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《哈尔滨工程大学》 2006年
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形状记忆合金的本构模型

周博  
【摘要】:作为一种新型智能材料,形状记忆合金以其独特的形状记记忆效应和超弹性效应,以及优良的理化性能和生物相容性,在土木、控制、医疗、能源与机械工程等领域得到了广泛的应用。形状记忆合金日趋广泛的应用,使得建立能有效准确地描述形状记忆合金热力学行为的本构模型具有重要的工程意义。 根据示差扫描热量分析(DSC)结果,假设相变过程中热流和温度具有分段线性关系,利用形状记忆合金在相变过程中自由能、温度和马氏体体积分数三者间的微分关系,推导了一个多项式型相变方程,特别是该相变方程同时考虑相变峰值温度、相变开始温度和相变结束温度对形状记忆合金相变行为的影响,因此比现存相变方程能更有效、准确地描述形状记忆合金的相变行为。以热动力学和细观力学为理论基础,结合多项式型相变方程,建立了一个能够描述形状记忆合金热力学本构行为、且能反映马氏体择优取向过程的形状记忆合金三维细观力学本构模型。 定义了能够有效描述形状记忆合金的超弹性和形状记忆效应的新的内变量:形状记忆因子。利用Magee关于铁系合金马氏体相变的一维形核动力学方程,推导了一个指数型的形状记忆演化方程,与现存功能相同的形状记忆合金相变方程相比,该形状记忆演化方程具有更简洁的数学表述和清晰的物理意义。在Tanaka、Liang和Brinson工作的基础上,以热动力学为理论基础,结合形状记忆演化方程,建立了一个能有效描述形状记忆合金热力学本构行为的形状记忆合金宏观唯象本构模型。 利用宏观唯象本构模型、Brinson本构模型、Liang本构模型和Tanaka本构模型,分别研究了形状记忆合金复合梁的振动控制。推导了复合梁在温度变化情况的回复力方程和复合梁的振动频率和温度间的关系方程。通过数值计算研究了回复力和温度间以及梁的振动频率和温度间的关系,并比较和分析了不同模型的研究结果。 利用宏观唯象本构模型和Brinson本构模型,分别研究了形状记忆合金扭力驱动器的热力学行为。建立了形状记忆合金扭力驱动器的驱动力公式和扭转角公式。通过数值计算研究了扭转角和温度的关系,分析了扭力驱动器的几何因素和形状记忆合金丝的缠绕角度对驱动效果的影响。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TG139.6

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 王永军;含形状记忆合金复合结构振动特性研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 王玉龙;形状记忆合金复合材料界面力学特性[D];哈尔滨工程大学;2011年
3 王伟;形状记忆合金的本构模型及试验研究[D];大连理工大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 吴云章;形状记忆合金材料本构模型的大变形问题研究[D];北京交通大学;2010年
2 莫杜毅;基于双样条QR法的SMA混凝土梁裂缝控制研究[D];广西大学;2012年
3 赵士成;考虑温度记忆效应的形状记忆合金热力学本构模型[D];哈尔滨工程大学;2012年
4 谷进进;镍钛形状记忆合金包套压缩塑性变形行为研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
5 刘艳梅;SMA支撑体系的滞回性能试验研究及其在海洋平台中的应用分析[D];青岛理工大学;2011年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 郭扬波,刘方平,载翔宇,唐志平,虞吉林;TiNi合金的动态伪弹性行为和率相关相变本构模型[J];爆炸与冲击;2003年02期
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4 郑雁军,崔立山,杨大智;形状记忆合金马氏体相变动力学模型[J];复合材料学报;2000年01期
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10 杜彦良,聂景旭,赵长占;构件裂纹的探测和主动控制的一种新方法[J];航空学报;1993年07期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 李岩;机敏复合材料中TiNi形状记忆合金约束态相变研究[D];大连理工大学;2001年
2 刘晓鹏;TiNi形状记忆合金薄膜显微结构及相变行为研究[D];大连理工大学;2002年
3 朱祎国;形状记忆合金及其复合材料的本构关系[D];大连理工大学;2002年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 梁文科,朱建国;浅析NiTi形状记忆合金的疲劳机理[J];四川有色金属;2005年03期
2 孙向东,孙旭东,张慧波,叶邦格,姜俊,胡萍;磨碎玻璃纤维在MC尼龙中的应用研究[J];工程塑料应用;2004年07期
3 惠雪梅,张炜,王晓洁,魏平;EP/纳米SiO_2/空心微珠复合材料的性能研究[J];工程塑料应用;2005年07期
4 蔡闻峰;周惠群;何颖;李河清;;树脂基碳纤维复合材料制孔缺陷及其钻削工艺研究[J];工程塑料应用;2005年10期
5 惠雪梅;宋义斌;王晓洁;尤丽虹;;碳纤维增强环氧改性氰酸酯树脂复合材料性能研究[J];工程塑料应用;2007年11期
6 熊光晶,姜浩,邓伟,黄冀卓,刘继川;碳纤维—玻璃纤维复合加固混凝土梁的抗弯试验研究[J];四川建筑科学研究;2001年01期
7 赵若红,熊光晶,杨建中;纤维复合材料加固混凝土轴压柱的应用研究现状和展望[J];四川建筑科学研究;2002年03期
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9 程选生;杜永峰;;正交各向异性钢筋混凝土板结构弹性常数的确定[J];四川建筑科学研究;2006年05期
10 孙建运;李国强;;动力荷载作用下固体材料本构模型研究的进展[J];四川建筑科学研究;2006年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 郝颖;吴志强;;双线性滞后系统减振分析[A];第十三届全国非线性振动暨第十届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C];2011年
2 张振华;吴志强;;SMA层合梁的非线性振动和分岔分析[A];第十三届全国非线性振动暨第十届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C];2011年
3 周林云;万水;;GFRP桥面板截面设计与结构分析[A];2011复合材料桥梁技术研讨会论文集[C];2011年
4 胡宁宁;张永发;;复合智能矩形板的振动特性分析[A];第十二届全国结构工程学术会议论文集第Ⅱ册[C];2003年
5 苏继龙;;普通材料和复合材料弹性模量的比较教学[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(上)[C];2005年
6 付强;邓守春;张晶;梁乃刚;;基于滑移构元的多晶金属弹塑性本构模型[A];固体力学进展及应用——庆贺李敏华院士90华诞文集[C];2007年
7 邱战洪;张我华;陈云敏;;基于最小耗能原理的黏弹塑性损伤模型[A];第九届全国岩土力学数值分析与解析方法讨论会论文集[C];2007年
8 周博;冷劲松;刘彦菊;;形状记忆合金的马氏体相变模型[A];第十五届全国复合材料学术会议论文集(上册)[C];2008年
9 沈观林;;复合材料与结构的力学性能测试技术及“复合材料力学”课程教学[A];第十五届全国复合材料学术会议论文集(下册)[C];2008年
10 周晔欣;黄争鸣;;考虑静水压力影响的复合材料桥联理论[A];第十五届全国复合材料学术会议论文集(下册)[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王永军;含形状记忆合金复合结构振动特性研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 折勇;直角域中圆形夹杂与裂纹反平面动力的相互作用[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 王纪滨;双材料界面扩展裂纹尖端场奇异性的研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
4 何峰;岩石蠕变—渗流耦合作用规律研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
5 杜娟;高精度电子组装设备中智能材料驱动器的建模与控制研究[D];华南理工大学;2010年
6 郑华升;树脂基碳纤维智能层的功能特性及其机理研究[D];武汉理工大学;2010年
7 刘超;激光光热驱动技术与微型光热驱动机构研究[D];浙江大学;2010年
8 田野;聚合物微机械的飞秒激光加工及驱动研究[D];吉林大学;2011年
9 闫绍盟;铁磁性形状记忆合金的马氏体相变与晶体学[D];华中科技大学;2011年
10 颜钦;基于SMA的仿生柔性鱼鳍三维运动机理与实验研究[D];中国科学技术大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张磊涛;HHT在结构健康监测中的应用研究[D];浙江理工大学;2010年
2 孟威;薄膜集成磁件结构拓扑优化与制备工艺研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
3 张宛君;齿轮传动接触问题的数值模拟研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
4 刘鑫;无筋及水平灰缝配筋砌体干燥收缩试验研究[D];长沙理工大学;2010年
5 邓海龙;混凝土重力坝时效位移与损伤度及其对比分析研究[D];南昌大学;2010年
6 习俊梅;稀土超磁致伸缩驱动微动夹钳研究[D];南昌大学;2010年
7 杨占宇;含缺陷PVC板材多场耦合性能研究[D];中南林业科技大学;2009年
8 夏玉民;GFRP管钢筋混凝土组合构件偏心受压的力学性能研究[D];沈阳建筑大学;2011年
9 周建鸿;形状记忆合金用于结构自修复的设计和试验研究[D];沈阳建筑大学;2011年
10 巴静;基于PVDF的光刻机流场压力检测方法的研究[D];浙江大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘伟;王社良;谭小蓉;王艳;;形状记忆合金在结构振动控制中的应用[J];四川建筑科学研究;2008年03期
2 杨媛;徐志伟;;基于SMA的飞行器变体机翼驱动结构研究[J];兵器材料科学与工程;2010年01期
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4 邓宗才;牛坤;李建辉;;新型SMA耗能支撑体系[J];北京工业大学学报;2008年05期
5 王迎娜,王玉林,蒋云;三维编织复合材料有效模量的计算[J];玻璃钢/复合材料;2003年06期
6 郭扬波,刘方平,载翔宇,唐志平,虞吉林;TiNi合金的动态伪弹性行为和率相关相变本构模型[J];爆炸与冲击;2003年02期
7 孟祥锐;苏丹丹;褚丽娟;;基于WebGIS的城市防震减灾信息系统研究[J];长春师范学院学报(自然科学版);2008年08期
8 郑雁军,崔立山,杨大智;金属基NiTi形状记忆合金机敏复合材料的研究进展[J];材料导报;1999年06期
9 贺志荣;;TiNi 形状记忆合金的工程应用研究现状和展望[J];材料导报;2005年04期
10 张春生,赵连城;TiNi记忆合金的马氏体相变与形状记忆效应[J];材料科学与工艺;1994年03期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 郑成琪;CuAlMn形状记忆合金的晶体结构和阻尼性能研究[D];江苏大学;2011年
2 朱祎国;形状记忆合金及其复合材料的本构关系[D];大连理工大学;2002年
3 魏巍;导管架式海洋平台地震破坏状态分析研究[D];中国海洋大学;2004年
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5 张庆新;磁控形状记忆合金特性及其执行器应用基础研究[D];沈阳工业大学;2006年
6 孙庆平;相变塑性细观本构理论与增韧分析[D];清华大学;1989年
7 李明高;TiNi形状记忆合金与不锈钢的连接[D];吉林大学;2006年
8 左晓宝;形状记忆合金阻尼器—斜拉索减振控制的试验与分析研究[D];东南大学;2005年
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10 朱玉萍;形状记忆合金材料的细观力学模型若干问题研究[D];北京交通大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 赵博;大型热电厂间接连接供暖系统对新型墙体节能建筑供暖能耗分析[D];哈尔滨工程大学;2009年
2 单石磊;基于双层光纤传感网络的智能材料结构损伤模式研究[D];南京航空航天大学;2011年
3 谢开仲;大跨度钢管混凝土拱桥非线性动力分析的QR法[D];广西大学;2002年
4 黄绍派;高层建筑结构弹塑性动力分析的QR法及工程应用[D];广西大学;2002年
5 付小华;嵌入形状记忆合金丝复合材料梁热屈曲分析[D];兰州理工大学;2003年
6 滕兆春;嵌入形状记忆合金丝复合材料梁的振动控制[D];兰州理工大学;2003年
7 彭红美;基于形状记忆合金(SMA)的被动结构控制研究[D];辽宁工程技术大学;2004年
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10 肖尔田;一种新型形状记忆合金超弹性阻尼器的理论与试验研究[D];东南大学;2004年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 阴可;余志刚;;地下工程形状记忆合金混凝土“双程梁”特性研究[J];现代隧道技术;2014年02期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 张振华;形状记忆合金(SMA)复合结构的动力学分岔与控制[D];天津大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 张亚涛;超磁致伸缩材料的建模及其层合板的非线性动力学研究[D];天津大学;2012年
2 杨洁;SMA绞线复合支座的设计及其桥梁隔震效果分析[D];辽宁工程技术大学;2012年
3 吕军;形状记忆合金的断裂行为数值模拟分析[D];哈尔滨工程大学;2013年
4 高祥;形状记忆合金驱动的发电机构研究[D];中北大学;2014年
5 毛文钦;形状记忆合金热机的研究[D];杭州电子科技大学;2014年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 宋固全;孙庆平;黄克智;;EFFECT OF MICROSTRUCTURE ON THE HARDENING AND SOFTENING BEHAVIORS OF POLYCRYSTALLINE SHAPE MEMORY ALLOYS PART Ⅰ:MICROMECHANICS CONSTITUTIVE MODELING[J];Acta Mechanica Sinica;2000年04期
2 宋固全;孙庆平;黄克智;;EFFECT OF MICROSTRUCTURE ON THE HARDENING AND SOFTENING BEHAVIORS OF POLYCRYSTALLINE SHAPE MEMORY ALLOYS PART Ⅱ:NUMERICAL SIMULATION UNDER AXISYMMETRICAL LOADING[J];Acta Mechanica Sinica;2000年04期
3 王文强,唐志平;冲击下宏观相边界的传播[J];爆炸与冲击;2000年01期
4 张苇;形状记忆合金及其应用[J];材料导报;1995年04期
5 张春生,赵连城;TiNi记忆合金的马氏体相变与形状记忆效应[J];材料科学与工艺;1994年03期
6 朱祎国,吕和祥,杨大智;形状记忆合金的本构模型[J];材料研究学报;2001年03期
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8 赵晓鹏,周本濂,罗春荣,王景华,刘建伟;具有自修复行为的智能材料模型[J];材料研究学报;1996年01期
9 吴波,孙科学,李惠,唐卫胜;形状记忆合金力学性能的试验研究[J];地震工程与工程振动;1999年02期
10 王吉军,崔立山,杨大智,付振堂,季锡峰,马孝江;NiTi形状记忆合金的振动主动控制研究[J];大连理工大学学报;1997年04期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 郑雁军;TiNi形状记忆合金丝/AI基复合材料中TiNi合金约束态相变的研究[D];大连理工大学;2000年
2 李岩;机敏复合材料中TiNi形状记忆合金约束态相变研究[D];大连理工大学;2001年
3 刘晓鹏;TiNi形状记忆合金薄膜显微结构及相变行为研究[D];大连理工大学;2002年
4 孙庆平;相变塑性细观本构理论与增韧分析[D];清华大学;1989年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘爱荣,潘亦苏,周本宽;形状记忆合金弹簧变形分析及其在振动控制中的应用[J];西南交通大学学报;2000年01期
2 彭向和,韩勇,黄尚廉;形状记忆合金拟弹性行为的热力学描述[J];应用力学学报;2000年01期
3 邱平善,李丹,郭立伟,黄渭馨,王桂松,于卫东;TiNi形状记忆合金薄膜的表面形貌及影响[J];哈尔滨理工大学学报;2000年01期
4 姜卫利,刘中勋;一种新型的形状记忆合金记忆疲劳寿命衡量指标[J];金属功能材料;2000年04期
5 杨凯,辜承林;形状记忆合金的研究与应用[J];金属功能材料;2000年05期
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7 金延;多功能铁磁形状记忆合金[J];金属功能材料;2000年06期
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9 贺志荣;无镍钛基形状记忆合金的研究进展[J];钛工业进展;2000年03期
10 王镐,唐卫胜;形状记忆合金在人体上的应用[J];稀有金属快报;2000年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 秦添艳;;形状记忆合金的发展[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年
2 于东;张博明;梁军;武湛君;戴福洪;;形状记忆合金混杂复合材料的力学性能模拟与实验分析[A];复合材料——基础、创新、高效:第十四届全国复合材料学术会议论文集(下)[C];2006年
3 王晓宏;张博明;杜善义;于东;;形状记忆合金驱动主动变形波纹板结构的有限元分析[A];第十五届全国复合材料学术会议论文集(下册)[C];2008年
4 孙启健;尹维龙;周博;冷劲松;孙寿华;;形状记忆合金管扭转驱动器的设计[A];第十五届全国复合材料学术会议论文集(下册)[C];2008年
5 祖小涛;王治国;封向东;;TiNi形状记忆合金微型驱动器[A];加入WTO和中国科技与可持续发展——挑战与机遇、责任和对策(下册)[C];2002年
6 马宗义;倪丁瑞;王继杰;肖伯律;;搅拌摩擦加工制备形状记忆合金粒子增强铝基复合材料[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第7分册)[C];2010年
7 刘勇;Jan V.H;Zeliang X;;形状记忆合金的阻尼性能(英文)[A];材料科学与工程技术——中国科协第三届青年学术年会论文集[C];1998年
8 刘岩;周伟敏;江伯鸿;漆璿;;磁控形状记忆合金[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年
9 李强;刘彤;董治忠;谢春辉;王德法;陈金铭;;高记忆性能铁基形状记忆合金研制[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年
10 王高潮;鲁世强;杨刚;黄益宾;周善明;;形状记忆合金线性回复性能及其计算机辅助测试系统[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅲ[C];2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
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2 本报驻美国记者 毛黎;换位思考别有一番洞天[N];科技日报;2012年
3 本报记者 华凌;金属家族里的“变形金刚”[N];科技日报;2012年
4 记者 李鹏;4D打印:开启材料的自我组装时代[N];北京科技报;2014年
5 褚幼义;形状记忆合金,材料新贵族[N];中国有色金属报;2001年
6 李况;新型建筑电子化[N];中国房地产报;2003年
7 仲欣;新材料让建筑更“聪明”[N];中华建筑报;2003年
8 敖宏;记忆合金研发 北京走在前列[N];北京日报;2000年
9 中国科学技术馆 李春才  ;会记忆的金属材料[N];大众科技报;2004年
10 彭新建;日开发出超强磁性制品形状记忆合金[N];中国冶金报;2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王永军;含形状记忆合金复合结构振动特性研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 王玉龙;形状记忆合金复合材料界面力学特性[D];哈尔滨工程大学;2011年
3 陈斌;镍钛铌形状记忆合金宏细观力学行为研究[D];重庆大学;2013年
4 鲁军;磁控形状记忆合金电磁—机械可逆转换及应用基础研究[D];沈阳工业大学;2010年
5 李明高;TiNi形状记忆合金与不锈钢的连接[D];吉林大学;2006年
6 周博;形状记忆合金的本构模型[D];哈尔滨工程大学;2006年
7 竺致文;用形状记忆合金对转子系统进行主动控制[D];天津大学;2003年
8 朱胜利;多孔TiNi形状记忆合金的研究[D];天津大学;2005年
9 朱明;形状记忆合金大尺寸单晶及其制备技术研究[D];上海大学;2009年
10 朱祎国;形状记忆合金及其复合材料的本构关系[D];大连理工大学;2002年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 郝华星;形状记忆合金动力学行为奇异性分析[D];天津大学;2008年
2 汪金军;形状记忆合金驱动器在引信中应用的相关基础研究[D];南京理工大学;2009年
3 郭正;基于形状记忆合金丝充气薄膜管弯皱变形控制研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
4 梁红;用逆转补偿算法实现对形状记忆合金驱动器的控制[D];武汉理工大学;2005年
5 王晓宏;形状记忆合金驱动主动变形结构的设计与制作[D];哈尔滨工业大学;2006年
6 白雪;TiNi形状记忆合金医用内支架力学性能研究[D];北方工业大学;2003年
7 吴会军;基于形状记忆合金的变形控制系统设计[D];南京航空航天大学;2010年
8 赵澎涛;形状记忆合金在三维自适应变体结构中的应用研究[D];南京航空航天大学;2012年
9 李晋馥;形状记忆合金驱动的卫浴温控阀的设计与仿真[D];天津大学;2012年
10 王玉琢;回转式形状记忆合金锁紧释放装置研制和实验[D];哈尔滨工业大学;2013年
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