形状记忆合金的宏观力学本构模型

结合作者提出的形状记忆因子的概念,阐述了形状记忆合金（SMA）超弹性和形状记忆效应的微观机理,将SMA的超弹性和形状记忆效应统一归结为形状记忆效应.重新定义了形状记忆因子,并明确了其物理意义.利用SMA在相变过程中马氏体体积分数和相变自由能间的微分关系,建立了描述SMA相变行为的形状记忆演化方程.该形状记忆演化方程能同时考虑相变峰值温度、相变开始和结束温度对SMA相变行为的影响,并能描述SMA从孪晶马氏体向非孪晶马氏体的转变过程,克服了现存SMA相变方程或形状记忆方程的局限性,能更全面准确地描述SMA的相变行为.从宏观力学角度,建立了能全面描述SMA实现形状记忆效应的热力学本构方程,在假设SMA为各向同性材料的基础上,将该本构方程从一维推广到三维.该本构方程中的所有材料参数都可以通过宏观实验测定,比现存三维本构方程更便于工程实际应用.     

基于形状记忆合金(SMA)阻尼器的结构被动控制

介绍了建筑结构振动控制中被动控制的设计思想和形状记忆合金（Shape Memory Alloy，简称SMA）的超弹性特性及应用情况，将一种新型形状记忆合金（SMA）阻尼器应用到框架结构中。针对所提出的形状记忆合金（SMA）阻尼器，分析其超弹性本构模型，建立了热力学方程，利用ANSYS软件进行框架结构的被动控制模拟分析。将所得的普通框架结构与形状记忆合金（SMA）阻尼器框架结构的顶层位移进行比较，发现形状记忆合金（SMA）阻尼器可以很好地改变框架结构的抗震性能，大大减小了结构的地震反应，为框架结构振动控制设计提供了一种新的方法。     

一种新的超弹性形状记忆合金本构模型

Graesser模型以应力-应变增率形式表述了形状记忆合金(SMA)本构关系,具有形式简单、能反映SMA动态力学特性的优点;但忽略了加载路径对模型参数的影响,造成预测误差.依据超弹性SMA的拉伸试验结果,在Graesser模型基础上提出了改进模型:将滞回曲线分为加荷阶段、卸荷至马氏体逆相变完成阶段、母相弹性卸荷阶段三部分,每部分采用各自的参数.数值模拟比较表明:改进模型能很好地捕捉超弹性SMA在静荷下的应力-应变特征,在一定程度上反映加荷速率对其滞回性的影响,且较Graesser模型具有更高的预测精度.     

多遇地震下SMA-叠层橡胶支座力学性能模拟

为研究所设计的形状记忆合金(SMA)-叠层橡胶支座在多遇地震下的隔震性能.采用AuricchioSacco本构模型对SMA材料进行数值模拟,验证此本构模型能够较好的描述SMA材料的超弹性特性;对SMA材料进行了超弹性拉伸试验,研究了应变幅值、加载速率和循环次数等因素对SMA超弹性力学性能的影响;通过建立SMA-叠层橡胶支座模型,有限元分析得到恢复力-位移滞回曲线,分析了位移和荷载变量对支座的等效水平刚度、等效阻尼比和单位循环耗能的关系.结果表明:SMA-叠层橡胶支座在多遇地震下表现出较好的耗能能力和水平刚度,且随着地震灾害的加剧,这些优良特性表现出稳定上升趋势,说明SMA-叠层橡胶支座确实具有有更理想的隔震效果.     

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．     

超弹性记忆合金螺旋结构径向变形的理论分析

针对超弹性记忆合金(SMA)螺旋结构的实际应用,基于现有的描述轴向拉伸变形的解析模型和简化后的SMA材料本构关系,采用等效转换法,建立均匀外部径向载荷下螺旋结构收缩变形与轴向拉伸变形的联系,得到描述径向收缩变形时线圈半径随外部均匀径向载荷变化的解析模型.通过与有限元数值分析的对比,验证了该解析模型的准确性.将所提出解析模型推广到螺旋编织结构介入治疗支架的实际应用中,通过参数化分析及与有限元数值模拟结果的对比,讨论其适用性,并进行误差分析.由于采用解析函数描述SMA螺旋结构的径向收缩变形特征,便于螺旋结构前期设计时针对目标进行参数调整,所以该理论模型的计算效率优于有限元分析方法.     

热载荷作用下非对称支承嵌入SMA丝复合材料弹性梁的横向自由振动

基于形状记忆合金Brinson一维热力学本构方程,建立了热载荷作用下嵌入SMA丝复合材料梁的一维热弹性本构关系.利用横向微幅自由振动的特征方程,求解了一端不可移简支一端固定约束条件下梁在均匀升温过程中的线性振动响应,获得了嵌入SMA丝复合材料弹性梁的前四阶固有频率随温度变化的特征关系曲线.结果表明,形状记忆合金丝相变过程中的回复应力和弹性模量的变化对梁的各阶固有频率均有影响,是实现梁自振频率主动控制的一种方法.     

形状记忆合金的一种基于热力学定律的本构模型

在Tanaka本构理论、Liang-Rogers本构理论以及Brinson本构理论的基础上,应用热力学定律,结合差示扫描量热仪(DSC)的实验数据,经理论推导给出了一种描述形状记忆合金相变过程中应力、应变、温度以及马氏体体积分数相互耦合的唯像本构模型,并在形状记忆合金的几种典型的物理状态下和经典的理论模型进行了对比性研究.结果表明,所提出的基于热力学定律的本构模型和经典的Liang-Rogers理论保持了较好的一致性.     

一种新型SMA阻尼器及其减震性能

对一种直径1 mm的国产NiTi丝进行了超弹性性能试验,发现该NiTi丝在常温下具有良好的超弹性.以该超弹性丝为材料,提出了一种新型形状记忆合金(SMA)自复位阻尼器的构造,探讨了其工作原理.然后,采用Matlab模拟了该阻尼器的滞回曲线,发现滞回曲线呈双旗形.最后,将该阻尼器安装在一单层钢框架模型上进行动力时程分析,...     

NiTi合金材料力学性能的测试与分析

采用一种新型的形状记忆合金(SMA)性能综合测试系统,对NiTi合金丝相变过程中的有关力学性能和电学性能进行测试与分析,得到其自由状态下的相变温度,约束状态下回复力随温度增加的曲线及其超弹性迟滞回线.为智能结构中SMA元件的设计提供参考和依据.     

SMA耗能弹簧的阻尼性能研究

形状记忆合金在伪弹性状态具有较好的阻尼特性，利用这一性能制作的弹簧可以用于结构的耗能被动振动控制和共振频率的滤波．文章在建立复杂应力状态下热力学本构关系的基础上，针对纯剪状态下的具体问题建立了热力学非线性方程的求解方法，并对SMA耗能弹簧的耗能性能进行了研究．为了验证上述方法的正确性，利用编写的计算机程序进行了实例计算．结果表明，文中建立的方法适用干热力学方程的求解，形状记忆合金耗能弹簧具有较好的阻尼性能．     

利用SMA拟弹性增强复合材料梁抗低速冲击性能

以形状记忆合金SMA纤维增强复合材料梁为研究对象,根据SMA拟弹性曲线的特性,确立了一种SMA拟弹性应力应变关系的分段线性化模型;根据SMA的能量吸收特性,采用分步能量平衡法,求解了SMA增强复合材料梁受低速冲击时的横向位移和应力;分析了SMA的拟弹性特性对复合材料梁的低速冲击响应性能的影响.研究结果显示,SMA的能量吸收特性能有效地增强复合材料梁抗低速冲击响应性能,梁的最大位移和最大应力都有明显减小.     

形状记忆合金短纤维增强复合材料的热相变行为

基于Eshelby等效夹杂模型和Mori—Tanaka的场平均法，考虑到形状记忆合金材料的强物理非线性和基体材料的弹塑性，发展了增量型的等效夹杂模型．基于该模型，探讨了形状记忆合金短纤维增强弹塑性基复合材料在应力自由状态下的热相变特性，特别研究了基体材料的塑性对复合材料热相变特性的影响．计算结果表明：当基体进入屈服阶段后，在复合材料卸载过程中出现残余应力；弹塑性基体复合材料的特征相变温度偏移随纤维体积分数的变化规律与弹性基体复合材料的变化规律不同，其热相变特性有显著的区别．     

CuZnAl形状记忆合金的拉伸曲线模型

采用电子万能拉伸试验机对CuZnAl形状记忆合金进行了拉伸试验．试验结果表明。拉伸曲线的骨架曲线与滞回曲线因为残余马氏体量不同而形状不同．由于马氏体开始转变温度的不同．CuZnAl形状记忆合金的骨架曲线模型与滞回曲线模型的参数稍有区别，因此，不同相变温度的CuZnAl形状记忆合金的模型需要作修正．另外，马氏体状态记忆合金的力学曲线模型为双线性模型．     

记忆合金/Si复合膜驱动性能的力学建模与仿真

在考虑记忆合金材料非线性的基础上,按照材料力学的方法联立静力学、变形几何及物理的三者关系,建立了热载荷作用下记忆合金薄膜与Si基底相互耦合作用的力学模型.通过对一个完整的热循环过程中NiTi记忆合金/Si复合膜驱动性能的模拟和讨论,结果表明,由于相变的作用,以Si为基底的记忆合金薄膜能在较窄的温度范围内产生大的驱动力及位移.通过对不同厚度比情况下复合膜最大挠度的研究发现,随着Si基底与记忆合金薄膜厚度比的增大,复合膜的最大挠度逐渐减小;当两者厚度比大于5时,本模型对记忆合金/Si复合膜驱动性能的描述和预测更精确.     

基于形状记忆合金耗能器的框架振动控制试验研究

介绍了形状记忆合金的一种本构关系,讨论了ＳＭＡ耗能器的工作原理,设计和制造了一种用于框架结构振动控制的ＳＭＡ耗能器,并将该种耗能器安装在２层框架结构模型上,进行了结构振动实验。实验结果表明该种耗能器的耗能效果明显,并可以显著发迹框架结构的固有频率,说明了ＳＭＡ耗能器框架结构劝控制上具有一定的研究价值。     

电场对CuZnAl合金记忆效应的影响

在热处理时加一定的静电场，研究了电场处理对ＣｕＺｎＡｌ合金记忆效应及相变的影响，实验结果表明，正电场处理使相变温度略为下降；而对马氏体相变量及单向恢复率均有提高。     

聚合物的热粘弹性对形状记忆合金作动性能的影响

利用一维变温热粘弹性理论分析聚合物杆,Brinson本构方程描述形状记忆合金,研究了变温场下形状记忆合金与聚合物杆组合结构的作动性能,并与用热弹性理论分析组合结构中聚合物杆的结果进行了比较,分析表明,在一定温度范围内,两种理论计算结果比较接近,当温度大大高于聚合物杆的玻璃态转化温度时,两者结果相差较大,此外,还讨论了粘弹性材料性质、温度效应对组合结构作动性能的影响。