形状记忆聚合物异质手性超结构的力学设计、变形机理及实验表征
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:11902032
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:27.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:A0808.多场耦合与智能结构力学
- 结题年份:2022
- 批准年份:2019
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2020-01-01 至2022-12-31
- 项目参与者:--
- 关键词:
项目摘要
Owing to their unique geometric topology, chiral superstructures have supernormal mechanical properties such as negative Poisson's ratio, pressure-torsional coupling response and negative thermal expansion, and have great application potential in flexible and intelligent industrial structures. At present, most of the chiral superstructures are made of traditional materials. As a result, the functions of self-driving deformation, solidification and variable stiffness of the structure cannot be realized. Based on 4D printing technology, shape memory polymer (SMP) constitutive model and finite element method, this project designs and obtains an innovative configuration of chiral superstructure with shape memory and variable stiffness by developing SMP heterogeneous chiral superstructure mechanical design method. By developing the deformation theoretical model of superstructure, the constitutive relation between deformation behavior and functional response function is established, revealing the driving deformation mechanism and variable stiffness design principle of the superstructure. A platform is established to quantitatively characterize the functional response supernormal deformation behavior of the superstructure under thermal-mechanical coupling, thus provided mechanical experiments, characterization and evaluation methods for the study of super-deformation behavior of structures. The implementation of this project will lay a solid foundation for the mechanical design, deformation mechanism and experimental characterization of SMP heterogeneous chiral superstructures.
手性超结构因其独特的几何拓扑结构,具有负泊松比,压-扭耦合响应和负热膨胀等超常力学行为,在柔性与智能工业结构中具有巨大的应用潜力。目前,大多数手性超结构采用传统材料制作,无法实现结构的自驱动变形、固形和变刚度的功能。本项目基于4D打印技术和形状记忆聚合物(SMP)本构模型及有限元法,发展SMP异质手性超结构力学设计方法,设计并获得具有形状记忆与变刚度功能的创新构型手性超结构。通过发展超结构的变形理论模型,建立其变形行为与功能响应函数之间的本构关系,揭示该结构的驱动变形机理与变刚度设计原理。搭建热-力耦合作用下超结构功能响应超常变形行为的定量化表征平台,进而为结构超常变形行为的研究提供力学实验、表征与评价方法。本项目的实施最终为SMP异质手性超结构的力学设计、变形机理及实验表征研究奠定坚实基础。
结项摘要
力学超结构及超材料是一种人工设计的周期性或非周期性材料与结构,具有超越天然材料属性的力学性能,在柔性、智能工业结构中具有巨大的应用潜力。目前,大多数超结构采用传统材料制作,无法实现结构的自驱动变形、固形和变刚度的功能。形状记忆聚合物(SMP)是一种在外界刺激条件下产生形状变化的智能材料。4D打印是一项基于可变形材料和3D打印技术的综合技术。本项目基于4D打印技术和SMP材料,针对4D打印的SMP试件开展一系列动、静态力学试验,测试材料的玻璃化转变温度、不同温度下应力-应变曲线、弹性模量,发展适用于4D打印SMP力学响应本构模型和有限元程序,利用SMP材料特性和有限元程序发展SMP超结构力学设计方法,设计并获得具有形状记忆效应和变刚度功能的创新构型多功能超结构。通过发展超结构的变形理论模型,建立其变形行为与功能响应函数之间的本构关系,揭示该结构的驱动变形机理和变刚度设计原理。搭建热-力耦合作用下超结构功能响应超常变形行为的定量化表征平台,进而为结构超常变形行为的研究提供力学实验,表征和评价方法。本项目的实施最终为SMP多功能超结构的力学设计、变形机理及实验表征研究奠定坚实基础。
项目成果
期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Mechanical Analysis and Strength Checking of Current Collector Failure in the Winding Process of Lithium-Ion Batteries
锂离子电池卷绕过程中集流体失效的力学分析及强度校核
- DOI:10.1007/s10338-020-00213-9
- 发表时间:2021
- 期刊:Acta Mechanica Solida Sinica
- 影响因子:2.2
- 作者:Tao Ran;Liang Zhibo;Zhu Shengxin;Yang Le;Ma Lianhua;Song Wei-li;Chen Haosen
- 通讯作者:Chen Haosen
Deformation behavior and band gap switching function of 4D printed multi-stable metamaterials
4D打印多稳态超材料的变形行为和带隙切换功能
- DOI:10.1016/j.matdes.2021.109481
- 发表时间:2021
- 期刊:Materials and Design
- 影响因子:8.4
- 作者:Hu Wenxia;Ren Zhiwen;Wan Zhishuai;Qi Dexing;Cao Xiaofei;Li Zhen;Wu Wenwang;Tao Ran;Li Ying
- 通讯作者:Li Ying
A synergistic design of composite metamaterial with drastically tailorable thermal expansion and Poisson's ratio
具有可大幅调节热膨胀和泊松比的复合超材料的协同设计
- DOI:10.1016/j.compstruct.2021.114446
- 发表时间:2021
- 期刊:Composite Structures
- 影响因子:6.3
- 作者:Li Jiahao;Yang Qingsheng;Wei Yuling;Huang Ning;Tao Ran
- 通讯作者:Tao Ran
A novel programmable composite metamaterial with tunable Poisson's ratio and bandgap based on multi-stable switching
一种基于多稳态切换的泊松比和带隙可调的新型可编程复合超材料
- DOI:10.1109/lra.2020.3006826
- 发表时间:2022
- 期刊:Composites Science and Technology
- 影响因子:9.1
- 作者:Jia-Xin Wang;Xia Liu;Qingsheng Yang;Ran Tao;Ying Li;Lianhua Ma
- 通讯作者:Lianhua Ma
航天器轻量化多功能结构设计与制造技术研究进展
- DOI:--
- 发表时间:2021
- 期刊:宇航材料工艺
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- 作者:雷红帅;赵则昂;郭晓岗;陶然;李营;黄怿行;赵天;方岱宁
- 通讯作者:方岱宁
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