电驱动连续碳纤维增强形状记忆复合材料镂空结构设计

• 作者: 王鸿雁 李岩 付昆昆 章中森
• 来源期刊: 航空材料学报
• 关键词: 电驱动 形状记忆复合材料 镂空结构 温度控制 有限元
• 年，卷（期）: 2023,（5）
• 所属期刊栏目: 研究论文
• 页码范围: 100-108
• 页数: 8页
• 分类号: V258
• 语种: 中文
• DOI: 10.11868/j.issn.1005-5053.2022.000025

摘要

电驱动连续碳纤维增强形状记忆复合材料（continuous carbon fiber reinforced shape memory composites，CFSMPC）是一种利用电信号驱动实现可控变形的形状记忆复合材料。本工作提出一种电驱动连续碳纤维增强形状记忆聚乳酸复合材料镂空结构，通过对温度均匀性的控制，可实现结构变形的精确控制和力学性能的提升。采用3D打印方法制备复合材料镂空结构，利用实验探究几何参数对镂空结构力学性能和形状回复性能的影响。结果表明：镂空结构较非镂空结构的拉伸强度有所提高，且胞宽越小强度提升越明显；CFSMPC镂空结构的形状记忆回复速度和最大回复力均有明显上升，这是因为镂空结构可以有效避免碳纤维热扩散导致的低温区，从而保证结构整体的温度均匀性；提出基于黏弹性本构的CFSMPC镂空结构电-热-力耦合有限元模型，预测的温度分布和回复时间与实验结果吻合较好。采用该模型进行分析，发现胞宽越小，回复时单胞的温度越均匀，内部应力释放越快，因此，结构的形状回复越快。