形状记忆合金纤维驱动的复合材料薄壁结构主动变形研究

"埋入SMA纤维的复合材料薄壁结构的主动变形分析，通过建立二维截面分析模型，探讨了形状记忆合金(SMA)纤维对复合材料薄壁结构变形控制的效果。研究中，SMA纤维沿任意角度铺设，其性能通过混合率预测，结合Tanaka的应力应变关系和Lin的线性相变动力模型，推导出SMA诱导的轴力、扭矩和弯矩的计算方法。进一步，针对周向反对称刚度配置的情况，提供了简化的本构方程。数值模拟显示，SMA纤维在相变过程中能显著驱动空心悬臂梁产生弯曲和扭转变形。通过调整SMA纤维的激励温度、改变铺层角、调整含量及初始应变，可以优化SMA的变形驱动性能。该研究对复合材料薄壁结构如风机叶片的变形主动控制具有指导意义。" 这篇研究主要关注的是形状记忆合金（SMA）纤维在复合材料薄壁结构中的应用，特别是对于结构的主动变形控制。复合材料薄壁结构因其轻质高强的特性广泛应用于航空航天和风能等领域，例如风机叶片。SMA纤维是一种特殊的智能材料，具有形状记忆效应和超级弹性，能够在特定条件下改变其形状。 研究首先建立了一个二维的分析模型，该模型考虑了具有主动SMA材料的各向异性单闭室薄壁截面梁。SMA纤维可以在任意角度铺设，其性能由混合率来预测，这使得模型能够适应不同方向的力学需求。研究人员采用了Tanaka的应力应变关系，这是一种描述SMA材料在相变过程中的行为的理论，同时结合Lin的线性相变动力模型，推导出在SMA作用下产生的轴力、扭矩和弯矩的数学公式。这些公式揭示了SMA如何影响结构的静态变形，包括拉伸、扭转和弯曲的耦合作用。 在分析中，特别讨论了周向反对称刚度配置的特殊情况，并给出简化后的本构方程，这对于理解和设计这类结构的控制策略至关重要。通过数值模拟，研究发现，在相变期间，SMA纤维可以显著驱动空心悬臂梁产生弯曲和扭转变形，这表明SMA纤维在结构变形控制中有巨大潜力。 此外，研究还探讨了影响SMA变形驱动性能的因素，包括SMA纤维的激励温度、复合材料的铺层角度、SMA纤维的含量以及SMA的初始应变。这些参数的调整可以优化结构的响应，提高变形控制的精度和效率。 总体来说，这项工作为理解和利用SMA纤维在复合材料薄壁结构中的主动变形控制提供了理论基础和技术途径，对于提高结构性能、减轻重量和优化设计有重要价值。特别是在风能领域，如风机叶片的设计中，这种主动变形控制技术可以改善叶片的气动性能，提高风能转换效率，同时减少结构疲劳和损伤。