收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

TiNi合金伪弹性行为的理论、实验及数值模拟研究

邓世春  
【摘要】:形状记忆合金材料是一种新型功能材料,由于其形状记忆效应和伪弹性效应等优异的特性,被应用于生物医学、智能元部件、隔震吸能元件等。而其中最早开发的TiNi合金系列也是应用最多的形状记忆合金。本文对伪弹性TiNi合金的动静态力学行为进行了较为系统的实验、理论和数值模拟研究,主要包括以下几个方面: 从宏观和微观的角度指出了相变的机制以及衡量形状记忆合金相变过程的主要参数。对TiNi合金相变过程中的特殊行为,如马氏体重取向、拉压不对称性、变形局部化和失稳现象等进行了阐述。通过DSC(差示扫描量热仪)实验得出了Ti-50.9at.%Ni合金在多种不同的热处理方式下的ΔQ~T曲线以及相应的相变特征温度,并提出了常温下使Ti-50.9at.%Ni合金处于形状记忆状态和伪弹性状态的最佳热处理方式。 研究了伪弹性TiNi合金的低应变率力学性能,开展了不同温度、不同应变率、不同加载方式和条件下TiNi合会的准静态材料性能实验以及循环加载实验,获得了低应变率下TiNi合金的物理参数(如相变起始应力、残余应变、奥氏体和马氏体模量、迟滞面积等),得出了伪弹性TiNi合金在低应变率下的温度效应和应变率效应的一些规律,如TiNi合金在一定温度范围内的温度强化、伪弹性平台的温度效应等现象。给出了一种考虑温度效应和应变率效应耦合下的一维拉伸条件下本构关系的拟合形式,其结果和实验符合良好。 对材料开展了应变率10~3~2×10~3/s范围内的SHPB系列动态压缩实验、应变率10~2~10~3/s的旋转圆盘冲击拉伸实验,对高应变率下TiNi合金的动态压缩力学行为、动态拉伸力学行为做了较为全面的研究。通过高应变率的SHPB实验,得出结论:TiNi合金的相变起始应力随着应变率的改变而基本不变,相变结束应力随着应变率的提高而增加。经过回收试件的检测,发现试件的实际残余变形较小,表明了TiNi合金有较好的伪弹性;通过旋转圆盘冲击拉伸实验,观测到了动态拉伸实验中试件断裂时间和断裂应变等的应变率效应,分析了造成这种现象的可能原因。 对一种自制的TiNi合金阻尼耗能实验装置的振动特性进行了研究,讨论了振幅、预应变、温度等对系统固有频率和阻尼耗能性能的影响,得出了当应变幅值在一定范围内(<3%)时,振幅越大,阻尼比越大,耗能越快,预应变可有效提高阻尼比的规律。根据实验数据,给出了形状记忆合金丝制螺旋弹簧的设计思路,并按照这种思路设计了一种形状记忆合金丝制螺旋弹簧。 推导了一种基于热力学定律以及马氏体相变学的形状记忆合金唯象本构模型,同时给出了几种不同相变演化方程(余弦形式、二次多项式、三次多项式)下形状记忆合金的具体本构表达形式,通过和工程中广为应用的经典唯象本构模型进行的对比性研究以及实验结果的验证,表明了新的本构模型的科学性和合理性。 借鉴塑性力学的思想以及某些新的假设,推导了形状记忆合金的一种三维本构模型,并利用ABAQUS有限元软件的二次开发接口,把这种三维本构模型导入ABAQUS之中。并对Ti-50.9at.%Ni合金准静态的MTS拉伸实验进行了数值模拟,数值模拟结果与实验保持了一致性,同时也验证了实验设计的可行性和本构模型的科学性。 利用DYNA的自带线性形状记忆合金本构模型,对张兴华博士所做的45#钢弹冲击伪弹性TiNi悬臂梁的实验进行了详细的数值模拟研究,对其主要参数,如悬臂梁最大扰度、子弹剩余速度等参数与实验结果进行了对比,二者的良好符合证实了数值模拟的正确性,同时利用数值模拟对实验中难以观察到的现象,如弯曲波的传播、悬臂梁能量的变化等进行了分析,得出了一些有用的结论。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 王瑞祥,谷南驹,张建新,殷福星,张庆安;热处理工艺对CuZnAl形状记忆合金冷加工性能的影响[J];机械工程材料;1994年06期
2 ;永不忘本的形状记忆合金[J];花炮科技与市场;2003年01期
3 长征 ,玉燕 ,启明 ,金延;形状记忆合金的开发和应用[J];金属功能材料;2004年03期
4 崔相旭;姚鸿年;;形状记忆合金的奥秘[J];材料科学与工程学报;1983年04期
5 魏中国;杨大智;;形状记忆合金在传感器技术中的应用[J];功能材料;1987年01期
6 李炎;桥本初次郎;横田康宏;助台荣一;宋明晖;吴逸贵;;NiTi形状记忆合金的HREM观察[J];电子显微学报;1990年03期
7 韩;;马氏体相变及在形状记忆合金中的应用通过技术鉴定[J];河北工业大学学报;1992年01期
8 千东范,高宝东,刘雅秀;宽滞后形状记忆合金的研制[J];材料工程;1995年12期
9 ;形状记忆合金的弹性特性[J];金属功能材料;1999年04期
10 晓敏;薄膜形状记忆合金致动器[J];金属功能材料;2002年06期
11 大塚和弘,徐金璋;形状记忆合金的研究开发动向[J];上海钢研;2002年03期
12 韩明臣;;石墨坩埚熔炼高质量TiNi形状记忆合金[J];稀有金属快报;2007年03期
13 杨亲民;;我国形状记忆合金、智能材料等领域的著名科学家 中国仪表功能材料学会第四届理事会副理事长 大连理工大学教授、博士生导师 杨大智[J];功能材料信息;2008年Z1期
14 金嘉陵;邵自昌;徐慈怀;;CuZnAl形状记忆合金的冷加工及其对组织性能的影响[J];上海有色金属;1986年05期
15 邵自昌;金嘉陵;;CuZnAl形状记忆合金的组织和性能[J];上海有色金属;1987年02期
16 邵自昌;金嘉陵;;CuZnAl形状记忆合金的组织和性能[J];上海金属;1987年02期
17 安少云,张丽华;时效处理对 TiNi 合金相变与性能的影响[J];兵器材料科学与工程;1997年01期
18 王社良,沈亚鹏;形状记忆合金的力学特性及其工程应用[J];工业建筑;1998年03期
19 ;Ti- Ni系形状记忆合金薄膜[J];金属功能材料;1999年06期
20 姜左;形状记忆合金的非线性与医学应用研究[J];金属功能材料;2001年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 孙双双;孙国钧;;形状记忆合金与弹簧-阻尼复合结构的力学性能[A];2000年材料科学与工程新进展(上)——2000年中国材料研讨会论文集[C];2000年
2 江世哲;王社良;王洁;;形状记忆合金在土木工程振动控制中的应用研究[A];振动利用技术的若干研究与进展——第二届全国“振动利用工程”学术会议论文集[C];2003年
3 朱胜利;崔振铎;杨贤金;;氩气保护烧结TiNi多孔形状记忆合金的研究[A];2004年中国材料研讨会论文摘要集[C];2004年
4 饶光斌;王俭秋;柯伟;韩恩厚;;循环应力作用下伪弹性TiNi_(50.6)形状记忆合金的应力应变响应[A];疲劳与断裂2000——第十届全国疲劳与断裂学术会议论文集[C];2000年
5 林成新;谷南驹;赵连城;;FeMnSi系形状记忆合金的低温松弛研究[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年
6 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
7 莫华强;刘玉辉;黄德诚;苟渊;郑斯奎;周旭昌;沈保罗;霍永忠;曾光廷;曾祥才;李敏榆;;NiTiNb形状记忆合金的应力松弛研究[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展(上册)[C];2001年
8 孙双双;孙国钧;吴建生;;聚合物与形状记记合金组合杆的力学性能[A];2000年材料科学与工程新进展(上)——2000年中国材料研讨会论文集[C];2000年
9 成岩;韩晓东;张泽;WU M H;;热处理对Ti-Mo-V-Nb-Al合金微观结构的影响[A];2006年全国电子显微学会议论文集[C];2006年
10 赵连城;蔡伟;;形状记忆合金的研究进展[A];第二届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1995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 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
5 邹颖娴;应用SMA提高古塔抗震可靠性的理论与方法研究[D];西安建筑科技大学;2010年
6 邓俊楷;形状记忆合金中时效效应的原子模拟[D];西安交通大学;2011年
7 刘兵飞;多孔形状记忆合金的相变机理和力学性能研究[D];北京交通大学;2013年
8 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
9 李新宇;基于ADSM的电子电器产品设计方法与主动拆卸技术研究[D];合肥工业大学;2011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 王林伟;形状记忆合金对钢筋混凝土梁驱动效应的ANSYS分析[D];大连理工大学;2004年
2 王亚芳;形状记忆合金的超弹性及其应用研究[D];西北工业大学;2004年
3 甄睿;形状记忆合金相变点测试系统研究[D];合肥工业大学;2003年
4 袁月峰;形状记忆合金驱动器设计及控制研究[D];辽宁工程技术大学;2003年
5 曹玲飞;Cu-Al-Mn形状记忆合金马氏体结构及热稳定性的研究[D];中南大学;2002年
6 熊伟;形状记忆合金智能子结构控制系统的研究及应用[D];西安建筑科技大学;2001年
7 刘丽娟;电子辐照对形状记忆合金相变特性的影响[D];四川大学;2002年
8 吴为国;形状记忆合金耗能器及其结构被动控制方法研究[D];西安建筑科技大学;2004年
9 孙伟;TiNi形状记忆合金断裂机理的研究[D];兰州理工大学;2004年
10 郭一萍;钛镍形状记忆合金断裂等特性研究[D];兰州理工大学;2003年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 彭新建 摘译;无镍形状记忆合金开发成功[N];中国冶金报;2002年
2 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
3 褚幼义;形状记忆合金,材料新贵族[N];中国有色金属报;2001年
4 李有观;金属的记忆功能[N];中国有色金属报;2005年
5 戴丽昕;人生如棋 落子无悔[N];上海科技报;2008年
6 秋颖;潜艇隐身航行不留“航迹”[N];大众科技报;2002年
7 李有观;形状记忆合金材料的发展动向[N];中国有色金属报;2005年
8 李况;新型建筑电子化[N];中国房地产报;2003年
9 栾海;未来汽车有“预感”,能“自我保护”防碰撞[N];新华每日电讯;2007年
10 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
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978