形状记忆合金的研究现状及应用特点

简述了形状记忆合金的发展概况,介绍了形状记忆效应及其特性.综述了形状记忆合金材料的研究现状、发展趋势及应用特点.     

铁基形状记忆合金防松螺母研究

提出利用功能材料-铁基形状记忆合金来研制防松螺母,并对所研制的防松螺母进行试验研究,通过试验测试发现该螺母具有较好的防松性能,此外,对该新型螺母的重复使用性能进行了分析和试验测试,试验结果表明,通过控制恢复退火温度,能实现防松螺母的重复使用。     

Fe-Mn-Si基形状记忆合金的奈尔温度(TN)对马氏体相变的影响

用静电音频内耗仪测量了 Fe- 30 .3Mn- 6 .1Si,Fe- 2 9.0 5 Mn- 6 .2 7Si- RE,Fe- 2 6 .4Mn- 6 .0 2 Si- 5 .2 Cr形状记忆合金在 15 0～ 6 0 0 K温度范围的内耗及模量变化 ,确定了三种合金的 TN 温度及 MS温度 ,通过计算 ε→ γ相变内耗峰的面积 ,研究了奈尔温度 TN 对 γ→ ε马氏体相变的影响 .结果表明 :合金成分显著地影响 TN 温度 ,其中 RE和 Cr均降低 TN 温度 .随着 TN 温度的降低 ,MS- TN 温度差增大 ,TN 温度对马氏体相变的抑制作用降低 ,使马氏体形成量增加 ,进而使 ε→ γ相变峰的面积即逆相变量增大 .     

埋入形状记忆合金丝的智能复合材料实验研究

对埋入形状记忆合金丝的玻璃纤维／环氧树脂试件进行单向拉伸，受限回复和自由回复的实验研究。结果表明；ＳＭＡ的丝的埋入能明显地提高试件的弹性模量和强度；由于形状记忆效应的存在与作用，温度变化时，ＳＭＡ丝可以有规律地改变复合材料结构的应力状态。因此，在复合材料中合理地布置ＳＭＡ丝不仅可以提高结构的承载能力，而且有助于防止或抑制损伤。     

形状记忆合金管接头结构优化与有限元分析

为了解决油管接口处的慢性泄漏问题,研究了一种舰艇核反应堆管路用形状记忆合金管接头.建立了NiTiNb形状记忆合金管接头结构优化模型,并采用遗传算法,对NiTiNb形状记忆合金管接头进行了结构优化设计.采用有限元法对优化后的NiTiNb形状记忆合金管接头进行了热结构耦合仿真分析,仿真试验结果与理论分析结果取得了较好的一致性,从而证明本文提出的方法是可行、有效的,具有很大的通用性和工程实际意义.     

镍钛形状记忆合金管接头有限元分析

采用三维形状记忆合金相变本构模型预测了镍钛合金的形状记忆行为,进而建立了镍钛形状记忆合金连接钛合金管的轴对称有限元模型,考虑大变形和接触非线性,模拟了镍钛形状记忆管接头的装配过程。结果表明回复力由卸载过程中的自由应变回复以及形状记忆合金升温回复时的应变回复两部分组成。最后,给出了形状记忆合金管接头内径和摩擦系数的优化方法。     

应用形状记忆合金的高层建筑结构智能隔震

提出了一种应用形状记忆合金拉索耗能器复合普通橡胶支座的新型建筑结构隔震体系，给出了该隔震支座的详细构造，并通过分别运用该隔震支座和普通橡胶支座的8层隔震建筑的时程仿真分析，比较两种装置的减震、隔震效果、验证了应用形状记忆合金在高层建筑结构智能隔震方面的有效性与适用性。     

铁基形状记忆合金防松螺母重复使用性能研究

为了降低铁基形状记忆合金防松螺母的使用成本,探索了该新型螺母重复使用的可行性。使用M10螺母进行试验测试,螺母在不同回复退火温度间隔条件下的自锁摩擦力矩均有所增大,温度低于573K时,自锁摩擦力矩增加量均小于25%,当回复退火温度间隔为50K时,自锁摩擦力矩增加量有4次在25%以上,该新型螺母重复使用性能较好。     

随机振动下镍钛形状记忆合金管接头的疲劳寿命分析

针对管路系统中Ni-Ti合金管接头随机振动问题进行了随机振动疲劳寿命分析.以某飞机典型液压管路中的Ni-Ti合金管接头为研究对象,采用基于高斯分布和Mine线性累计损伤定律的Steinberg法,得到了疲劳损伤的计算公式.基于描述Ni-Ti形状记忆合金超弹性和记忆效应的本构模型,建立了管接头有限元模型,进行模态分析和随机振动响应分析,并利用疲劳损伤的计算公式预测结构的疲劳寿命.结果表明:Ni-Ti形状记忆合金管接头在80 000 h的飞行寿命内是安全可靠的,为管接头的设计和优化提供了理论参考.     

形状记忆合金混凝土轴心构件的变形特性

将形状记忆合金(SMA)轴心埋置于混凝土构件中,着重研究SMA使轴心构件产生预应力和变形的性能及影响驱动效果的主要因素。在试验基础上,对SMA在周围混凝土约束下的本构模型进行了理论探索。研究表明:SMA在加热逆相变过程中可以实现对混凝土轴心构件施加预应力,可以控制混凝土构件的变形;初始预应变值及通电激励模式对变形性能或预应力效果有影响。     

Fe-Mn-Si记忆合金激光焊接数值模拟

利用有限元方法,对Fe-Mn-Si记忆合金平板激光对接焊的温度场和应力场进行三维数值模拟。根据激光焊接特点,建立表面高斯热源和锥形体热源结合的复合热源模型,并编制APDL子程序实现焊接热源的加载和移动。结合材料非线性、相变潜热、边界换热条件等因素,通过模拟计算得到焊接过程中瞬态温度场分布和熔池尺寸,并分析整体温度场分布、焊接热循环特性。焊缝熔合线和尺寸的模拟结果与实际结果吻合良好,验证了模型的正确性。在温度场计算结果基础上,利用间接耦合法,对Fe-Mn-Si记忆合金激光焊的动态应力场和残余应力进行模拟计算,得到焊后最大残余应力为247 MPa,接近其屈服强度。     

考虑温度记忆效应的形状记忆合金本构模型

近年来在形状记忆合金（Shape Memory Alloy,SMA）中发现的由于不完全马氏体逆相变引起的温度记忆效应,在智能材料与结构等领域具有潜在的应用价值,建立克服现存SMA本构模型不能考虑SMA温度记忆效应这一局限性的SMA本构模型具有理论和工程实际意义．本文在前期研究的基础上,基于作者提出的形状记忆因子的概念,综合运用热力学、连续介质力学和马氏体相变学的相关理论,建立了描述SMA的形状记忆因子、应力、温度间关系的形状记忆方程和描述SMA的应变、应力、温度间关系的力学本构方程．由形状记忆方程和力学本构方程构成的SMA本构模型,克服了现存SMA本构模型不能考虑SMA温度记忆效应的局限性．数值结果表明,该SMA本构模型能有效描述经历不完全马氏体逆相变的SMA的热力学行为,可为SMA温度记忆效应的应用研究提供理论基础．     

Exploitation of shape memory alloy actuator using resistance feedback control and its development

The relationship between phase transformation and electric re sistivity of Ti-42.6Ni-7Cu SMA was investigated. In the isothermal tensile tests, stress—strain curve shows large hysteresis and nonlinearity, whereas the resistivity—strain curve can be fitted by linearity. The resistivity of SMAs can be determined from the volume fractions of the martensitic and austenitic phas es. This characteristics leads to that the resistance of the SMAs is used as a parameter of strain of SMAs. A SMA actuator using resistance feedback control system was proposed, which can control and retain positioning at any positions without using sensor devices, and the deviation of position of this system was less than 3 μm.     

超弹性形状记忆合金简化多维本构模型

建立简单有效的多维本构模型是形状记忆合金(SMA)工程应用的关键问题之一.在NiTi形状记忆合金丝拉伸实验的基础上,根据Brison模型的相变动力学方程,得出了相变应力与加载条件的关系. 借助线性化方法,建立了SMA超弹性简化一维本构模型;基于塑性理论,将马氏体体积分数作为状态变量之一,推导了SMA超弹性简化多维本构模型,应用该模型对超弹性SMA进行了数值模拟,并与实验结果进行了比较.分析结果表明:理论模型曲线与实验曲线接近,理论模型能够较为准确地模拟形状记忆合金的屈服机制和耗能能力.该本构模型可以用于模拟复杂荷载条件下的SMA超弹性特性.     

多孔NiTi记忆合金的制备与微观分析

为了提高NiTi形状记忆合金的生物活性，采用自蔓延方法成功合成了NiTi多孔合金．研究了不同Ni，Ti原子配比下合成的NiTi合金的相成分，以及预热温度对合成的NiTi合金相和孔隙度的影响，研究表明预热400℃时产物为单一的B2相，且孔隙度达到46％．     

TEM observation of oxidation of CuZnAlMnNi shape memory alloy

The atmospheric oxidation of a quenched CuZnAlMnNi alloy after ion-polishing was examined by transmission electron microscopy (TEM). It was found that a lot of oxide grains with various sizes yield homogeneously on the surface of the alloy after exposure at room temperature for 90 d. The grains mainly form along the planes of stacking fault, meanwhile, they can also be observed at the stacking fault tetrahedrals or around the dislocation lines. The formation of the oxides gives rise to the reduction of the stacking faults, and even complete disappearance in some zones, which is partly responsible for the decrement of shape memory effect (SME) of the alloy quenched during long-term holding at room temperature.     

实用性Cu-Al-Mn-Zn单向形状记忆合金的研究

通过恰当的成分设计 ,研制出一种具有高强度、高塑性、同时又有较好的单向形状记忆效应的Cu Al Mn Zn合金 .通过加入适量的Zn来稳定马氏体使其As 点高于 30 0℃ .这种合金的硬度达取HRC2 3以上 ,强度达 2 5 0MPa以上 ,塑性达 7%以上 ,其形状恢复率达70 %以上 .用此合金制造常温下工作的联结件 ,具有生产方法简单 ,成本低廉 ,性能稳定的特点 .     

Cu基形状记忆合金的电阻点焊连接工艺研究

采用金相观察、拉伸、扫描电镜等方法,研究了CuZnAl形状记忆合金交流点焊焊接接头的机械性能、形状恢复率等,并研究了热处理和焊接工艺参数对焊接接头机械性能和形状恢复率的影响,给出了获得较高形状恢复率接头的焊接参数.焊后热处理能够细化CuZnAl形状记忆合金的晶粒组织,在一定程度上提高了合金的综合机械性能,一定冷热循环次数后,焊接接头形状恢复率达到较高水平并趋于稳定.     

Cu基形状记忆合金在生理盐水中的缝隙腐蚀

采用浸泡实验和电化学测试技术对ＣｕＺｎＡｌ形状记忆合金在生理盐水中的缝隙腐蚀行为进行了研究．结果表明，缝隙试样的腐蚀率大于自由表面试样．缝隙试样腐蚀电位比自由表面试样低约３０ｍＶ，说明缝隙腐蚀更易发生