《中国工程物理研究院》2009年硕士论文

发布时间：2016-09-29 13:22

  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。

《中国工程物理研究院》 2009年

形状记忆合金的动态力学性能研究

吴静  

【摘要】： 形状记忆合金是一种能够在温度和应力作用下发生相变的材料。由于具有独特的形状记忆效应、相变伪弹性、铁弹性等特殊功能,近年来日益受到人们巨大的关注,并迅速在工业、国防、仪表和医疗领域获得广泛的应用。 采用材料试验机和SHPB实验技术对NiTi形状记忆合金在不同初始温度(288K～873 K)和应变率(5×10~(-4)～2.3×10~3s~(-1))下的压缩力学行为进行了实验研究。结果表明:马氏体状态下的NiTi合金的力学行为对应变率的变化敏感;相变和位错屈服应力随着应变率的增加而增加;相变和位错应变硬化率并不随应变率的增加而变化;应力应变曲线的可逆非弹性变形前的弹性模量的数据点比较分散,但总体趋势是随着应变率的增加而略有增加,而位错塑性变形前的弹性模量随应变率的增加而迅速增加;奥氏体状态下的NiTi合金随着实验温度的升高,无论是应力诱发马氏体相变应力还是奥氏体相屈服应力都逐渐下降,材料表现出温度软化效应。从超弹性温度范围内的卸载曲线中观察到了应力诱发马氏体到奥氏体的逆转变。 使用轻气炮实验装置对NiTi合金进行了一维应变条件下的冲击压缩实验,得到了NiTi合金的层裂强度。实验没有观察到弹性波,也就是说,没有发现双波结构。 利用扫描显微镜对压缩后的试样进行了微观分析。准静态试样的破坏为沿45°的剪切方向破坏。NiTi合金在一维应变条件下受到冲击压缩发生层裂时,断裂机理是韧性孔洞聚合形成沿晶开裂和穿晶断裂相混合的断裂机制。 作为一种智能材料,形状记忆合金本构关系的研究对其应用和发展至关重要。本工作在U-6%Nb合金增量型本构模型基础上,通过修正函数表达式,建立了受包括弹性、晶体重取向(孪晶或退孪晶)、相变和塑性影响的NiTi合金本构模型,给出了本构模型参数。基于材料的相图确定了相变和重取向的非弹性应变。本构模型得到了马氏体转变和重取向的影响。采用的相图是根据温度、静水压和剪切应力来定义的。本构模型的预测结果和实验结果吻合较好,证明了本构模型具有获得材料相应物理响应的能力。同样,我们的试验结果也证明了在不同温度时低和高应变率下有相变、重取向和塑性现象。本构模型可在较宽应变率和温度范围内预估由应力和温度引起的,表现相变、晶体重取向和塑性的NiTi形状记忆合金的变形行为。

【关键词】：
【学位授予单位】：中国工程物理研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TG139.6
【目录】：

摘要3-4

ABSTRACT4-7

第一章 绪论7-20

1.1 研究背景和意义7

1.2 NiTi形状记忆合金介绍7-11

1.2.1 NiTi合金的相结构7-8

1.2.2 NiTi合金的相图8-9

1.2.3 形状记忆效应9-11

1.2.4 伪弹性效应11

1.3 NiTi合金特性的国内外研究现状11-17

1.4 形状记忆合金本构模型研究17-19

1.5 本工作的研究内容19-20

第二章 实验方法与技术20-30

2.1 材料动态力学性能的研究方法20

2.2 SHPB实验原理介绍20-23

2.3 组合式高温Hopkinson杆实验技术23-27

2.4 一维准静态压缩实验原理27-28

2.5 层裂实验原理28-29

2.6 材料与样品制备29-30

第三章 NiTi形状记忆合金的力学性能30-47

3.1 静态参数测量30-33

3.1.1 声速测量30-31

3.1.2 杨氏模量和泊松比测量31-33

3.1.3 密度测量33

3.1.4 测量不确定度评定33

3.2 准静态压缩应力～应变关系测量实验结果33-35

3.3 动态压缩应力～应变关系测量实验结果35-36

3.4 实验结果分析36-42

3.4.1 常温NiTi合金的压缩应力应变响应36-40

3.4.2 不同温度下NiTi合金的压缩应力应变响应40

3.4.3 高温NiTi合金的压缩应力应变响应40-42

3.5 层裂实验研究42-46

3.6 小结46-47

第四章 NiTi形状记忆合金变形、动态损伤与层裂的机理分析47-56

4.1 NiTi形状记忆合金的晶体结构47-48

4.2 SEM工作原理简介48

4.3 常温下NiTi形状记忆合金变形的微观分析结果48-50

4.4 NiTi合金的剪切破坏50-51

4.5 层裂的微观机理51-55

4.5.1 引言51-53

4.5.2 显微结果分析53-55

4.6 小结55-56

第五章 NiTi形状记忆合金的本构模型56-66

5.1 引言56

5.2 NiTi合金本构模型56-60

5.2.1 孪晶重取向对应变率的影响57-58

5.2.2 相变对应变率的影响58-59

5.2.3 塑性流动对应变率的影响59

5.2.4 转化分数59-60

5.3 模型计算60-62

5.3.1 模型简化60-61

5.3.2 计算框架61-62

5.4 模型计算结果62-65

5.5 小结65-66

第六章 总结和展望66-68

6.1 全文总结66-67

6.2 工作展望67-68

致谢68-69

参考文献69-78

攻读硕士学位期间发表的学术论文及获奖情况78

下载全文 更多同类文献

CAJ全文下载

(如何获取全文？ 欢迎：购买知网充值卡、在线充值、在线咨询)

CAJViewer阅读器支持CAJ、PDF文件格式

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 杨大兵;邵鹏;范芝宇;任广学;;形状记忆破岩装置研究[J];爆破;2012年03期

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 胡时胜;霍普金森压杆技术[J];兵器材料科学与工程;1991年11期

2 施绍裘,陈江瑛,董新龙,王礼立,S.P.Belyaev,A.E.Volkov,N.F.Morozov,A.I.Razov;钛镍形状记忆合金冲击变形后形状记忆效应的研究[J];爆炸与冲击;2001年03期

3 王利明,孟祥龙,蔡伟,王中,赵连城;NiTi合金的显微组织和双程形状记忆效应[J];金属热处理学报;2000年03期

4 张学峰,夏源明;中应变率材料试验机的研制[J];实验力学;2001年01期

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 石少卿,尹平,陈辉国,张湘冀;小波分析在结构动力有限元结果处理中的应用[J];四川建筑科学研究;2005年02期

2 辜文杰;李刚;谢云;;结构抗冲击设计的泰勒理论修正及计算机模拟[J];四川建筑科学研究;2008年02期

3 王凤华;黄襄云;周福霖;;新型形状记忆合金阻尼器参数对古塔结构减震效果影响分析[J];四川建筑科学研究;2012年03期

4 陈名武,陈明显;经导管Amplatzer房间隔缺损堵塞装置的研究现状[J];蚌埠医学院学报;2002年02期

5 许金余;范飞林;白二雷;刘军忠;;玄武岩纤维混凝土的动态力学性能研究[J];地下空间与工程学报;2010年S2期

6 王泽东;许金余;吕晓聪;刘军忠;张磊;;围压作用下岩石冲击破坏与变形特性试验研究[J];地下空间与工程学报;2011年02期

7 刘石;许金余;刘军忠;吕晓聪;支乐鹏;;绢云母石英片岩和砂岩动态破坏过程的能量分析[J];地下空间与工程学报;2011年06期

8 孙国光,张玉新,刘文西,陈金铭;热循环训练对FeMnSiCrNi合金记忆效应的影响[J];兵器材料科学与工程;2005年02期

9 郑宇;王晓鸣;李文彬;李伟兵;;材料对双层药型罩形成串联EFP的影响[J];兵器材料科学与工程;2009年01期

10 胡昌明;李英雷;胡时胜;刘仓理;;高温-高应变率下MB2合金的动态力学性能及变形机理[J];兵器材料科学与工程;2009年05期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 周剑;张路青;王学良;;水平层状岩体边坡动力响应中的结构面效应研究[A];中国科学院地质与地球物理研究所第11届（2011年度）学术年会论文集(中)[C];2012年

2 陶钢;付源辉;崔艳丽;;紫铜板在爆炸加载下的层裂研究[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集（上）[C];2005年

3 张明;何煌;曾首义;;连结状况对陶瓷复合装甲抗弹性能的影响[A];计算爆炸力学进展[C];2006年

4 陶俊林;陈裕泽;胡文军;陈刚;黄西成;;SHPB实验中几个问题的讨论[A];Hopkinson杆实验技术研讨会会议论文集[C];2007年

5 曲英章;彭刚;冯家臣;刘原栋;;一维霍普金森压杆(SHPB)的工程塑料动态压缩实验技术[A];Hopkinson杆实验技术研讨会会议论文集[C];2007年

6 李英雷;;SHPB实验数据处理的规范化问题讨论[A];Hopkinson杆实验技术研讨会会议论文集[C];2007年

7 姜锡权;胡时胜;;霍普金森杆实验技术发展综述[A];Hopkinson杆实验技术研讨会会议论文集[C];2007年

8 卢子兴;田常津;韩铭宝;谢若泽;王仁;;聚氨酯泡沫塑料在应力波加载下的压缩力学性能研究[A];Hopkinson杆实验技术研讨会会议论文集[C];2007年

9 严少华;李志成;王明洋;尹放林;;高强钢纤维混凝土冲击压缩特性试验研究[A];Hopkinson杆实验技术研讨会会议论文集[C];2007年

10 张方举;陶俊林;田常津;;变截面弹丸在分离式Hopkinson压杆中的应用[A];Hopkinson杆实验技术研讨会会议论文集[C];2007年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 果春焕;动态断裂试样受力状态及其对J积分影响的研究[D];哈尔滨工程大学;2009年

2 高立新;轿车集成开发中若干关键技术研究[D];合肥工业大学;2010年

3 徐开东;镁合金高能表面强化研究[D];华中科技大学;2010年

4 杜娟;高精度电子组装设备中智能材料驱动器的建模与控制研究[D];华南理工大学;2010年

5 张洁;SiCp/Cu基复合材料的研制及性能研究[D];江苏大学;2010年

6 郑华升;树脂基碳纤维智能层的功能特性及其机理研究[D];武汉理工大学;2010年

7 鄂玉萍;湿度和应变率对纸质缓冲材料能量吸收特性的影响[D];江南大学;2010年

8 刘超;激光光热驱动技术与微型光热驱动机构研究[D];浙江大学;2010年

9 竺铝涛;纤维力学性质应变率效应和针织复合材料弹道冲击破坏机理[D];东华大学;2010年

10 陈荣;一种PBX炸药试样在复杂应力动态加载下的力学性能实验研究[D];国防科学技术大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 孟庆辉;恐怖爆炸荷载作用下地铁隧道的冲击反应与防护研究[D];山东科技大学;2010年

2 李鸿飞;自动化弹库接口技术及碰撞动力特性研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

3 宫妍;波动方程的非结构化网格改进有限差分方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

4 胡金萍;蜂窝夹芯板动态力学行为研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

5 习俊梅;稀土超磁致伸缩驱动微动夹钳研究[D];南昌大学;2010年

6 杨振波;军用包装件跌落冲击问题的仿真研究[D];昆明理工大学;2010年

7 王仕文;水耦合石材切割爆破数值模拟[D];武汉理工大学;2011年

8 丁国玺;激振条件下顶煤放出规律的数值模拟研究[D];河南理工大学;2011年

9 张兵;超声车铣声学系统研究[D];杭州电子科技大学;2011年

10 李松;近断层地震激励下SMA-滑移隔震结构的动力响应研究[D];兰州理工大学;2011年

【同被引文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 周博;刘彦菊;王振清;冷劲松;;形状记忆合金的热力学本构方程[J];固体力学学报;2011年01期

2 王金辉,徐峰,阎绍泽,温诗铸;SMA弹簧驱动器驱动机理及实验[J];清华大学学报(自然科学版);2003年02期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 崔迪;形状记忆合金及其智能混凝土结构研究[D];大连理工大学;2007年

【二级参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 杨黎明 ,朱兆祥 ,王礼立;短纤维增强对聚碳酸酯非线性粘弹性性能的影响[J];爆炸与冲击;1986年01期

2 唐志平 ,王礼立;SHPB实验的电脑化数据处理系统[J];爆炸与冲击;1986年04期

3 段祝平,孙琦清,杨大光,田兰桥,褚瑶;高应变率下金属动力学性能的实验与理论研究——一维杆的实验方法及其应用[J];力学进展;1980年01期

4 胡时胜;唐志平;王礼立;;应变片技术在动态力学测量中的应用[J];实验力学;1987年02期

5 魏勇;朱兆祥;李永池;;轴向冲击载荷作用下直杆弹性动态屈曲的研究[J];实验力学;1988年03期

6 唐志平,虞吉林;SHPB技术中超动态应变仪的带宽和输入阻抗[J];仪器仪表学报;1985年02期

7 胡时胜;王礼立;;一种用于材料高应变率试验的装置[J];振动与冲击;1986年01期

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李启全,祁珊,王世栋;NiTi形状记忆合金超弹性的研究现状[J];上海有色金属;2003年04期

2 贾如宝;镍钛(NiTi)形状记忆合金与外科医疗[J];金属世界;1996年01期

3 尹衍升;王风庭;杨大智;;Cu对NiTi形状记忆合金相变点(M_s)影响的电子结构分析[J];材料科学与工程;1996年01期

4 ;马氏体NiTi形状记忆合金的高速变形加工[J];金属功能材料;1999年06期

5 金江,刘红梅,洪俊青;NiTi形状记忆合金的性能测试[J];南通工学院学报(自然科学版);2002年01期

6 崔振铎,朱胜利,杨贤金;NiTi形状记忆合金激光气体氮化层表面特征[J];天津工业大学学报;2003年05期

7 吴晓东,吴建生,王征,金嘉陵,张一;NiTi形状记忆合金丝的电阻与应力、应变的关系研究[J];功能材料;1998年02期

8 华英杰,王崇太;NiTi合金表面氧化对镍离子释放的影响[J];海南师范学院学报(自然科学版);2004年04期

9 李艳锋;米绪军;尹向前;高宝东;;退火工艺对NiTi形状记忆合金恢复力的影响[J];特种铸造及有色合金;2011年03期

10 马颖丽，胡光立;NiTi形状记忆合金记忆效应衰减行为及其机理的研究[J];航空材料学报;1996年03期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 袁斌;曾美琴;;热等静压法制备多孔NiTi形状记忆合金[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅲ[C];2004年

2 朱胜利;崔振铎;杨贤金;;氩气保护烧结TiNi多孔形状记忆合金的研究[A];2004年中国材料研讨会论文摘要集[C];2004年

3 李惠;毛晨曦;;形状记忆合金智能阻尼器的试验研究[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅲ[C];2004年

4 李艳锋;米绪军;高宝东;;预应变对Ni50．2Ti49．8合金记忆特性的影响[A];中国有色金属学会第十二届材料科学与合金加工学术年会论文集[C];2007年

5 孙双双;孙国钧;;形状记忆合金与弹簧-阻尼复合结构的力学性能[A];2000年材料科学与工程新进展（上）——2000年中国材料研讨会论文集[C];2000年

6 江世哲;王社良;王洁;;形状记忆合金在土木工程振动控制中的应用研究[A];振动利用技术的若干研究与进展——第二届全国“振动利用工程”学术会议论文集[C];2003年

7 饶光斌;王俭秋;柯伟;韩恩厚;;循环应力作用下伪弹性TiNi_(50.6)形状记忆合金的应力应变响应[A];疲劳与断裂2000——第十届全国疲劳与断裂学术会议论文集[C];2000年

8 林成新;谷南驹;赵连城;;FeMnSi系形状记忆合金的低温松弛研究[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年

9 秦添艳;;形状记忆合金的发展[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年

10 莫华强;刘玉辉;黄德诚;苟渊;郑斯奎;周旭昌;沈保罗;霍永忠;曾光廷;曾祥才;李敏榆;;NiTiNb形状记忆合金的应力松弛研究[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展（上册）[C];2001年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 彭新建 摘译;[N];中国冶金报;2002年

2 彭新建;[N];中国冶金报;2006年

3 褚幼义;[N];中国有色金属报;2001年

4 李有观;[N];中国有色金属报;2005年

5 戴丽昕;[N];上海科技报;2008年

6 记者 于德福;[N];中国国土资源报;2005年

7 记者 于德福;[N];地质勘查导报;2005年

8 李况;[N];中国房地产报;2003年

9 秋颖;[N];大众科技报;2002年

10 李有观;[N];中国有色金属报;2005年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 崔振铎;生物医学用镍钛形状记忆合金激光表面改性的研究[D];天津大学;2003年

2 李大圣;优化造孔剂法烧结制备多孔NiTi合金与复合材料及其相关性能研究[D];华南理工大学;2009年

3 王伟;形状记忆合金的本构模型及试验研究[D];大连理工大学;2012年

4 王永军;含形状记忆合金复合结构振动特性研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

5 王玉龙;形状记忆合金复合材料界面力学特性[D];哈尔滨工程大学;2011年

6 刘兵飞;多孔形状记忆合金的相变机理和力学性能研究[D];北京交通大学;2013年

7 阚前华;超弹性NiTi合金本构模型研究及其有限元应用[D];西南交通大学;2009年

8 李强;多孔NiTi形状记忆合金的制备和表面改性研究[D];东北大学;2008年

9 柯常波;NiTi形状记忆合金中Ni_4Ti_3相沉淀行为的相场法模拟研究[D];华南理工大学;2010年

10 张静娴;多孔NiTi合金表面溶胶凝胶法制备生物活性涂层及相关性能研究[D];华南理工大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 吴静;形状记忆合金的动态力学性能研究[D];中国工程物理研究院;2009年

2 王心美;NiTi形状记忆合金疲劳断裂性能研究[D];西北工业大学;2005年

3 李海江;快速凝固Ni-Ti形状记忆合金的全程记忆效应[D];广东工业大学;2005年

4 赵江;第一原理对形状记忆合金NiTi，AuCd结构和性质的研究[D];吉林大学;2006年

5 刘丽娟;电子辐照对形状记忆合金相变特性的影响[D];四川大学;2002年

6 王林伟;形状记忆合金对钢筋混凝土梁驱动效应的ANSYS分析[D];大连理工大学;2004年

7 王亚芳;形状记忆合金的超弹性及其应用研究[D];西北工业大学;2004年

8 甄睿;形状记忆合金相变点测试系统研究[D];合肥工业大学;2003年

9 袁月峰;形状记忆合金驱动器设计及控制研究[D];辽宁工程技术大学;2003年

10 曹玲飞;Cu-Al-Mn形状记忆合金马氏体结构及热稳定性的研究[D];中南大学;2002年

  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。

本文编号：126392