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形状记忆合金及其复合材料的本构关系

智能材料的概念产生于二十世纪八十年代后期。形状记忆合金机敏复合材料一直是智能材料研究中的热点与重点之一,而形状记忆合金及其复合材料本构关系的研究是应用与发展这类机敏材料的关键基础性问题。本文从两个不同的角度建立了形状记忆合金的本构关系,并且将形状记忆合金的唯象模型应用于复合材料中,为智能复合材料材料的设计提供了有价值的参考意见。具体工作如下:在Tanaka唯象模型中,相变的体积百分数与应力及温度之间存在指数关系,且形状记忆合金的四个特征相变温度与应力之间存在线性关系,因此,在材料为完全马氏体态时加载,Tanaka模型不可能反映形状记忆合金的马氏体重定向现象。因此,作者建立了自己的唯象模型,它仍然采用Tanaka的马氏体体积分数指数模型,应用Brinson的特征相变温度与应力之间的关系,对于不同的相变驱动采用不同的相变应变表达式,同时,将挛晶马氏体的去挛晶过程看作为相变,这样,当形状记忆合金为完全的挛晶马氏体态加载时就可以反映马氏  (本文共140页) 本文目录 | 阅读全文>>

北京交通大学
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多孔形状记忆合金的相变机理和力学性能研究

智能材料是信息科学与材料科学相结合的产物,是材料科学领域一个非常重要的分支。由于形状记忆合金具有伪弹性和形状记忆效应等许多特有的性能,形状记忆合金及其复合材料引起了智能材料研究领域的广泛关注,并提出了智能形状记忆合金复合材料的概念。本构关系的研究是应用与发展这类材料的关键性问题,本文基于复合材料力学和细观力学的基本理论,分别对功能梯度形状记忆合金和多孔形状记忆合金的相变机理和力学性能进行研究。具体工作如下:将功能梯度形状记忆合金材料考虑为如下两种情况:一种是陶瓷和形状记忆合金组成的梯度复合材料,该材料既具有陶瓷材料的耐热性能又具有形状记忆合金的特殊力学特性;另一种是本身具有梯度特性的形状记忆合金材料。本文首先结合复合材料平均化理论和已有形状记忆合金的本构关系,分析了变温作用下陶瓷形状记忆合金功能梯度材料的力学性能。结果表明,与纯弹性金属陶瓷功能梯度复合材料相比,梯度形状记忆合金材料的最大应力明显降低,从而提高了材料的力学性能。对...  (本文共143页) 本文目录 | 阅读全文>>

北京交通大学
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形状记忆合金材料的细观力学模型若干问题研究

智能材料是信息科学融入材料科学的产物,已成为材料科学领域的一个重要分支。由于形状记忆合金具有许多特有的性能,形状记忆合金引起了复合材料研究领域的广泛关注,提出了智能形状记忆合金复合材料的概念。磁控形状记忆合金除了具有传统的温控和应力控制记忆合金的一般特点外,还可以在磁场的作用下输出应变。它响应频率快,可以把磁能转化为机械能,极大地拓展了形状记忆合金的应用前景,是一种理想的多功能材料。本构关系的研究是应用与发展这类材料的关键性问题,本文基于细观力学的理论和热力学原理,通过选取适当的状态变量,研究了形状记忆合金增强复合材料本构关系和磁控形状记忆合金的本构关系。具体工作如下:基于细观力学的方法和热力学原理,从细观结构到宏观状态进行分析,将形状记忆合金增强复合材料作为三相等效系统进行分析,三相等效系统指基体相、奥氏体相和生成相马氏体相,形状记忆合金整体的体积百分比不变,建立了一个简单、准确的本构模型,分析形状记忆合金增强复合材料的宏观力...  (本文共140页) 本文目录 | 阅读全文>>

北京交通大学
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功能梯度形状记忆合金热—力学性能研究

功能梯度形状记忆合金(Functionally Graded Shape Memory Alloy,简称FG-SMA)是一种新兴的功能材料,其不仅具有功能梯度材料(Functionally Graded Material,简称FGM)的连续变化的材料特性,能够消除普通层合材料中的应力集中,还具有形状记忆合金(Shape Memory Alloy,简称SMA)的独特的形状记忆效应和超弹性。FG-SMA以其独特的物理力学性能引起了材料界的广泛关注和研究,并开始被应用到许多不同的实际工程领域,这些实际应用必须以该材料的物理力学性能为前提。本文对不同载荷作用下的不同结构形式的FG-SMA的力学性能进行了研究,主要内容如下:首先对由弹性材料和弹塑性材料组成的FGM简支梁受均布载荷作用的弹塑性变形行为进行分析,得到这种FGM梁受力变形的理论解。文中采用幂函数来描述FGM梁中组分材料体积分数的变化情况,应用细观力学平均化的方法确定材料的整体性...  (本文共153页) 本文目录 | 阅读全文>>

华中科技大学
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SMA拟弹性对增强复合材料层合板抗弯曲与低速冲击响应分析

复合材料由于具有比强度高、比刚度高、耐腐蚀等优良性能,在航空航天及汽车结构中获得了日益广泛的应用。然而,复合材料也有一些局限性,最突出的就是对低速冲击比较敏感,抗低速冲击能力差。在一定条件下,冲击载荷会使复合材料出现严重的损伤。损伤形式包括裂纹扩展、分层、纤维断裂和穿孔等。这些冲击损伤,会导致复合材料冲击后的强度下降,强度下降的幅度甚至达到50%。因此,人们开展了广泛的有关复合材料结构冲击响应方面的研究。同时,在工程结构中也迫切需要提高复合材料结构抗低速冲击的能力。形状记忆合金(Shape Memory Alloy,简称SMA)由于具有形状记忆功能和拟弹性特性等优良性能,被广泛地应用于航空航天、工业自动化、能源、建筑工程、仪器仪表、医疗卫生以及机械制造等工业领域,产生了巨大的经济效益。近年来,人们开始研究利用SMA的特性来提高复合材料结构抗低速冲击性能。目前,研究成果主要集中在利用SMA的形状记忆效应来提高复合材料结构的冲击响应...  (本文共124页) 本文目录 | 阅读全文>>

哈尔滨工程大学
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形状记忆合金复合材料界面力学特性

形状记忆合金作为一种智能材料,以其独特的形状记忆效应和超弹性效应,被广泛的应用到航空航天、土木工程、医疗等许多的工程领域之中。而将形状记忆合金以丝、带、颗粒等形态植入到基体材料中制成的形状记忆合金复合材料一直以来都是智能材料研究的热点与重点之一。形状记忆合金纤维增强的复合材料可以实现传统复合材料无法实现的许多特殊功能,因而具有广阔的应用前景。然而,形状记忆合金纤维与基体之间较弱的界面粘结强度在很大程度上限制了其发展与应用。因此,对形状记合合金复合材料的界面力学特性进行研究变得十分重要。本文采用理论分析、有限元模拟和实验三方面结合的方法,系统深入地研究了形状记忆合金复合材料的界面力学问题。其具体工作如下:采用应力函数法并结合最小余能原理,求解了SMA复合材料的单纤维拔出模型在受到不同热机载荷时的应力解答。然后将理论分析中用到的SMA的本构方程离散化,编制了可供大型商用有限元软件Msc.marc调用的子程序。用有限元模拟的方法分析了...  (本文共122页) 本文目录 | 阅读全文>>