形狀記憶合金及其增強復合材料宏觀力學性能.pdf

1、形狀記憶合金材料因其獨特的形狀記憶效應和良好的超彈性能，自誕生至今已被廣泛應用于航空航天、交通運輸、海洋結構和生物醫(yī)學等領域。隨著加工工藝和制備技術的發(fā)展，形狀記憶合金材料被以顆粒、纖維、帶和薄片等形式，植入不同種類基體材料，從而達到改進復合材料的整體強度、斷裂韌性和抗沖擊性能，這類材料被稱之為形狀記憶合金復合材料或智能復合材料，但由于材料相容性的差異，形狀記憶合金纖維與基體材料界面粘結效果會影響復合材料宏觀力學性能，因此本文通過理論分

2、析、實驗研究和有限元分析等方法，對形狀記憶合金及其增強復合材料宏觀力學性能進行了研究，重點分析了界面相對復合材料宏觀力學行為的影響。相關研究內容簡述如下：
　　（1）針對傳統(tǒng)形狀記憶合金（Ni-Ti合金）循環(huán)加載力學性能進行了研究，提出了形狀記憶殘余因子的概念，并通過單軸循環(huán)加載測試研究了超彈Ni-Ti合金纖維形狀記憶殘余因子的演化規(guī)律，討論了應變速率、溫度、循環(huán)次數(shù)對材料殘余應變、彈性模量和相變臨界應力的影響，構造了一個傳統(tǒng)形狀

3、記憶合金一維宏觀循環(huán)本構模型。
　?。?）針對磁致形狀記憶合金（Ni-Mn-Ga單晶）應力-溫度-磁場耦合作用下的形狀記憶行為進行了研究，通過熱動力學方法推導了磁致形狀記憶合金一維本構方程，考慮了殘余磁致形狀記憶應變對變體體積分數(shù)的影響，同時討論了溫度對磁疇體積分數(shù)、晶體磁化旋轉角和單晶磁化行為的影響；通過Ni-Mn-Ga單晶宏觀磁致響應實驗測試，研究了溫度對磁致形狀記憶行為的影響，數(shù)值計算結果和實驗結果對比驗證了本文模型的有效性

4、。
　?。?）構造了考慮界面相影響的單根形狀記憶合金纖維三相同軸圓柱拔出模型，采用應力函數(shù)法和最小余能原理對模型內部應力分布形式進行了求解，并基于斷裂力學方法推導了纖維界面相能量釋放率表達形式；通過單根Ni-Ti合金纖維增強環(huán)氧樹脂基體拔出實驗對界面臨界脫粘距離進行了測定，并和本文理論結果、文獻有限元計算結果進行了對比。
　?。?）基于界面應力傳遞理論和改進的混合定律，推導了形狀記憶合金短纖維增強彈塑性基體復合材料的宏觀力學

5、本構模型及其有效模量表達形式；通過單軸拉伸實驗，研究了單向隨機分布 Ni-Ti合金短纖維增強樹脂基復合材料宏觀強度和斷裂延伸率；通過理論結果、實驗結果和有限元分析結果的對比，驗證了本文模型的有效性。
　?。?）基于三相同軸圓柱剪切滯后模型，推導了形狀記憶合金長纖維增強混雜復合材料的宏觀本構模型及其有效模量表達形式，討論了界面相厚度、纖維長細比、纖維體積分數(shù)等參數(shù)對復合材料整體力學行為的影響；采用真空輔助樹脂注塑技術（VARI）制備