形状记忆合金一种细观本构关系的研究

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1、最庆人学倾I‘硷殳中文摘要b／随着科学技术的发展．对材料和结构提出了更随的要求，形状记忆合会出于具有一些特殊的力学性能如铁弹性行为、伪弹性行为和形状记忆效瘟等。而被广泛用在智能系统和结构中当作传感元件和作动器。为了燹好受广泛的使用形状已忆合会，建立一种简单适用韵关于SMA材料的洙构模型来描述形状记忆合会的主要力学行为特征以满足实际应刚的需要就变褥雯为紧迫。但出于SMA材料的特殊行为，‘本构关系的拙述存在较犬钧难度。目前人们对形状记忆合金的本构关系的研究远落后于传统会属材料，尤其是在温度、应力、应变多维状态空间中复杂加载情况下的力学行为还不完全清楚，

2、其中包括应力、温度循环荷载、非比例加载条件下材料的力学响应以及对荷载历史的依赖关系。这样就不利于充分发挥材料的潜在能力，妨碍了它在工程中的r“泛应用。为此本文根据形状记忆合会材料实际是吐}奥氏体棚和．LI氏体棚纰成并动态变化的两相材料，其形状记忆效应和伪弹性行为实质上是两相各自行为的动态组合，基于混台物理论t尉描述形状记忆台=《i；=主要行为的本构模型进行了理论研究和数值模拟0本文主要进行了以下几方面的工作：1．出混合物理论出发，根据形状记忆合金材料实际是由奥氏体相和马氏体襁组成并动态变化的两相材料，其形状记忆效应和伪弹性行为实质上是两相各自行为的

3、动态组合，在小变形和塑性不可压缩条讯：F提出了描述SMA行为特征的本构模型，并得到了相应的本梅方程叠孩模型对采甩何种塑性本构关系没有限制，对加载历史办没寄便制。歹2．鬻瓣狲瓣零构方程(微分形式)，提出了计算SMA材料宏观响应的一释!算法，得到了增量形式的本构方程，并编制了在温度一成力加载史下及在温度一应变加载史下的计算程序。3．用本文提出的本构模型对Au-47．5at％Cd形状记忆台会柏i简甲ib'1．Jk及不同的温度条件下的铁弹性、形状记忆效应和伪弹性行为进行了描述，并对多晶Cu．A1．Zn．Mn形状记忆合会在双轴非比例复杂加载条件F的伪弹性进行

4、了描述，与已有的实验结果进行比较≮从比较的情况来看，本】：作所提⋯的木构模型能够11i确地描述形状记忆胥仓拒小¨泓度以及单轴及双轴非比例加载复杂条件F的铁弹性、伪弹性和形状址忆效应，从而也论证了本文所提出的本构模犁的乖确性。f／．该模艰形，℃比较简雅，物理意义嘲晰，便于在实际¨驯t心刚。j一‘√关键词：形状记忆合金，本构模型，形状记忆效应，伪弹性垫望．墨丛垒鲎塑!．堡墨ABSTRACT’11hedeveIopmentofsclenceandtechnologymakesitpossibletodevelopmoreadvancedmaterials

5、andstructures．Asakindofsmartmaterialsllapcmemoryalloys(SMA)alreadyhavebeenusedlintransducerandactua。torinintelligentsystemsandstructuresduetosomeespecialmechanicschara、cte。risticssuchas。ferroelasticityatlowtemperature，pseudoelasticityandshapememoryeffect(SME)．Inordertomakeabeg

6、teruseofSMA，itissigniticanttoestablisharealisticsortofconstitutivemodeIforSMAmaterial，whichshouldbe，easilyapplicable：should．ButbecauseofthecomplexityofthebehaviorofSMA．thedescriptionoftheconstitutivebehaviorol’SMAisdifficult．Whichinvolvesth⋯ecouplingbetweentemperature、stressan

7、dphase-transformation．Inthepfistdecade，altheughrhanyconstitutivemodelshavebeenproposed．feworhtemareabletodescribecomprehensively．theconstitutivebehaviorofSMAandeasilyapplicableinpracticalengineeringproblem．“·Inthispaper,basedonthefactthatSMAisdynamicallycomposedofaustenitephas

8、eandmartensitephaseandthemacroscopicbehaviorofSMAsuch【猫SMEand