形状记忆材料的本构模型

形状记忆材料的本构模型

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作者: 王振清著 , 梁文彦著 , 周博著

出版社: 科学出版社

出版时间: 2018-01

版次: 31

ISBN: 9787030559326

定价: 98.00

装帧: 平装

开本: 16开

页数: 240页

字数: 300千字

正文语种: 简体中文

分类: 工程技术

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　　《形状记忆材料的本构模型》着重研究了形状记忆合金和形状记忆聚合物的力学性能和本构模型的建立。研究了形状记忆合金各类本构模型的建立过程和形状记忆合金作为短纤维或长纤维时，对增韧聚合物材料力学性能的影响，并对本构关系进行了详细的推导；研究了形状记忆聚合物粘弹性力学行为，建立了具有形状记忆特性的三维本构模型，验证了所建立模型的正确性。目录
前言
第1章绪论 1
1.1 引言 1
1.2 形状记忆合金的本构关系 2
1.3 典型本构模型 2
1.3.1 Tanaka模型 2
1.3.2 Liang-Rogers模型 4
1.3.3 Brinson模型 5
1.3.4 Boyd-Lagoudas模型 6
1.3.5 Ivshin-Pence模型 7
1.3.6 朱-吕模型 7
1.4 形状记忆合金复合材料的界面力学特性 8
1.4.1 界面粘结强度及应力分布 8
1.4.2 形状记忆合金表面处理 9
1.5 形状记忆合金增强复合材料 11
1.5.1 形状记忆合金短纤维增强复合材料 11
1.5.2 形状记忆合金长纤维增强复合材料 12
1.6 形状记忆聚合物 13
1.6.1 形状记忆聚合物的本构理论研究 13
1.6.2 形状记忆聚合物复合材料研究 15
参考文献 16
第2章形状记忆合金的本构模型 24
2.1 形状记忆合金的细观力学本构模型 24
2.1.1 形状记忆因子 24
2.1.2 形状记忆演化方程 26
2.1.3 形状记忆演化方程 28
2.2 形状记忆合金的余弦型本构模型 29
2.2.1 DSC曲线的模拟 30
2.2.2 马氏体相变模型 31
2.2.3 本构方程 34
2.3 形状记忆合金的宏观力学本构模型 36
2.3.1 形状记忆因子 36
2.3.2 形状记忆演化方程 37
2.3.3 宏观力学本构方程 41
2.3.4 数值算例 43
2.4 形状记忆合金的热力学本构方程 47
2.4.1 超弹性和形状记忆效应 47
2.4.2 热力学本构方程 48
2.5 形状记忆合金的剪切本构模型 51
2.5.1 形状记忆演化方程的建立 51
2.5.2 力学本构方程的建立 54
2.5.3模型中材料常数的测定 55
2.6 考虑温度记忆效应的形状记忆合金本构模型 56
2.6.1 形状记忆方程 56
2.6.2 力学本构方程 61
2.7 Ni-Ti合金循环加载力学特性 64
2.7.1 残余应变及形状记忆残余因子 64
2.7.2 形状记忆残余因子演化方程 67
2.7.3 弹性模量和相变临界应力演化方程 69
2.8 一维宏观循环本构方程 73
2.9 材料参数的实验测定 74
2.9.1 相变温度的测定 74
2.9.2 材料相变参数的测定 75
2.9.3 材料循环参数的测定 77
2.10 Ni-Mn-Ga单晶材料的宏观本构模型及实验研究 78
2.10.1 内变量选取 78
2.10.2 宏观本构模型 79
2.10.3 相变动力学方程 83
2.10.4 残余磁致形状记忆应变 84
2.10.5 磁畴体积分数和磁化旋转角演化方程 86
2.10.6 单晶磁化行为 87
2.11 Ni-Mn-Ga单晶磁致宏观响应数值分析 88
2.11.1 温度对单晶磁化行为的影响 89
2.11.2 温度对磁畴体积分数和磁化旋转角的影响 91
2.11.3 单晶磁致宏观响应数值模拟 92
2.12 Ni-Mn-Ga单晶磁致宏观响应实验研究 97
2.12.1 实验材料及测试设备 97
2.12.2 单晶材料参数的测定 99
2.12.3 单晶磁场诱发宏观响应的测定 101
参考文献 105
第3章形状记忆合金复合材料的性能及本构模型 109
3.1 形状记忆合金复合材料的拔出模型的界面力学特性 109
3.1.1 三相同轴圆柱拔出模型 109
3.1.2 算例分析 117
3.2 单根SMA纤维界面脱粘拔出 121
3.2.1 脱粘区复合材料的应力分布 121
3.2.2 粘结区复合材料的应力分布 122
3.2.3 界面相临界完全脱粘 123
3.3 SMA纤维界面脱粘临界强度测定 124
3.3.1 实验材料及试件制备 125
3.3.2 实验结果与理论结果的对比 126
3.4 SMAC宏观本构模型及其有效模量 126
3.4.1 弹塑性基体本构模型 127
3.4.2 单向随机分布SMA短纤维增强复合材料本构模型 127
3.4.3 SMAC宏观有效模量 131
3.5 SMAC宏观力学行为数值分析 132
3.6 单向随机分布SMA短纤维增强环氧树脂实验研究 139
3.6.1 实验材料及试件制备 139
3.6.2 试件表面观察 139
3.6.3 拉伸测试及试件失效形貌观察 139
3.7 基于内聚力模型SMAC的宏观力学行为有限元模拟 141
3.7.1 单向随机分布短纤维模型的生成 141
3.7.2 有限元模型的建立及验证 142
3.8 数值结果的对比及分析 144
3.8.1 纤维相互扰动影响及端部界面脱粘 145
3.8.2 纤维尺寸对复合材料整体力学行为的影响 146
3.8.3 温度荷载对复合材料整体力学行为的影响 148
3.9 SMAHCs三相本构模型及其有效模量 149
3.9.1 SMAHCs三相本构模型 150
3.9.2 SMAHCs宏观有效模量 157
3.10 SMAHCs宏观力学行为的数值分析 159
3.11 单向SMA长纤维增强玻璃树脂混杂复合材料的实验研究 164
3.11.1 实验材料及SMAHCs试件制备 164
3.11.2 SMA纤维和混杂基体界面评估 165
3.11.3 SMAHCs复合材料强度的测定 166
3.11.4 SMAHCs失效形貌的分析 169
3.12 SMAHCs有限元分析 170
3.12.1 有限元模型及参数设置 170
3.12.2模型验证 171
参考文献 173
第4章形状记忆聚合物本构模型及TPI复合材料 176
4.1 形状记忆聚合物的宏观力学本构模型 176
4.1.1 力学本构方程 176
4.1.2 材料参数方程 178
4.2 形状记忆聚合物的热力学粘弹性本构模型 181
4.2.1 形状记忆聚合物微观结构模型 181
4.2.2 形状记忆聚合物相变转换方程 183
4.2.3 形状记忆聚合物热力学粘弹性本构方程 185
4.2.4 形状记忆聚合物热力学粘弹性本构模型的验证 (一) 188
4.2.5 形状记忆聚合物热力学粘弹性本构模型的验证 (二) 197
4.3 TPI 形状记忆聚合物的力学及形状记忆性能 202
4.3.1 原料配比及制备 203
4.3.2 形状记忆聚合物的力学性能 203
4.3.3 形状记忆聚合物的形状记忆性能测试 207
4.4 碳纤维增强形状记忆聚合物复合材料的力学及形状记忆性能 210
4.4.1 形状记忆聚合物/碳纤维复合材料的原料及制备 210
4.4.2 形状记忆聚合物/碳纤维复合材料的力学性能 210
4.4.3 形状记忆聚合物/碳纤维复合材料的形状记忆性能 219
4.5 形状记忆聚合物/碳纤维/纳米颗粒混杂复合材料的力学及形状记忆性能 221
4.5.1 形状记忆聚合物/碳纤维/纳米颗粒混杂复合材料的原料及制备 221
4.5.2 形状记忆聚合物/碳纤维/纳米颗粒混杂复合材料的力学性能 222
4.5.3 形状记忆聚合物/碳纤维/纳米颗粒混杂复合材料的形状记忆性能 228
参考文献 230
彩图
内容简介:
　　《形状记忆材料的本构模型》着重研究了形状记忆合金和形状记忆聚合物的力学性能和本构模型的建立。研究了形状记忆合金各类本构模型的建立过程和形状记忆合金作为短纤维或长纤维时，对增韧聚合物材料力学性能的影响，并对本构关系进行了详细的推导；研究了形状记忆聚合物粘弹性力学行为，建立了具有形状记忆特性的三维本构模型，验证了所建立模型的正确性。
目录:
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前言
第1章绪论 1
1.1 引言 1
1.2 形状记忆合金的本构关系 2
1.3 典型本构模型 2
1.3.1 Tanaka模型 2
1.3.2 Liang-Rogers模型 4
1.3.3 Brinson模型 5
1.3.4 Boyd-Lagoudas模型 6
1.3.5 Ivshin-Pence模型 7
1.3.6 朱-吕模型 7
1.4 形状记忆合金复合材料的界面力学特性 8
1.4.1 界面粘结强度及应力分布 8
1.4.2 形状记忆合金表面处理 9
1.5 形状记忆合金增强复合材料 11
1.5.1 形状记忆合金短纤维增强复合材料 11
1.5.2 形状记忆合金长纤维增强复合材料 12
1.6 形状记忆聚合物 13
1.6.1 形状记忆聚合物的本构理论研究 13
1.6.2 形状记忆聚合物复合材料研究 15
参考文献 16
第2章形状记忆合金的本构模型 24
2.1 形状记忆合金的细观力学本构模型 24
2.1.1 形状记忆因子 24
2.1.2 形状记忆演化方程 26
2.1.3 形状记忆演化方程 28
2.2 形状记忆合金的余弦型本构模型 29
2.2.1 DSC曲线的模拟 30
2.2.2 马氏体相变模型 31
2.2.3 本构方程 34
2.3 形状记忆合金的宏观力学本构模型 36
2.3.1 形状记忆因子 36
2.3.2 形状记忆演化方程 37
2.3.3 宏观力学本构方程 41
2.3.4 数值算例 43
2.4 形状记忆合金的热力学本构方程 47
2.4.1 超弹性和形状记忆效应 47
2.4.2 热力学本构方程 48
2.5 形状记忆合金的剪切本构模型 51
2.5.1 形状记忆演化方程的建立 51
2.5.2 力学本构方程的建立 54
2.5.3模型中材料常数的测定 55
2.6 考虑温度记忆效应的形状记忆合金本构模型 56
2.6.1 形状记忆方程 56
2.6.2 力学本构方程 61
2.7 Ni-Ti合金循环加载力学特性 64
2.7.1 残余应变及形状记忆残余因子 64
2.7.2 形状记忆残余因子演化方程 67
2.7.3 弹性模量和相变临界应力演化方程 69
2.8 一维宏观循环本构方程 73
2.9 材料参数的实验测定 74
2.9.1 相变温度的测定 74
2.9.2 材料相变参数的测定 75
2.9.3 材料循环参数的测定 77
2.10 Ni-Mn-Ga单晶材料的宏观本构模型及实验研究 78
2.10.1 内变量选取 78
2.10.2 宏观本构模型 79
2.10.3 相变动力学方程 83
2.10.4 残余磁致形状记忆应变 84
2.10.5 磁畴体积分数和磁化旋转角演化方程 86
2.10.6 单晶磁化行为 87
2.11 Ni-Mn-Ga单晶磁致宏观响应数值分析 88
2.11.1 温度对单晶磁化行为的影响 89
2.11.2 温度对磁畴体积分数和磁化旋转角的影响 91
2.11.3 单晶磁致宏观响应数值模拟 92
2.12 Ni-Mn-Ga单晶磁致宏观响应实验研究 97
2.12.1 实验材料及测试设备 97
2.12.2 单晶材料参数的测定 99
2.12.3 单晶磁场诱发宏观响应的测定 101
参考文献 105
第3章形状记忆合金复合材料的性能及本构模型 109
3.1 形状记忆合金复合材料的拔出模型的界面力学特性 109
3.1.1 三相同轴圆柱拔出模型 109
3.1.2 算例分析 117
3.2 单根SMA纤维界面脱粘拔出 121
3.2.1 脱粘区复合材料的应力分布 121
3.2.2 粘结区复合材料的应力分布 122
3.2.3 界面相临界完全脱粘 123
3.3 SMA纤维界面脱粘临界强度测定 124
3.3.1 实验材料及试件制备 125
3.3.2 实验结果与理论结果的对比 126
3.4 SMAC宏观本构模型及其有效模量 126
3.4.1 弹塑性基体本构模型 127
3.4.2 单向随机分布SMA短纤维增强复合材料本构模型 127
3.4.3 SMAC宏观有效模量 131
3.5 SMAC宏观力学行为数值分析 132
3.6 单向随机分布SMA短纤维增强环氧树脂实验研究 139
3.6.1 实验材料及试件制备 139
3.6.2 试件表面观察 139
3.6.3 拉伸测试及试件失效形貌观察 139
3.7 基于内聚力模型SMAC的宏观力学行为有限元模拟 141
3.7.1 单向随机分布短纤维模型的生成 141
3.7.2 有限元模型的建立及验证 142
3.8 数值结果的对比及分析 144
3.8.1 纤维相互扰动影响及端部界面脱粘 145
3.8.2 纤维尺寸对复合材料整体力学行为的影响 146
3.8.3 温度荷载对复合材料整体力学行为的影响 148
3.9 SMAHCs三相本构模型及其有效模量 149
3.9.1 SMAHCs三相本构模型 150
3.9.2 SMAHCs宏观有效模量 157
3.10 SMAHCs宏观力学行为的数值分析 159
3.11 单向SMA长纤维增强玻璃树脂混杂复合材料的实验研究 164
3.11.1 实验材料及SMAHCs试件制备 164
3.11.2 SMA纤维和混杂基体界面评估 165
3.11.3 SMAHCs复合材料强度的测定 166
3.11.4 SMAHCs失效形貌的分析 169
3.12 SMAHCs有限元分析 170
3.12.1 有限元模型及参数设置 170
3.12.2模型验证 171
参考文献 173
第4章形状记忆聚合物本构模型及TPI复合材料 176
4.1 形状记忆聚合物的宏观力学本构模型 176
4.1.1 力学本构方程 176
4.1.2 材料参数方程 178
4.2 形状记忆聚合物的热力学粘弹性本构模型 181
4.2.1 形状记忆聚合物微观结构模型 181
4.2.2 形状记忆聚合物相变转换方程 183
4.2.3 形状记忆聚合物热力学粘弹性本构方程 185
4.2.4 形状记忆聚合物热力学粘弹性本构模型的验证 (一) 188
4.2.5 形状记忆聚合物热力学粘弹性本构模型的验证 (二) 197
4.3 TPI 形状记忆聚合物的力学及形状记忆性能 202
4.3.1 原料配比及制备 203
4.3.2 形状记忆聚合物的力学性能 203
4.3.3 形状记忆聚合物的形状记忆性能测试 207
4.4 碳纤维增强形状记忆聚合物复合材料的力学及形状记忆性能 210
4.4.1 形状记忆聚合物/碳纤维复合材料的原料及制备 210
4.4.2 形状记忆聚合物/碳纤维复合材料的力学性能 210
4.4.3 形状记忆聚合物/碳纤维复合材料的形状记忆性能 219
4.5 形状记忆聚合物/碳纤维/纳米颗粒混杂复合材料的力学及形状记忆性能 221
4.5.1 形状记忆聚合物/碳纤维/纳米颗粒混杂复合材料的原料及制备 221
4.5.2 形状记忆聚合物/碳纤维/纳米颗粒混杂复合材料的力学性能 222
4.5.3 形状记忆聚合物/碳纤维/纳米颗粒混杂复合材料的形状记忆性能 228
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