基于形状记忆聚合物的复合材料芯模设计

发布时间：2024-04-18 00:20

　　针对变截面、变轴线的复杂管状复合材料试件在成型过程中模具难以设计、脱模难度大的问题,形状记忆聚合物制作的主动变形芯模由于其主动变形及变刚度的特点,可以作为复杂异性结构成型过程的芯模,完成自动脱模。但是限制智能芯模广泛使用的关键因素是在高温吹塑时,聚合物力学性能差,大变形时芯模容易撕裂,可重复使用率低。为解决此问题,本文提出使用弹性纤维对聚合物进行复合,建立了纤维复合型智能芯模,分别对其力学性能和主动变形特征使用有限元方式进行验证,探究其可行性。本文针对纤维复合型结构建立力学模型,从材料单胞分析其拉伸膜量、拉伸强度与材料参数和结构尺寸对应的关系;建立适用于聚合物材料的粘弹性本构模型,确立适用于本文聚合物的材料本构;用多项式函数对材料DMA曲线进行耦合,选取高温吹塑时的材料参数,使用遗传算法函数对结构进行仿真优化,得出优化结构;建立优化后的复合结构仿真模型,进行双轴拉伸与正交弯曲模拟,分析其应力与应变情况,与纯聚合物进行对比,验证了结构优化的可行性。根据优化后的结构模型以及拟合后的材料本构,建立复合型芯模模型,使用ABAQUS进行成型过程仿真分析。先针对芯模气压和R角进行前期仿真筛选,以芯...

【文章页数】：90 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1形状记忆效应原理图[3]

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第1页第一章绪论1.1课题组研究的目的和意义形状记忆聚合物(ShapeMemoryPolymer,SMP)为一种在外界刺激情况下，可以做出主动变形功能的新兴智能材料[1]。外界激励方式为通过改变外界环境，增加分子热运动，从而提高基体温度，而激发主动变....

图1-3微观层面的形状记忆效应原理图[4]

笱Чぱ?妒垦?宦畚?第3页现形式为分子链。转换相主要为网状分子链构成，固定相主要为网状分子链之间的节点构成。装换相的分子链可进行自由移动——固定之间转换：在温度高于转变温度时被激活，可进行移动，此时对材料施加约束使其形变，在温度低于转变温度时，形变被转换相固定，维持材料临时形态。....

图1-4组合式金属模具用于复合材料J型肋制造[23]

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第5页点为芯模设计，复杂形式的结构在制造过程中存在芯模难以脱模的问题。按照制造过程中传统模具种类有整体式金属模具、组合式金属模具、热膨胀式模具[14,15]；能适用于变截面，变口径中空管状复合材料成型的模具种类有：水溶性模具、3D打印模具、气囊模具、....

图1-5复合材料金属组合模

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第6页机复合材料进气道制作方案分别研究了组合式金属模具以及水溶性模具的优劣性，后在组合式金属模具表面上包裹复合材料易碎壳，形成复合材料组合式模具。此改良后的复材外壳组合式芯模可以解决纯金属组合模具容易在拼装活块缝隙之间存在渗漏的问题，以及水溶性模具方....

本文编号：3957136