循环载荷下Ni-Ti形状记忆合金丝力学特性试验研究

发布时间：2017-07-28 11:16

  本文关键词：循环载荷下Ni-Ti形状记忆合金丝力学特性试验研究

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【摘要】：形状记忆合金具有独特的伪弹性和形状记忆效应,其中该材料的伪弹性使其具有优越的自复位和高耗能的特点,因此可以作为耗能和复位元件应用在土木工程的结构振动控制中。在结构振动控制中,形状记忆合金元件承受着持续动载荷的作用,因此有必要研究应变速率和应力历史对材料力学性质的影响。在前人研究的基础之上,本文对形状记忆合金的力学性能进行如下试验研究。研究了循环训练次数和加载速率对形状记忆合金相关力学性能的影响。通过对Ni-Ti形状记忆合金丝在不同加载速率下循环训练多次的试验研究,分析了不同加载速率下循环训练次数对Ni-Ti形状记忆合金材料相关力学性能影响的规律。随后进一步考察了加载速率对稳定后形状记忆合金相关力学性能的影响。通过对Ni-Ti形状记忆合金丝材进行多组不同速率下的一次加载卸载试验研究,分析了不同加载速率对Ni-Ti形状记忆合金材料相关力学性能的影响规律。之后进行了多组Ni-Ti形状记忆合金丝在不同应变幅值下的一次加载卸载试验研究,分析了不同应变幅值对Ni-Ti形状记忆合金材料相关力学性能的影响规律。最后,为了考察训练后Ni-Ti形状记忆合金力学性质的稳定性,对经过循环训练后的形状记忆合金丝进行了时效性分析,分析了形状记忆合金丝循环训练后其相关力学性能与时间的关系。试验研究了试件直径对形状记忆合金拉伸力学性能的影响。通过对不同直径下的Ni-Ti形状记忆合金进行一次加载卸载试验研究,揭示了尺寸效应与应变速率之间的相互作用以及对Ni-Ti形状记忆合金材料相关力学性能的影响规律。通过上述加载速率对稳定后材力学性能影响的相关试验数据,考虑应力-应变曲线随加载速率增大呈现出硬化现象,在Graesser本构模型的基础之上进行改进,并将试验数据代入改进后的模型,拟合出其理论下应力-应变曲线并与试验中应力-应变曲线进行比较。验证了改进后的Graesser本构模型在一定程度上能够反应这一现象,并由此考虑Ni-Ti形状记忆合金的动力学特性,建立了应力增量与应变率的关系方程。
【关键词】：形状记忆合金 试验研究 尺寸效应 时效性 本构模型
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG139.6
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-22
• 1.1 选题背景及意义10-11
• 1.2 形状记忆合金简介和特点11-15
• 1.2.1 形状记忆合金简介11
• 1.2.2 形状记忆效应11-13
• 1.2.3 超弹性（相变伪弹性）效应13-14
• 1.2.4 高阻尼特性14-15
• 1.3 形状记忆合金力学性能的试验研究现状15-16
• 1.4 形状记忆合金本构关系的研究现状16-17
• 1.5 形状记忆合金的应用现状17-19
• 1.5.1 形状记忆合金在工程领域的应用17-18
• 1.5.2 形状记忆合金在其他相关领域的应用18-19
• 1.6 本文的内容19-22
• 2 应变速率影响下形状记忆合金丝循环训练试验研究22-54
• 2.1 引言22
• 2.2 试验过程22-25
• 2.2.1 试验设的设备和材料22-23
• 2.2.2 试验方案23-25
• 2.3 力学参数说明25-26
• 2.4 试验结果讨论与分析26-52
• 2.4.1 变形速率对 SMA 加卸循环过程中力学性质的影响26-33
• 2.4.2 变形速率对稳定后SMA力学性质的影响33-38
• 2.4.3 循环训练时的变形速率对稳定后SMA力学性质的影响38-41
• 2.4.4 应变幅值对SMA力学性质的影响41-46
• 2.4.5 循环训练后材料的时效性46-52
• 2.5 本章小结52-54
• 3 形状记忆合金尺度效应的试验研究54-68
• 3.1 引言54
• 3.2 试验方案54
• 3.3 试件直径对 SMA 训练过程中和稳定后力学性质的试验研究54-63
• 3.4 应变速率对不同直径SMA稳定后力学性质影响的试验研究63-66
• 3.5 本章小结66-68
• 4 不同应变速率下考虑材料硬化现象的本构模型68-78
• 4.1 引言68
• 4.2 线性本构模型与改进的Graesser本构模型68-71
• 4.2.1 线性本构模型68-69
• 4.2.2 改进后的Graesser本构模型69-71
• 4.3 两种模型下理论拟合曲线与试验曲线的比较分析71-72
• 4.4 不同应变量下应力增量与应变率的关系方程72-75
• 4.5 应力增量下优化的GRAESSER本构模型数值模拟75-77
• 4.6 本章小结77-78
• 5 结论与展望78-80
• 5.1 结论78-79
• 5.2 不足与展望79-80
• 参考文献80-86
• 作者简历86-88
• 学位论文数据集88

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本文编号：583770