【摘 要】
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形状记忆聚合物材料（Shape Memory Polymers,SMP）是一种典型的变刚度材料,可弥补传统蒙皮结构在变形、承载、驱动等方面不足的问题。然而目前关于结合形状记忆聚合物的可变形蒙皮研究多集中于结构设计与变形功能的实现上,对其力学特性分析关注还很少,尤其是结合其4D打印成型的分析研究更是少有提及,且尚未有完整的材料参数融入数值仿真计算。因此,本课题拟面向变刚度蒙皮,对形状记忆聚合物（SM
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形状记忆聚合物材料（Shape Memory Polymers,SMP）是一种典型的变刚度材料,可弥补传统蒙皮结构在变形、承载、驱动等方面不足的问题。然而目前关于结合形状记忆聚合物的可变形蒙皮研究多集中于结构设计与变形功能的实现上,对其力学特性分析关注还很少,尤其是结合其4D打印成型的分析研究更是少有提及,且尚未有完整的材料参数融入数值仿真计算。因此,本课题拟面向变刚度蒙皮,对形状记忆聚合物（SMP）材料的力学特性与4D打印工艺进行研究,以及SMP材料在变刚度蒙皮方面的应用验证。具体内容如下:首先进行了形状记忆聚合物（SMP）材料参数标定与优化。开展适用于4D打印技术的SMP的力学性能测试,标定Prony级数和WLF方程系数,表征其粘弹性性能;通过热力循环实验,表征其热力循环特性;通过Isight-Abaqus联合仿真平台,采用遗传算法,对SMP材料参数进行优化。优化后材料参数的结果能够更准确的反应材料的形状记忆特性。然后通过实验方法,分析SMP材料4D打印成型工艺参数对结构件的力学性能的影响。将打印速度、挤出温度、平台温度、层高、填充密度等9个工艺参数分组为打印类参数组、温度类参数组和结构类参数组,以试件的机械强度为目标,表征试件在不同参数组合下最优力学性能,确定最佳的打印参数。最后进行了4D打印变刚度蒙皮结构设计与分析。基于Isight优化平台,集成Matlab-Icem-Fluent,构建协同优化方法,讨论了不同工况下对应的最佳截面翼型形状;对蒙皮结构进行合理性优化设计建模,并将优化后的形状记忆聚合物材料参数融入仿真计算,利用Abaqus有限元软件验证了SMP变刚度蒙皮的形状记忆性能;基于最佳的打印参数利用熔融沉积式（FDM）3D打印机,利用SMP线材对变刚度蒙皮结构进行打印及热力循环测试分析,验证了其应用的可行性。
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