形狀記憶合金的本構(gòu)模型.pdf

1、作為一種新型智能材料，形狀記憶合金以其獨(dú)特的形狀記記憶效應(yīng)和超彈性效應(yīng)，以及優(yōu)良的理化性能和生物相容性，在土木、控制、醫(yī)療、能源與機(jī)械工程等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。形狀記憶合金日趨廣泛的應(yīng)用，使得建立能有效準(zhǔn)確地描述形狀記憶合金熱力學(xué)行為的本構(gòu)模型具有重要的工程意義。 根據(jù)示差掃描熱量分析(DSC)結(jié)果，假設(shè)相變過(guò)程中熱流和溫度具有分段線性關(guān)系，利用形狀記憶合金在相變過(guò)程中自由能、溫度和馬氏體體積分?jǐn)?shù)三者間的微分關(guān)系，推導(dǎo)了一個(gè)多

2、項(xiàng)式型相變方程，特別是該相變方程同時(shí)考慮相變峰值溫度、相變開(kāi)始溫度和相變結(jié)束溫度對(duì)形狀記憶合金相變行為的影響，因此比現(xiàn)存相變方程能更有效、準(zhǔn)確地描述形狀記憶合金的相變行為。以熱動(dòng)力學(xué)和細(xì)觀力學(xué)為理論基礎(chǔ)，結(jié)合多項(xiàng)式型相變方程，建立了一個(gè)能夠描述形狀記憶合金熱力學(xué)本構(gòu)行為、且能反映馬氏體擇優(yōu)取向過(guò)程的形狀記憶合金三維細(xì)觀力學(xué)本構(gòu)模型。 定義了能夠有效描述形狀記憶合金的超彈性和形狀記憶效應(yīng)的新的內(nèi)變量：形狀記憶因子。利用Magee關(guān)

3、于鐵系合金馬氏體相變的一維形核動(dòng)力學(xué)方程，推導(dǎo)了一個(gè)指數(shù)型的形狀記憶演化方程，與現(xiàn)存功能相同的形狀記憶合金相變方程相比，該形狀記憶演化方程具有更簡(jiǎn)潔的數(shù)學(xué)表述和清晰的物理意義。在Tanaka、Liang和Brinson工作的基礎(chǔ)上，以熱動(dòng)力學(xué)為理論基礎(chǔ)，結(jié)合形狀記憶演化方程，建立了一個(gè)能有效描述形狀記憶合金熱力學(xué)本構(gòu)行為的形狀記憶合金宏觀唯象本構(gòu)模型。 利用宏觀唯象本構(gòu)模型、Brinson本構(gòu)模型、Liang本構(gòu)模型和Tanak

4、a本構(gòu)模型，分別研究了形狀記憶合金復(fù)合梁的振動(dòng)控制。推導(dǎo)了復(fù)合梁在溫度變化情況的回復(fù)力方程和復(fù)合梁的振動(dòng)頻率和溫度間的關(guān)系方程。通過(guò)數(shù)值計(jì)算研究了回復(fù)力和溫度間以及梁的振動(dòng)頻率和溫度間的關(guān)系，并比較和分析了不同模型的研究結(jié)果。 利用宏觀唯象本構(gòu)模型和Brinson本構(gòu)模型，分別研究了形狀記憶合金扭力驅(qū)動(dòng)器的熱力學(xué)行為。建立了形狀記憶合金扭力驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)力公式和扭轉(zhuǎn)角公式。通過(guò)數(shù)值計(jì)算研究了扭轉(zhuǎn)角和溫度的關(guān)系，分析了扭力驅(qū)動(dòng)器的幾