形狀記憶合金材料的細觀力學(xué)模型若干問題研究.pdf

1、智能材料是信息科學(xué)融入材料科學(xué)的產(chǎn)物，已成為材料科學(xué)領(lǐng)域的一個重要分支。由于形狀記憶合金具有許多特有的性能，形狀記憶合金引起了復(fù)合材料研究領(lǐng)域的廣泛關(guān)注，提出了智能形狀記憶合金復(fù)合材料的概念。本文基于細觀力學(xué)的理論和熱力學(xué)原理，通過選取適當(dāng)?shù)臓顟B(tài)變量，研究了形狀記憶合金增強復(fù)合材料本構(gòu)關(guān)系和磁控形狀記憶合金的本構(gòu)關(guān)系。具體工作如下： 基于細觀力學(xué)的方法和熱力學(xué)原理，從細觀結(jié)構(gòu)到宏觀狀態(tài)進行分析，將形狀記憶合金增強復(fù)合材料作為三相

2、等效系統(tǒng)進行分析，三相等效系統(tǒng)指基體相、奧氏體相和生成相馬氏體相，形狀記憶合金整體的體積百分比不變，建立了一個簡單、準確的本構(gòu)模型，分析形狀記憶合金增強復(fù)合材料的宏觀力學(xué)行為。這樣分析時，奧氏體和馬氏體都表現(xiàn)為彈性，形狀記憶合金的非線性由馬氏體體積分數(shù)確定，計算過程簡單，同時還分析了奧氏體、馬氏體和基體間的相互作用，理論分析更接近實際。 交互作用能是彈性應(yīng)變能中很重要的一項，它體現(xiàn)了夾雜材料、本征應(yīng)變與基體間的相互影響。這種能量

3、雖然比較小，但對形狀記憶合金的滯后特性的形成起了不可忽視的作用?；诩氂^力學(xué)的方法和熱力學(xué)原理，推導(dǎo)了多相時交互作用能的一般表達式，該表達式適用于各種形狀的夾雜。著重討論了復(fù)合材料中基體材料、尺寸和溫度等因素對交互作用能的影響，得到了一些定量的結(jié)論。 基于Eshelby等效夾雜原理和Mori-Tanaka場平均方法，推導(dǎo)彈塑性基體的形狀記憶合金復(fù)合材料的三相細觀力學(xué)本構(gòu)模型。該模型可以適用于各種形狀的纖維增強復(fù)合材料，分析了形狀

4、記憶合金纖維的形狀、溫度、尺寸和含量等因素對宏觀應(yīng)力、應(yīng)變的影響，并且定量計算了形狀記憶合金增強復(fù)合材料的纖維和基體的等效應(yīng)力、殘余應(yīng)力隨外力的演化曲線，得到了一些定量的結(jié)論，這為形狀記憶合金增強彈塑性基體復(fù)合材料的設(shè)計和使用提供了理論依據(jù)。 由于形狀記憶合金隨溫度變化會產(chǎn)生相變和逆相變，有奧氏體和馬氏體兩相，這兩相材料的材料常數(shù)一般是不同的。在相變和逆相變的過程中，兩相材料的體積分數(shù)會產(chǎn)生變化，從而形狀記憶合金增強復(fù)合材料的宏

5、觀特性隨之而改變，對于形狀記憶合金增強復(fù)合材料的本構(gòu)模型及其熱力學(xué)行為，材料的宏觀特性是很重要的影響因素。將形狀記憶合金復(fù)合材料作為三相等效系統(tǒng)進行分析，基于細觀力學(xué)的理論求解形狀記憶合金復(fù)合材料的有效熱膨脹系數(shù)和有效相變應(yīng)變系數(shù)的一般表達式，得到了具有應(yīng)用價值的結(jié)論?；诩氂^力學(xué)的理論和熱力學(xué)原理，通過選取適當(dāng)?shù)臓顟B(tài)變量，推導(dǎo)馬氏體變體再取向時，磁控形狀記憶合金的本構(gòu)模型。求解了磁控形狀記憶合金的有效模量，以及由于相變、再取向、溫度變