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.     

形状记忆合金本构模型的热力学框架

基于形状记忆合金(SMAs)在相交过程中的热力学势和能量耗散来建立形状记忆合金的本构模型框架，通过采用不同独立变量(应力、应变、温度和熵)的组合来选择不同的能量函数(内能、Helmhohz自由能、Gibbs自由能和焓)，用内状态变量考虑相交过程中的能量耗散，则SMAs的本构模型完全可以由热力学势及能量耗散函数来建立，实例表明其可行性.     

形状记忆聚合物的宏观力学本构模型

建立有效描述形状记忆聚合物（Shape Memory Polymer,SMP）的热力学行为、且便于工程应用的宏观力学本构模型具有理论和工程意义.在前期研究的基础上,应用固体力学和热黏弹性理论建立了描述复杂应力状态下SMP在实现形状记忆效应热力学过程中,即在高温变形过程、应力冻结过程、低温卸载过程和形状恢复过程中热力学行为的宏观力学三维本构方程.利用DMA实验结果,建立了描述SMP在玻璃体转化过程中,材料参数和温度间关系的材料参数方程.应用所建立的力学本构方程和材料参数方程,数值模拟了SMP的高温变形过程、应力冻结过程、低温卸载过程和形状恢复过程,并分析了加载率和温度变化率对SMP热力学行为的影响.数值模拟结果和与现存SMP力学本构方程和材料参数方程的对比表明,本文建立的由力学本构方程和材料参数方程构成的SMP宏观力学三维本构模型,能有效地描述SMP的热力学行为,可为SMP的工程应用提供理论基础.     

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.     

两轴向磁场时磁控形状记忆合金的本构模型

采用热力学方法推导了磁控形状记忆合金在两轴向磁场作用下的力学本构模型,考虑了马氏体变体再取向的驱动力和阻力的平衡状态,建立了马氏体变体再取向的动力学方程。该模型用于分析NiMnGa单晶试样在双向磁场作用下的非线性力学行为和滞后效应,结果表明模型的预测数据和实验结果吻合性较好,从而说明模型是可行的。     

铁基形状记忆合金及其记忆效应

论述了铁基形状记忆合金的研究进展和记忆效应,对六种铁基记忆合金的特性作了简介。提出了尚待解决的问题和对今后发展的看法。     

考虑温度作用的岩石统计损伤本构模型及验证

为了预测和评估深部高温岩体的稳定性,运用理论推导的方法研究温度作用下(后)岩石的本构关系。首先,基于已有的岩石统计损伤本构模型,考虑温度对岩石损伤变量的影响,引入了损伤变量修正系数、损伤起裂应力和起裂应变等参数;其次,假设微元体强度服从幂函数分布,并符合Hoek-Brown(H-B)强度准则,针对统计损伤本构模型无法反映峰前较强的微裂纹压密效应的弊端,引入了相应的模型修正系数;再次,建立了考虑温度作用的岩石统计损伤本构模型,并确定了模型参数的表达式;最后,对比不同温度作用下(后)的花岗岩在单轴和常规三轴压缩试验条件下所得的结果与文献中模型的计算结果,验证本文模型的准确性。研究结果表明：所提出的模型的计算结果与文献的试验结果在数值、分布规律和趋势上具有良好的一致性;对于全过程σ-ε曲线的各阶段,本文模型的计算效果较文献中本构模型计算效果更好,与试验曲线的贴合度更高,能够更好地反映高温作用下(后)岩石的损伤本构特征。该模型的参数具有常规性,适用于各类温-压组合作用工况下的岩石。     

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.     

考虑温度影响的混凝土非线性本构模型

通过大量试验,测得了混凝土在常温20 ℃及200～600 ℃高温后的应力-应变关系.论述了Jones-Nelson-Morgan模型的构成原理及其参数的确定方法,利用这个模型,结合混凝土在常温的单轴试验结果,建立了混凝土的非线性本构模型.该模型的特点是材料的力学性能只为应变能的函数,使材料模型可以方便地解决考虑多因素影响的复杂问题.考虑温度因素的影响,将模型推广应用于高温后混凝土的本构关系分析,获得了与试验结果符合较好的理论模型.     

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.     

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 .     

自动温控阀形状记忆合金弹簧设计

在测定 P-δ-ε曲线和记忆合金弹簧理论计算公式的基础上 ,论述了用于自动温度控制阀的 Ti Ni形状记忆合金主弹簧的设计理论和具体实践 ,取得了试验研究和设计经验 ,由于偏置弹簧的作用 ,记忆合金弹簧的正常工作没有受到非线性特性的明显影响 .阀门应用可获得控温精度达± 1 .5℃以内 .     

基于新型形状记忆合金阻尼器的减振研究

基于现有形状记忆合金阻尼器的优点提出了一种新型形状记忆合金阻尼器,描述了它的工作原理并给出了具体构造,适当确定框架结构安装此种阻尼器的数量,用时程分析的方法比较了安装和未安装此种阻尼器的减振效果,说明了形状记忆合金在结构振动控制方面的有效性与适用性．     

镍钛形状记忆合金管材的研究进展

镍钛形状记忆合金管材因为具有良好的形状记忆效应和超弹性而在工程领域得到了广泛的应用.文章总结了国内外众多学者的研究成果,系统介绍了镍钛形状记忆合金管材的加载力学行为、塑性成形方法和典型工程应用.镍钛形状记忆合金管材在单向拉伸加载、单向扭转加载以及拉伸扭转复合加载方式下表现出了不同的力学行为.奥氏体镍钛形状记忆合金管材在单向拉伸加载下,可以观察到明显的应力诱发马氏体螺旋带.镍钛形状记忆合金管材的塑性成形方法主要有拉拔、挤压和旋压,拉拔工艺仍是目前生产镍钛形状记忆合金管材的主要手段.镍钛形状记忆合金管材的典型工程应用主要有生物医用支架和管接头.镍钛形状记忆合金管材在科学研究和工程应用方面仍具有广阔的发展空间.     

中温处理对CuAlNiMnTi记忆合金热循环及力学行为的影响

用阻法、金相分析、电镜分析、Ｘ射线衍射及拉伸试验等研究了淬火后中温处理对ＣｕＡｌＮｉＭｎＴｉ形状记忆合金热循环特性及力学行为的影响。研究结果表明：合金淬火后经６００℃中温处理可产生适量α相，α相优先在晶界析出，保温时间延长，则晶内也析出α相，控制中温处理时间可以调整α相含量，从而调整相变点；经中温短时处理后，在随后的热循环过程中不再有ＮｉＡｌ基析出相，从而实现热循环过程中相变点基本稳定；中温处理时     

镍钛形状记忆合金线坯连续定向凝固温度场的数值模拟

连续定向凝固过程中结晶器的温度分布对固-液界面位置和形状具有重要影响.在建立三维物理模型以及确定材料热物性参数、边界条件与冷却水对流换热系数计算方法的基础上,采用ANSYS有限元软件对不同参数组合条件下镍钛形状记忆合金线坯连续定向凝固的稳态温度场进行了数值模拟.研究结果表明,在所给定的模型及各种参数条件下,镍钛形状记忆合金在结晶器内可以完成凝固过程,且固-液界面呈平直状,具备了进行连续定向凝固制备的基本条件.