形状记忆聚合物(Shape Memory Polymer,SMP)作为新型智能材料,具有重量轻、记忆效应突出以及易成形等优点,应用遍及纺织工业、生物化学以及航空航天等领域,最近几年颇受学术界关注。本文基于粘弹性理论并应用分数阶微积分理论构建新型本构模型来表征形状记忆聚合物力学响应,同时采用有限元分析手段研究SMP形状记忆热机械响应。主要内容如下:首先,应用分数阶微积分理论构建分数阶Poynting-Thomson模型来研究形状记忆聚合物的粘弹性响应,给出表征SMP力学行为的本构关系式。利用形状记忆聚氨酯试验结果通过非线性拟合确定模型参数,并与传统整数阶本构模型比较。结果表明,分数阶Poynting-Thomson模型在描述SMP应力松弛和蠕变响应时具有明显优势,而在描述SMP常应变速率拉伸响应时,其结果近似于传统模型。然后构建了分数阶Zener模型,并对形状记忆环氧树脂的自由恢复响应进行了预报。结果显示分数阶Zener模型能充分表征SMP的自由恢复响应。同时应用分数阶Zener模型研究了不同记忆因子、不同升温速率以及最高恢复温度下的自由恢复响应。总体而言,参数较少的分数阶模型能更准确地描述SMP粘弹性响应。其次,利用有限元软件ABAQUS模拟分析形状记忆聚合物的形状记忆过程,研究了整个热机械过程中应力、应变与温度三者之间的变化关系,并针对应力恢复响应过程中应力出现先下降后回升的现象进行了理论分析。最后讨论了温度、热膨胀系数、降温速率以及升温速率对形状记忆聚合物热机械响应的影响。结果表明,当温度升高时形状记忆聚合物弹性模量会减小,且力学性能改变很明显;热膨胀系数和降温速率对SMP试件应力有显著影响,当增大热膨胀系数和降温速率时SMP冻结响应中的应力增幅也变大;升温速率与SMP试件形变/应力恢复温度呈正相关关系。