形狀記憶合金及其增強(qiáng)復(fù)合材料宏觀力學(xué)性能.pdf

1、形狀記憶合金材料因其獨(dú)特的形狀記憶效應(yīng)和良好的超彈性能，自誕生至今已被廣泛應(yīng)用于航空航天、交通運(yùn)輸、海洋結(jié)構(gòu)和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。隨著加工工藝和制備技術(shù)的發(fā)展，形狀記憶合金材料被以顆粒、纖維、帶和薄片等形式，植入不同種類基體材料，從而達(dá)到改進(jìn)復(fù)合材料的整體強(qiáng)度、斷裂韌性和抗沖擊性能，這類材料被稱之為形狀記憶合金復(fù)合材料或智能復(fù)合材料，但由于材料相容性的差異，形狀記憶合金纖維與基體材料界面粘結(jié)效果會(huì)影響復(fù)合材料宏觀力學(xué)性能，因此本文通過(guò)理論分

2、析、實(shí)驗(yàn)研究和有限元分析等方法，對(duì)形狀記憶合金及其增強(qiáng)復(fù)合材料宏觀力學(xué)性能進(jìn)行了研究，重點(diǎn)分析了界面相對(duì)復(fù)合材料宏觀力學(xué)行為的影響。相關(guān)研究?jī)?nèi)容簡(jiǎn)述如下：
　?。?）針對(duì)傳統(tǒng)形狀記憶合金（Ni-Ti合金）循環(huán)加載力學(xué)性能進(jìn)行了研究，提出了形狀記憶殘余因子的概念，并通過(guò)單軸循環(huán)加載測(cè)試研究了超彈Ni-Ti合金纖維形狀記憶殘余因子的演化規(guī)律，討論了應(yīng)變速率、溫度、循環(huán)次數(shù)對(duì)材料殘余應(yīng)變、彈性模量和相變臨界應(yīng)力的影響，構(gòu)造了一個(gè)傳統(tǒng)形狀

3、記憶合金一維宏觀循環(huán)本構(gòu)模型。
　?。?）針對(duì)磁致形狀記憶合金（Ni-Mn-Ga單晶）應(yīng)力-溫度-磁場(chǎng)耦合作用下的形狀記憶行為進(jìn)行了研究，通過(guò)熱動(dòng)力學(xué)方法推導(dǎo)了磁致形狀記憶合金一維本構(gòu)方程，考慮了殘余磁致形狀記憶應(yīng)變對(duì)變體體積分?jǐn)?shù)的影響，同時(shí)討論了溫度對(duì)磁疇體積分?jǐn)?shù)、晶體磁化旋轉(zhuǎn)角和單晶磁化行為的影響；通過(guò)Ni-Mn-Ga單晶宏觀磁致響應(yīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，研究了溫度對(duì)磁致形狀記憶行為的影響，數(shù)值計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證了本文模型的有效性

4、。
　?。?）構(gòu)造了考慮界面相影響的單根形狀記憶合金纖維三相同軸圓柱拔出模型，采用應(yīng)力函數(shù)法和最小余能原理對(duì)模型內(nèi)部應(yīng)力分布形式進(jìn)行了求解，并基于斷裂力學(xué)方法推導(dǎo)了纖維界面相能量釋放率表達(dá)形式；通過(guò)單根Ni-Ti合金纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基體拔出實(shí)驗(yàn)對(duì)界面臨界脫粘距離進(jìn)行了測(cè)定，并和本文理論結(jié)果、文獻(xiàn)有限元計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。
　　（4）基于界面應(yīng)力傳遞理論和改進(jìn)的混合定律，推導(dǎo)了形狀記憶合金短纖維增強(qiáng)彈塑性基體復(fù)合材料的宏觀力學(xué)

5、本構(gòu)模型及其有效模量表達(dá)形式；通過(guò)單軸拉伸實(shí)驗(yàn)，研究了單向隨機(jī)分布 Ni-Ti合金短纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料宏觀強(qiáng)度和斷裂延伸率；通過(guò)理論結(jié)果、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和有限元分析結(jié)果的對(duì)比，驗(yàn)證了本文模型的有效性。
　　（5）基于三相同軸圓柱剪切滯后模型，推導(dǎo)了形狀記憶合金長(zhǎng)纖維增強(qiáng)混雜復(fù)合材料的宏觀本構(gòu)模型及其有效模量表達(dá)形式，討論了界面相厚度、纖維長(zhǎng)細(xì)比、纖維體積分?jǐn)?shù)等參數(shù)對(duì)復(fù)合材料整體力學(xué)行為的影響；采用真空輔助樹脂注塑技術(shù)（VARI）制備