形状记忆合金增强橡胶复合材料的界面力学特性分析开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

形状记忆合金（shape memory alloy：sma）作为一种智能材料，其最显著的特性是形状记忆效应。将形状记忆合金以丝、纤维、颗粒、薄膜等形态填入某些基体对象（如金属或聚合物）中，不仅可以对基体材料进行力学改性，还能得到具有智能属性的sma复合体系，其用途十分广泛。

形状记忆合金/橡胶复合材料以颇具特色的物理力学性能引起了人们的兴趣和重视，并开始被应用到既定的实际领域，但这些实际应用无疑要以对这种物理力学性能的正确认识为前提。在这类材料中，作为基体相的橡胶具有明显的大变形、非线性超弹性特征，作为增强相的sma则可能呈不同的结构形态，这一系列复杂的细观因素决定了其在外载作用下的变形演化机制将会十分复杂；加之基体相与增强相的受力性能差异较大，在变形过程中还容易发生两者间的滑移或界面脱粘，而这种局部损伤行为也会对材料的宏观力学与细观变形机制产生显著影响。事实上，sma与橡胶基体间的界面粘结状况在很大程度上决定了该复合体系能否发挥出应有效用，若界面粘结强度不足，不仅直接影响其使用性能，还可能引发因局部破坏导致的安全性事故。因此，研究形状记忆合金/橡胶复合材料的界面粘结力学特性，考察该材料在外载作用下的宏细观变形响应及损伤演化特征，揭示其中与界面脱粘相关的局部破坏机制，对于其性能优化并促成进一步的发展、应用具有重要意义，也可以为相关智能元器件的设计开发提供有价值的理论支持。

针对形状记忆合金/橡胶复合材料中的界面脱粘问题，近两年有学者专门从实验角度出发，展开了这方面的研究。sadrnezhaad等曾采取目前常见的砂纸打磨、酸腐蚀和阳极氧化等手段对形状记忆合金作表面处理，发现阳极氧化是改善sma与橡胶基体间的界面粘结状况的较有效的一种办法；rey等则借鉴硅橡胶与其它材料复合过程中的表面改性技术，提出了界面剂喷涂与等离子体活化这两种有效方案，并通过sma单丝的拔出实验和形貌观测，对不同改性情况下sma与橡胶基体间的界面粘结状况进行了定性的评估。但是，这些研究不足以解释sma复合体系承受较为复杂的载荷作用时，其宏观性能表现、细观变形行为和局部损伤机制的演变情况是怎样的。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 研究内容

本项目的主要研究内容如下：

载荷作用下形状记忆合金/橡胶复合体系的界面损伤数值研究

3. 研究计划与安排

第1-3周：阅读文献，调研相关资料，熟悉论文任务，完成开题报告。

第4-8周：探索建模策略，完成建模前处理，并编写相应的程序。

第9-11周：在所建立的数值模型中引入界面粘结单元，以之为基础进行相应的数值研究。

4. 参考文献（12篇以上）

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