形狀記憶合金的本構模型.pdf

1、作為一種新型智能材料，形狀記憶合金以其獨特的形狀記記憶效應和超彈性效應，以及優(yōu)良的理化性能和生物相容性，在土木、控制、醫(yī)療、能源與機械工程等領域得到了廣泛的應用。形狀記憶合金日趨廣泛的應用，使得建立能有效準確地描述形狀記憶合金熱力學行為的本構模型具有重要的工程意義。 根據示差掃描熱量分析(DSC)結果，假設相變過程中熱流和溫度具有分段線性關系，利用形狀記憶合金在相變過程中自由能、溫度和馬氏體體積分數三者間的微分關系，推導了一個多

2、項式型相變方程，特別是該相變方程同時考慮相變峰值溫度、相變開始溫度和相變結束溫度對形狀記憶合金相變行為的影響，因此比現存相變方程能更有效、準確地描述形狀記憶合金的相變行為。以熱動力學和細觀力學為理論基礎，結合多項式型相變方程，建立了一個能夠描述形狀記憶合金熱力學本構行為、且能反映馬氏體擇優(yōu)取向過程的形狀記憶合金三維細觀力學本構模型。 定義了能夠有效描述形狀記憶合金的超彈性和形狀記憶效應的新的內變量：形狀記憶因子。利用Magee關

3、于鐵系合金馬氏體相變的一維形核動力學方程，推導了一個指數型的形狀記憶演化方程，與現存功能相同的形狀記憶合金相變方程相比，該形狀記憶演化方程具有更簡潔的數學表述和清晰的物理意義。在Tanaka、Liang和Brinson工作的基礎上，以熱動力學為理論基礎，結合形狀記憶演化方程，建立了一個能有效描述形狀記憶合金熱力學本構行為的形狀記憶合金宏觀唯象本構模型。 利用宏觀唯象本構模型、Brinson本構模型、Liang本構模型和Tanak

4、a本構模型，分別研究了形狀記憶合金復合梁的振動控制。推導了復合梁在溫度變化情況的回復力方程和復合梁的振動頻率和溫度間的關系方程。通過數值計算研究了回復力和溫度間以及梁的振動頻率和溫度間的關系，并比較和分析了不同模型的研究結果。 利用宏觀唯象本構模型和Brinson本構模型，分別研究了形狀記憶合金扭力驅動器的熱力學行為。建立了形狀記憶合金扭力驅動器的驅動力公式和扭轉角公式。通過數值計算研究了扭轉角和溫度的關系，分析了扭力驅動器的幾