TINi相變柱殼的徑向靜動(dòng)態(tài)特性的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、相變對(duì)材料特性的影響，是固體力學(xué)和材料力學(xué)的基本問題之一。因相變材料具有獨(dú)特的力學(xué)特性，在工程中有著廣泛的應(yīng)用前景。目前，其材料性能的研究相對(duì)較為成熟，但其基本結(jié)構(gòu)件的力學(xué)響應(yīng)研究仍處于起步階段。因此，進(jìn)一步研究相變材料的基本結(jié)構(gòu)件的力學(xué)響應(yīng)具有重要意義。
　　 形狀記憶合金(SMA)是典型的相變材料，本文以SMA圓柱薄殼結(jié)構(gòu)作為研究對(duì)象，從準(zhǔn)靜態(tài)實(shí)驗(yàn)和動(dòng)態(tài)沖擊實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面，對(duì)處于偽彈性狀態(tài)(PE)下的不同尺寸、不同邊界條件約束

2、的TiNi合金相變柱殼進(jìn)行較為系統(tǒng)的徑向準(zhǔn)靜態(tài)壓縮特性研究與動(dòng)態(tài)沖擊響應(yīng)研究。對(duì)比了柱殼在動(dòng)態(tài)加載和準(zhǔn)靜態(tài)加載下的響應(yīng)特性，分析了相變柱殼吸能機(jī)理，并發(fā)現(xiàn)了一些新現(xiàn)象和新規(guī)律，得到一些有意義的結(jié)果，可為其工程應(yīng)用提供依據(jù)。
　　 本文利用MTS對(duì)不同徑厚比和不同邊界條件的單個(gè)和多個(gè)偽彈性TiNi合金圓柱殼進(jìn)行較為系統(tǒng)的準(zhǔn)靜態(tài)實(shí)驗(yàn)研究，并使用CCD高速相機(jī)實(shí)時(shí)跟蹤柱殼的變形過程，研究結(jié)果表明：1，當(dāng)邊界約束一定時(shí)，隨著名義應(yīng)變的增

3、大，單個(gè)柱殼、豎排雙殼和錯(cuò)排七殼的耗能率和比能不斷增加。當(dāng)名義應(yīng)變不變時(shí)，單個(gè)柱殼的耗能率和比能隨邊界約束個(gè)數(shù)的增多而增加，吸能效果越好，隨徑厚比的增加而減小，吸能效率下降。2，邊界約束一定時(shí)，隨著徑厚比的減小，單個(gè)柱殼等效剛度增強(qiáng)，承載力增加，同時(shí)滯回環(huán)面積增大，吸能耗能越多。徑厚比相同時(shí)，隨著約束條件的增加，單個(gè)柱殼等效剛度增強(qiáng)，承載力增加，同時(shí)滯回環(huán)面積增大，吸能耗能越多。3，在兩向約束下單個(gè)柱殼根據(jù)載荷位移曲線可分為加載線性段-

4、加載遞減硬化段-加載線性段-卸載線性段-卸載遞減硬化段-卸載線性段-卸載遞增硬化段-卸載線性段八個(gè)階段。三向約束條件和四向約束條件下載荷位移曲線可劃分成類似階段，不同的是三向條件下在加載線性硬化段后出現(xiàn)剛度較大線性硬化段，四向約束條件卸載過程中出現(xiàn)卸載線性反彈段。單個(gè)柱殼最終形成的相變鉸數(shù)為邊界約束數(shù)的兩倍，在不同邊界條件下柱殼在各處相變鉸的形成順序和恢復(fù)順序基本一致，都是從固定端到加載端。4，在四向約束條件下，豎排雙殼的上下兩殼在固定

5、端、右上角和左上角處表面應(yīng)變較大，上殼形成五個(gè)相變鉸機(jī)構(gòu)，下殼形成七個(gè)相變鉸機(jī)構(gòu)。錯(cuò)排七殼兩肩處的柱殼的局部變形最大，其次為左右兩足的柱殼，下排中間的兩個(gè)柱殼變形較小，七個(gè)柱殼變形不均勻，整體吸能效果不佳。
　　 PE相變柱殼在動(dòng)態(tài)沖擊作用下由于應(yīng)力波效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生不同于準(zhǔn)靜態(tài)下的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)響應(yīng)。本文用改進(jìn)的SHPB設(shè)備結(jié)合高速攝影機(jī)進(jìn)行了單個(gè)TiNi柱殼在不同條件下（兩向約束和四向約束）及豎排雙柱殼在四向約束條件的徑向動(dòng)態(tài)沖擊實(shí)驗(yàn)，

6、結(jié)果表明：1，兩向約束條件下，柱殼的動(dòng)態(tài)載荷位移曲線存在波動(dòng)，且波動(dòng)頻率與應(yīng)力波在子彈中傳播頻率一致：柱殼動(dòng)態(tài)加載和準(zhǔn)靜態(tài)加載的加載載荷基本吻合，壓縮位移相同時(shí)柱殼的變形類似。2，四向約束條件下，柱殼動(dòng)態(tài)加載的載荷位移曲線在加卸載過程中載荷位移曲線沒有明顯的上下震蕩，線性段剛度大于準(zhǔn)靜態(tài)加載的線性剛度，動(dòng)態(tài)加載線性硬化段的載荷低于準(zhǔn)靜態(tài)加載線性硬化段的載荷，動(dòng)態(tài)卸載線性硬化段的載荷小于準(zhǔn)靜態(tài)卸載線性段的載荷。柱殼在加載端處變形較大，在透