACs is regarded as a three-phase system, including the shape memory alloy fibre, matrix, and interphase. The macroscopic constitutive model and effective modulus are obtained through the stress function, shear lag model and energy methods.The interphase failure critia can be derived according to the proposed theoritical model, and then it will be verified through experimental tests. The mechanical properties evolution of super-elastic SMA fiber will be discessed during cyclic loading process. The low-velocity impact process of shape memory alloy mesh reinforced composite is discussed by the high-speed camera system and scanning electron microscopy. The interfacial debonding evolution mechanism of SMACs is investigated through the finite element method based on the proposed interphase critical failure criterion. The investigation in this topic can be used for the technical and theoretical support of aeronautic protective structure.

英文关键词: shape memory alloy;composite;interphase property;impact resistance

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