復(fù)合加載下NiTi形狀記憶合金超彈性性能研究.pdf

1、NiTi形狀記憶合金是智能材料中最先應(yīng)用的一種驅(qū)動(dòng)元件。因?yàn)榫哂辛己玫某瑥椥院托螤钣洃浶?yīng)，從而得到廣泛的應(yīng)用。迄今為止，對(duì)NiTi合金的研究主要集中在一維狀態(tài)。實(shí)際上，由于幾何形狀的復(fù)雜性以及載荷的復(fù)合作用，大多數(shù)零構(gòu)件是處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下工作的，因此很有必要從試驗(yàn)以及理論方面，對(duì)NiTi合金在復(fù)合加載下的力學(xué)性能進(jìn)行研究。 本論文采用理論分析、計(jì)算模型、實(shí)驗(yàn)考核與驗(yàn)證相結(jié)合的方法，研究了NiTi合金的超彈性性能。主要的工作總

2、結(jié)如下： 1．通過試驗(yàn)，研究了溫度、循環(huán)加載一卸載、加載速率以及應(yīng)力幅值對(duì)近等原子比NiTi合金絲材的超彈性性能以及疲勞壽命的影響。 2．通過試驗(yàn)，研究了NiTi合金薄壁圓筒在單軸拉伸、純扭轉(zhuǎn)、雙軸比例以及非比例加載下的疲勞行為，分析了相同應(yīng)變幅值下，不同加載方式以及非比例相位差對(duì)NiTi合金雙軸疲勞壽命的影響。 3．在原有Gall等人提出的模型基礎(chǔ)上，提出了一種新的改進(jìn)的微觀力學(xué)模型，并將這一模型移植到ABAQ

3、US的用戶子程序UMAT中。通過比較數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果表明，模型基本可以描述NiTi合金的超彈性性能的主要特征。由于交互矩陣H<'mn>中的兩個(gè)參數(shù)是從分析的角度估算來的，分析了日H<'mn>的取值不同對(duì)多晶體應(yīng)力．應(yīng)變關(guān)系的影響，通過與試驗(yàn)結(jié)果相比較，確定了參數(shù)C和I。 4．應(yīng)用現(xiàn)有的本構(gòu)模型，通過有限元模擬計(jì)算，研究材料織構(gòu)對(duì)NiTi合金在拉伸和壓縮載荷作用下力學(xué)響應(yīng)不對(duì)稱性的影響。同時(shí)，分析了四種不同溫度下，多晶NiT

4、i合金在雙軸拉伸(壓縮)加載下以及薄壁圓筒在拉伸(壓縮)一扭轉(zhuǎn)比例加載下的相變情況，以確定在應(yīng)力平面上的馬氏體相變初始曲線，同時(shí)也研究了材料織構(gòu)對(duì)馬氏體相變初始面的影響。 5．應(yīng)用已建立的本構(gòu)模型，研究了四種不同表面粗糙度對(duì)NiTi合金超彈性性能的影響。為了比較，也對(duì)光滑模型以及單個(gè)缺口模型進(jìn)行了模擬計(jì)算。 6．通過試驗(yàn)，對(duì)形狀記憶合金薄壁圓筒在拉伸一扭轉(zhuǎn)雙軸加載下的超彈性性能進(jìn)行了研究，并與數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較。