形状记忆聚合物复合材料(SMPCs)是一类新型智能材料,其显著特征是具有形状记忆效应,即在特定的外界环境刺激下能够回复到预先设定好的形状。SMPCs在航空航天、仿生医学及新材料等领域具有很大的应用价值,因此对该材料在温度-应力耦合场作用下的热力学性能研究就显得非常重要。本文研究的是不同体积分数的短切碳纤维增强SMPCs在外界温度场刺激下的形状自由回复行为。由于短切碳纤维随机、无序地分散在形状记忆聚合物基体中,可以进行以下假设:(1)把短切碳纤维增强SMPCs看作连续的、均质的、宏观各向同性材料;(2)没有考虑热膨胀因素的影响。具体方法如下:利用弹簧表示的平衡链和Maxwell链表示的非平衡链并联而成的三单元模型描述该材料的热粘弹性性质;利用Arrhenius方程和WLF方程描述由时温等效原理得到的水平移动因子;利用频率相关的Prony级数描述弹性模量和温度的关系;利用带有KWW指数因子、时间相关的Prony级数描述应力松弛模量和时间的关系;最后得到形状回复阶段中形状回复率和温度的关系。计算结果与实验数据相符较好,如图1所示。