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基于形状记忆聚合物的智能簧片结构的有限元分析
Finite Element Analysis of a Smart Hinge Based on Shape Memory Polymer

作  者: (陶然); (杨庆生); (张雪娇);

机构地区: 北京工业大学机械工程与应用电子技术学院,北京100124

出  处: 《北京工业大学学报》 2017年第9期1289-1295,共7页

摘  要: 为了研究基于形状记忆聚合物(shape memory polymer,SMP)新型簧片的形状记忆行为以及金属材料对SMP簧片的增强效应,首先,基于三维SMP应力-应变-温度关系,编写了可供ABAQUS调用的用户材料子程序(user-defined material mechanical behavior,UMAT),开发出可用于三维复杂应力状态下SMP结构的有限元计算方法.然后,利用该方法对SMP簧片结构正向和反向弯曲变形的形状记忆行为(高温加载、降温固形、低温卸载和升温恢复)进行了仿真.最后,模拟和分析金属材料增强的SMP复合簧片结构的折叠过程.结果表明:SMP簧片在正向和反向折叠变形后,通过温度的控制能够自动展开,因此,能够有效解决传统簧片结构中的驱动复杂和过冲震动的问题;金属增强的SMP复合簧片的失稳弯矩和平稳弯矩被明显提高,金属增强效果从强到弱的顺序依次是:合金钢、铸钢、灰铸铁和硬铝合金. To study the shape memory behavior of a novel hinge based on shape memory polymers and the reinforcing effect of metal materials on the shape memory polymer( SMP) hinge,a user-defined material mechanical behavior( UMAT) subroutine available for ABAQUS was written and a finite element method for SMP complex structures was developed based on a three dimensional SMP stress-strain-temperature relationship. Using the method, folded and unfolded shape memory behaviors of the SMP hinge,including loading under high temperatures,cooling,unloading under low temperatures and heating,were simulated. The folding processes of the reinforced SMP composite hinge were simulated and discussed.Results show that the SMP hinge after forward and reverse folding can be automatically expanded by controling the temperature, therefore, it can effectively solve the problem of driving complex and overshoot vibration in the traditional hinge. Critical bending moment and steady bending moment of the metal-reinforced SMP composite hinge are significantly improved, in which the reinforcing effects decrease in order of alloy steel,cast steel,gray iron and duralumin.

关 键 词: 形状记忆聚合物 智能簧片 形状记忆效应 用户材料子程度

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