【摘 要】
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复合材料由于其出色的力学性能、高比强度、高模量等特性被广泛应用,其在加工生产及在使用过程中难以避免地出现损伤,对其损伤的实时监测现如今是急需解决的难点问题。形状记忆合金(Shape Memory Alloy,简称SMA)是一种新型智能材料,目前还少有研究将SMA用于对复合材料进行损伤监测。为了探究SMA的损伤监测机理,本文将SMA埋入复合材料之中,通过理论推导和仿真相结合的手段对SMA在不同初始条
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复合材料由于其出色的力学性能、高比强度、高模量等特性被广泛应用,其在加工生产及在使用过程中难以避免地出现损伤,对其损伤的实时监测现如今是急需解决的难点问题。形状记忆合金(Shape Memory Alloy,简称SMA)是一种新型智能材料,目前还少有研究将SMA用于对复合材料进行损伤监测。为了探究SMA的损伤监测机理,本文将SMA埋入复合材料之中,通过理论推导和仿真相结合的手段对SMA在不同初始条件下的损伤监测机理进行研究,主要研究如下:首先,建立SMA总应变与复合材料总应变的关系,结合形状记忆合金的本构模型以及物理学原理,推导SMA在不同情况下对复合材料的损伤监测模型以及温度变化对其影响,并以玻璃纤维不饱和树脂为例,对推导出的理论关系进行数值模拟,验证理论的正确性。随后,将拉伸后产生损伤的SMA和复合材料升温,升温中监测其损伤,利用在固定约束下,升温前后SMA的总应变相同的原理,讨论了SMA回复应力与温度之间的关系,在不受约束的情况下,结合SMA的本构模型,推导了复合材料损伤修复的理论模型,并选取了部分情况进行了数值模拟,验证理论的正确性。最后,介绍了扩展有限元相比于基础有限元的优势以及扩展有限元的基本思想,之后分别对SMA用于复合材料的损伤监测及损伤修复进行了有限元仿真,利用裂纹面水平集函数求解复合材料的损伤应变,进而讨论了损伤监测过程中复合材料产生损伤后,利用SMA电阻相对变化对其损伤大小的监测情况,以及对复合材料升温后,SMA对复合材料损伤修复的作用,并将结果分别与第二章节及第三章节中理论结果进行对比讨论分析。本文建立的形状记忆合金损伤监测模型和损伤修复模型能够准确地对复合材料进行损伤监测和修复,与仿真结果有着较好的契合度,可为形状记忆合金在工程中用于损伤监测和修复的应用提供一定的理论基础。
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