多孔形状记忆合金的相变机理和力学性能研究

发布时间：2016-09-16 12:23

  本文关键词：多孔形状记忆合金的相变机理和力学性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

《北京交通大学》 2013年

多孔形状记忆合金的相变机理和力学性能研究

刘兵飞  

【摘要】：智能材料是信息科学与材料科学相结合的产物,是材料科学领域一个非常重要的分支。由于形状记忆合金具有伪弹性和形状记忆效应等许多特有的性能,形状记忆合金及其复合材料引起了智能材料研究领域的广泛关注,并提出了智能形状记忆合金复合材料的概念。 本构关系的研究是应用与发展这类材料的关键性问题,本文基于复合材料力学和细观力学的基本理论,分别对功能梯度形状记忆合金和多孔形状记忆合金的相变机理和力学性能进行研究。具体工作如下： 将功能梯度形状记忆合金材料考虑为如下两种情况：一种是陶瓷和形状记忆合金组成的梯度复合材料,该材料既具有陶瓷材料的耐热性能又具有形状记忆合金的特殊力学特性；另一种是本身具有梯度特性的形状记忆合金材料。本文首先结合复合材料平均化理论和已有形状记忆合金的本构关系,分析了变温作用下陶瓷形状记忆合金功能梯度材料的力学性能。结果表明,与纯弹性金属陶瓷功能梯度复合材料相比,梯度形状记忆合金材料的最大应力明显降低,从而提高了材料的力学性能。对于本身具有梯度性能的形状记忆合金材料,则是采用Tresca屈服准则与实体形状记忆合金的本构关系相结合,分析了内压力作用下的功能梯度形状记忆合金筒的相变过程和力学性能,所得结果与有限元模拟吻合很好,能够为功能梯度形状记忆合金的设计和应用提供理论基础。 静水压力对实体形状记忆合金材料的变形和相变影响很小且可以忽略。然而对于多孔形状记忆合金,由于材料内部有孔隙的存在,在受到外力作用时会产生应力集中现象,这样就会导致材料内部的孔隙附近会产生应力集中,突变的应力值可使其孔隙附近提前发生相变。本文首先对多孔SMA相变机理进行研究,分析了静水压力和偏应力单独作用于多孔形状记忆合金的情况,得到了多孔形状记忆合金的相变点分布位置和马氏体体积分数的变化规律。基于J2-I1理论,提出了一种近似的多孔形状记忆合金屈服方程和本构模型。基于Gurson理论和塑性扩展理论,推导了一种考虑静水压力下的多孔形状记忆合金的屈服方程和本构关系。两种方法的模拟结果均与实验吻合很好,且与已有细观力学模型相比,初始相变点更接近实验值。

【关键词】：
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG139.6
【目录】：

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