形狀記憶合金的多維本構(gòu)關(guān)系研究.pdf

1、形狀記憶合金是一種能夠在溫度或應(yīng)力作用下改變其晶體結(jié)構(gòu)的材料。由于具有獨(dú)特的形狀記憶效應(yīng)、滯后性能、變阻尼特性和相變偽彈性等諸多智能功能，形狀記憶合金已經(jīng)成為引人注目的新型功能材料之一。為了將其準(zhǔn)確地應(yīng)用于工程結(jié)構(gòu)并實(shí)現(xiàn)所指定的功能，就需要建立既能準(zhǔn)確描述材料特性又能方便工程應(yīng)用的材料本構(gòu)模型。本文在前人工作的基礎(chǔ)上，研究了適用于多維應(yīng)力狀態(tài)下的形狀記憶合金本構(gòu)模型，主要工作有： 首先，分析了形狀記憶合金的主要力學(xué)和物理特性，以

2、及引起這些特性的物理本質(zhì)。其次，對目前具有影響力的一些形狀記憶合金本構(gòu)模型進(jìn)行了分類概述和討論，并且總結(jié)了建立形狀記憶合金材料多維本構(gòu)的兩種方法。接著，基于熱力學(xué)理論，在Lagoudas等提出的理論框架內(nèi)對相變方程和描述相變的內(nèi)變量進(jìn)行了討論。在此基礎(chǔ)上，類比經(jīng)典塑性力學(xué)中的屈服面，引入Liang和Brinson提出的馬氏體體積分?jǐn)?shù)與應(yīng)力以及溫度的關(guān)系，研究了適用于全程比例加載的形狀記憶合金多維本構(gòu)模型。最后，對文中建立的本構(gòu)模型進(jìn)行了

3、求解，并且編制了MATLAB語言程序，對形狀記憶合金試件在一維和多維情況下的材料熱力學(xué)行為進(jìn)行了數(shù)值模擬和分析。 研究結(jié)果表明，文中所提出的形狀記憶合金本構(gòu)模型能夠較好地模擬材料的形狀記憶效應(yīng)和偽彈性，并且在溫度低于馬氏體相變開始溫度時(shí)能夠描述馬氏體的重定向問題，克服了Lagoudas模型不能描述材料處于完全馬氏體狀態(tài)時(shí)的力學(xué)行為的缺陷。模型最終表達(dá)為統(tǒng)一的關(guān)于應(yīng)力，應(yīng)變和溫度的增量形式，便于在日后工程應(yīng)用中的有限元實(shí)施。