多孔形狀記憶合金的相變機(jī)理和力學(xué)性能研究.pdf

1、智能材料是信息科學(xué)與材料科學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物，是材料科學(xué)領(lǐng)域一個(gè)非常重要的分支。由于形狀記憶合金具有偽彈性和形狀記憶效應(yīng)等許多特有的性能，形狀記憶合金及其復(fù)合材料引起了智能材料研究領(lǐng)域的廣泛關(guān)注，并提出了智能形狀記憶合金復(fù)合材料的概念。
　　本構(gòu)關(guān)系的研究是應(yīng)用與發(fā)展這類材料的關(guān)鍵性問(wèn)題，本文基于復(fù)合材料力學(xué)和細(xì)觀力學(xué)的基本理論，分別對(duì)功能梯度形狀記憶合金和多孔形狀記憶合金的相變機(jī)理和力學(xué)性能進(jìn)行研究。具體工作如下:
　　將功能

2、梯度形狀記憶合金材料考慮為如下兩種情況:一種是陶瓷和形狀記憶合金組成的梯度復(fù)合材料，該材料既具有陶瓷材料的耐熱性能又具有形狀記憶合金的特殊力學(xué)特性;另一種是本身具有梯度特性的形狀記憶合金材料。本文首先結(jié)合復(fù)合材料平均化理論和已有形狀記憶合金的本構(gòu)關(guān)系，分析了變溫作用下陶瓷形狀記憶合金功能梯度材料的力學(xué)性能。結(jié)果表明，與純彈性金屬陶瓷功能梯度復(fù)合材料相比，梯度形狀記憶合金材料的最大應(yīng)力明顯降低，從而提高了材料的力學(xué)性能。對(duì)于本身具有梯度性

3、能的形狀記憶合金材料，則是采用Tresca屈服準(zhǔn)則與實(shí)體形狀記憶合金的本構(gòu)關(guān)系相結(jié)合，分析了內(nèi)壓力作用下的功能梯度形狀記憶合金筒的相變過(guò)程和力學(xué)性能，所得結(jié)果與有限元模擬吻合很好，能夠?yàn)楣δ芴荻刃螤钣洃浐辖鸬脑O(shè)計(jì)和應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。
　　靜水壓力對(duì)實(shí)體形狀記憶合金材料的變形和相變影響很小且可以忽略。然而對(duì)于多孔形狀記憶合金，由于材料內(nèi)部有孔隙的存在，在受到外力作用時(shí)會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，這樣就會(huì)導(dǎo)致材料內(nèi)部的孔隙附近會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，

4、突變的應(yīng)力值可使其孔隙附近提前發(fā)生相變。本文首先對(duì)多孔SMA相變機(jī)理進(jìn)行研究，分析了靜水壓力和偏應(yīng)力單獨(dú)作用于多孔形狀記憶合金的情況，得到了多孔形狀記憶合金的相變點(diǎn)分布位置和馬氏體體積分?jǐn)?shù)的變化規(guī)律?；贘1-I1理論，提出了一種近似的多孔形狀記憶合金屈服方程和本構(gòu)模型。基于Gurson理論和塑性擴(kuò)展理論，推導(dǎo)了一種考慮靜水壓力下的多孔形狀記憶合金的屈服方程和本構(gòu)關(guān)系。兩種方法的模擬結(jié)果均與實(shí)驗(yàn)吻合很好，且與已有細(xì)觀力學(xué)模型相比，初始相