超彈性NiTi形狀記憶合金微管的疲勞行為及損傷演化模型研究.pdf

1、NiTi形狀記憶合金由于其卓越的超彈性，形狀記憶特性和生物相容性，被廣泛應用于航天航空和生物領域。超彈性NiTi合金器件常作為結構中的關鍵元件，并在服役中受到循環(huán)載荷的作用。因此超彈性NiTi合金的疲勞行為是亟需關注的一個重要問題。近年來，國內外的一些學者對于超彈性NiTi合金的疲勞行為開展了較為廣泛的實驗觀察和疲勞失效模型研究。然而，絕大部分的實驗均為應變控制，并且未采用溫控裝置以保持恒溫的實驗過程。另外，實驗通常僅關注超彈性NiTi

2、合金的單軸和彎曲疲勞失效行為，而對非比例多軸加載下的疲勞行為報道較少;對于疲勞加載過程中的全壽命相變棘輪的研究還不夠完善，疲勞模型的建立也存在著一定的局限性。尤其是針對應用于人體血管支架的超彈性NiTi合金微管的疲勞實驗和失效模型的研究均非常缺乏，這對于醫(yī)用NiTi合金器件的設計存在著極大的阻礙作用。因此，有必要首先對超彈性NiTi合金微管在單軸、扭轉和非比例多軸加載下進行系統(tǒng)的應力控制疲勞實驗，對其全壽命相變棘輪和疲勞失效行為進行深入

3、分析。進而結合不同應力水平和加載路徑下疲勞斷口和殘余馬氏體形貌的觀察，建立合理的損傷演化模型和疲勞失效模型，提高對超彈性NiTi合金損傷演化和疲勞失效行為的預測能力。
　　為了對超彈性NiTi合金微管在應力控制循環(huán)加載下的損傷演化和疲勞失效行為進行系統(tǒng)的研究，本論文開展了以下研究工作:
　　1.在人體溫度310K的條件下，對于超彈性NiTi合金微管開展了系統(tǒng)的軸向、扭轉和非比例多軸應力控制疲勞實驗研究。歸納了不同加載方式下N

4、iTi合金全壽命相變棘輪演化的形式，討論了應力水平，加載路徑和峰谷值應力保持對NiTi合金單軸和多軸全壽命相變棘輪演化的影響，并分析了馬氏體相變程度對相變棘輪演化的促進作用。對于多軸加載，同時討論了馬氏體重定向過程對于相變棘輪演化的影響。這部分研究工作為建立NiTi合金的損傷演化模型提供了實驗基礎。
　　2.對于超彈性NiTi合金微管在軸向、扭轉和非比例多軸加載下的疲勞失效行為進行了分析，總結出材料的疲勞壽命隨應力水平和相變程度的

5、演化規(guī)律，并對比了單軸和多軸加載下疲勞失效行為的差異，討論了馬氏體重定向對材料疲勞壽命的影響;同時對超彈性NiTi合金微管在不同加載方式下的疲勞斷口和殘余馬氏體形貌進行了觀察。得到了一些關于超彈性NiTi合金微管疲勞失效行為有用的結論。這部分的研究結果對超彈性NiTi合金疲勞失效模型的建立具有重要的支持作用。
　　3.在對于宏觀和微觀疲勞實驗結果分析的基礎上，建立起了一個新的針對超彈性NiTi合金材料的疲勞損傷演化模型，模型同時考