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《北京交通大学》 2010年
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形状记忆合金材料本构模型的大变形问题研究

吴云章  
【摘要】: SMA是一种新型功能材料,具有优良的形状记忆功能、超弹性等特性。其独特的力学性能引起了国内外学者的广泛关注。在SMA材料的应用和发展中,本构关系的研究是反应其宏观力学性能的关键性问题。然而SMA材料在相变过程中,变形量常常达到了6%~8%甚至10%,对这种物理现象的合理解释,需要考虑大变形影响。本文基于大变形理论,针对SMA材料本构模型的大变形问题进行了研究,主要工作和取得的进展如下: 1、介绍了能够用于SMA材料本构模型的连续介质力学和热动力学基础。分析了建立宏观唯象模型的两种常用途径。总结归纳了SMA材料宏观唯象模型特征的区别:主要是马氏体体积分数的选取、分解和不同的相变“屈服”面。着重介绍了宏观唯象模型中基于变形梯度、Green-Cauchy张量等以其表达的几种常见的大变形模型,和如何应用径向返回算法将相变过程中的应力有效地控制在相变“屈服”面上。 2、在马氏体体积分数不断变化的SMA材料的相变过程中,有效复合模量是影响SMA力学性能的一个重要因素。基于细观力学基础,本文给出了一种SMA有效复合模量的近似求解方法。该近似解形式简捷,计算方便,计算结果与实验数据相当接近,比一般的线性插值方法具有更好的精确度。 3、采取了一种基于热力学和相变驱动力的SMA本构模型,并应用该模型对SMA材料进行了大变形和小变形计算分析。主要以单向拉伸和简单剪切变形为例,分别对两种计算结果进行比较分析。结果表明,单向拉伸时两种方法相差不大,剪切变形时大变形计算更加接近实际结果。为SMA材料的本构模型的进一步研究,特别是在多轴非比例加载的研究方面建立了一定的理论基础。
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TG139.6

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【参考文献】
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