基于形状记忆合金的汽车车身薄壁结构振动特性研究

发布时间：2020-09-10 11:13

　　智能材料凭借其良好的特性,目前应用于工程上的很多领域,如今汽车领域里的设计研发已经采用了越来越多的智能材料,也为解决轻量化与振动噪声之间的矛盾提供一定的思路。通过施加外界激励,智能材料结构的形状、刚度、强度等能够发生改变,进而使结构与材料所组成的智能系统拥有自适应以及自修复等功能。本文对基于形状记忆合金的汽车车身薄壁结构振动特性进行研究,具体的研究内容如下:(1)测量形状记忆合金丝的相变温度,针对SMA的力学性能进行试验,得出应力-应变曲线,并且测试最大可回复应变值以及不同温度状况下的回复应力值。(2)分析总结SMA的本构关系,研究Tanaka模型、Liang-Rogers模型、Brinson模型,为形状记忆合金材料的研究提供重要的依据。构建动力学方程,研究系统的固有频率与质量、刚度之间的关系。(3)利用ANSYS软件进行有限元仿真分析,针对车身薄壁结构进行模态分析,对形状记忆合金丝在薄壁板上的不同布置情况进行正交因素分析,研究在不同温度情况下,不同预应变的SMA-薄壁板结构一阶固有频率变化情况。利用ANSYS软件对基于SMA的车身薄壁结构进行瞬态动力学分析,采用完全法瞬态分析。仿真分析结果对于下一章的实验研究能够起到一定的依据作用。(4)介绍实验测试步骤以及实验原理,搭建振动实验测试平台。根据上一章的仿真分析结果,针对布置不同数量的SMA-薄壁板结构进行实验研究,测试布置不同数量的SMA-薄壁板结构的一阶频率。对布置不同数量SMA-薄壁板结构的位移、速度以及加速度变化情况进行测试。对不同直径的SMA进行了振动实验研究,比较布置不同直径的SMA-薄壁板结构一阶频率。(5)研究冲击作用下SMA对薄壁板结构的抑振特性,得出作用SMA前后位移、速度及加速度随时间变化曲线对比图,结果表明,SMA丝在阶跃激励作用时对薄壁板的抑振效果明显。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U463.82
【部分图文】：

示意图,形状记忆效应

图 2.1 SMA 的形状记忆效应的形状记忆效应可以分成 3 类，它们分别是单程形状记忆效应、全程形状记忆效应。单程形状记忆效应是指当 SMA 回复而此时受料对外界产生了一定的力，这一应力能够随着温度的变化而变化，强度的条件下，克服了外界的阻力而做功。当温度小于 SMA 的相变了外力的作用，产生变形，如果始终保持 SMA 材料的温度不变，化，但是，对材料加热之后，形状记忆合金能够回复到变形之前的效应的示意图如图 2.2（a）所示。双程形状记忆效应是指没有外力处于高温、低温状况下，拥有不同宏观外形，当 SMA 材料满足高，材料的外形就能得到恢复。双程形状记忆效应的示意图如图 2.2（记忆效应是指没有外力影响的情况下，在低温状态下保持形变的形之后恢复到高温相的形状，冷却之后变成形状相反低温相的形状。示意图如图 2.2（c）所示。

示意图,形状记忆效应,单程,双程

图 2.1 SMA 的形状记忆效应记忆效应可以分成 3 类，它们分别是单程形状记忆状记忆效应。单程形状记忆效应是指当 SMA 回复而界产生了一定的力，这一应力能够随着温度的变化而条件下，克服了外界的阻力而做功。当温度小于 SM的作用，产生变形，如果始终保持 SMA 材料的温度不是，对材料加热之后，形状记忆合金能够回复到变形示意图如图 2.2（a）所示。双程形状记忆效应是指没温、低温状况下，拥有不同宏观外形，当 SMA 材料的外形就能得到恢复。双程形状记忆效应的示意图如应是指没有外力影响的情况下，在低温状态下保持形复到高温相的形状，冷却之后变成形状相反低温相的如图 2.2（c）所示。

形状记忆合金材料,弹性模量,奥氏体,马氏体

仍然可以恢复到初始时的形状，并且此过程无需加热便可象称作超弹性效应。当fT > A时，其中fA 为奥氏体相变终止温度，s 的外力作用于 SMA，该应力诱发马氏体，材料内部奥氏体发生转变的马氏体不稳定，外力卸载后，马氏体又转变成奥氏体，之前的变形消始时的形状。与普通的金属材料相比，形状记忆合金材料超弹性特）形状记忆合金材料抗疲劳性能很好，当循环加载与卸载时，SMA 少，有比较长的使用寿命。（2）形状记忆合金材料拥有 6%~8%的最远超过了普通金属材料的可回复应变范围。（3）一般金属材料来讲，弹性模量会随之降低，而 SMA 在马氏体状态下的弹性模量要小于其弹性模量。图 2.3 为超弹性效应示意图。由图中的曲线可知，在加载成了一个闭合滞回曲线，该曲线为应力与应变关系曲线，曲线内部围A 在加载与卸载过程中所耗散的能量。

【参考文献】