形狀記憶合金的多維本構(gòu)關系研究.pdf

1、形狀記憶合金是一種能夠在溫度或應力作用下改變其晶體結(jié)構(gòu)的材料。由于具有獨特的形狀記憶效應、滯后性能、變阻尼特性和相變偽彈性等諸多智能功能，形狀記憶合金已經(jīng)成為引人注目的新型功能材料之一。為了將其準確地應用于工程結(jié)構(gòu)并實現(xiàn)所指定的功能，就需要建立既能準確描述材料特性又能方便工程應用的材料本構(gòu)模型。本文在前人工作的基礎上，研究了適用于多維應力狀態(tài)下的形狀記憶合金本構(gòu)模型，主要工作有： 首先，分析了形狀記憶合金的主要力學和物理特性，以

2、及引起這些特性的物理本質(zhì)。其次，對目前具有影響力的一些形狀記憶合金本構(gòu)模型進行了分類概述和討論，并且總結(jié)了建立形狀記憶合金材料多維本構(gòu)的兩種方法。接著，基于熱力學理論，在Lagoudas等提出的理論框架內(nèi)對相變方程和描述相變的內(nèi)變量進行了討論。在此基礎上，類比經(jīng)典塑性力學中的屈服面，引入Liang和Brinson提出的馬氏體體積分數(shù)與應力以及溫度的關系，研究了適用于全程比例加載的形狀記憶合金多維本構(gòu)模型。最后，對文中建立的本構(gòu)模型進行了

3、求解，并且編制了MATLAB語言程序，對形狀記憶合金試件在一維和多維情況下的材料熱力學行為進行了數(shù)值模擬和分析。 研究結(jié)果表明，文中所提出的形狀記憶合金本構(gòu)模型能夠較好地模擬材料的形狀記憶效應和偽彈性，并且在溫度低于馬氏體相變開始溫度時能夠描述馬氏體的重定向問題，克服了Lagoudas模型不能描述材料處于完全馬氏體狀態(tài)時的力學行為的缺陷。模型最終表達為統(tǒng)一的關于應力，應變和溫度的增量形式，便于在日后工程應用中的有限元實施。