超弹性镍钛合金单轴热-力耦合循环变形行为及其本构描述

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1、国内图书分类号：0344．1；0345密级：公开西南交通大学研究生学位论文j丁一单一蛙型其一寺I__

2、0111，I越盗趔蛐一一乒谄一蕴殖攫遂禺一边一合『垒年级-雯--N姓名扬强至申请学位级别工学硕士专业固体力学指导老师康国政(教授)阚前华(副教授)二零一五年五月二十一日万方数据ClassifiedIndex：0344．1；0345SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisTHERMO．MECHANICALLYCOU巾LEDCYCLICDEFORMATIONOFSUPER．ELASTICNITIALLOYAN

3、DITSCONSTITUTIVEMODELI厂NDERUNIAXIALLOAD玳GSGrade：2012Candidate：QiangJunYangAcademicDegreeAppliedfor：MasterSpeciality：SolidMechanicsSupervisor：Prof．GuoZhengKangA．Prof．QianHuaKanMay．21，2015万方数据西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权

4、西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密口，在年解密后适用本授权书；2．不保密∥使用本授权书。(请在以上方框内打“、／”)学位敝作者躲柄强琴指导老师签名：侬啦日期：知心、ft2甲醐◇z．otj-．厂．嘶万方数据西南交通大学硕士学位论文主要工作(贡献)声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下：(1)对超弹性镍钛合金的热．力耦合循环变形行为进行了实验研究，包括不同应变率下的循环变形实验和不同应力率下的循环变形实验。研究了不同加载速率下材料循环变形的特性，

5、如相变应力、残余应变和耗散能的演化以及循环变形过程中温度波动与加载速率之间的关系，以此来揭示材料循环变形过程中由热．力耦合导致的率相关行为。基于温度对材料循环变形的影响，在不同的环境温度下进行了两种循环加载方式的实验：应变循环和应力循环实验，揭示了环境温度对材料循环变形行为的影响。(2)基于广义粘塑性框架建立了宏观唯象模型，以相变应变作为内变量，在模型中引入相变应力、逆相变应力和残余应变的演化，将模型扩展成能描述超弹性镍钛合金相变诱发塑性的率无关循环本构模型。在此基础上，通过引入率相关的参数循环演化方程，进一步建立考虑相变诱发塑性的率相关循环本构模型，对

6、实验结果进行模拟，验证了模型的合理性。(3)在热力学框架内对已有的马氏体演化方程进行改进，考虑了材料本征耗散和相变潜热两种内部热效应机制，引入内应力演化方程来反映循环变形过程中相变应力的衰减，引入相变诱发塑性机制来反映残余应变的循环累积，建立可以用来描述超弹性镍钛合金率相关循环变形行为本构模型。通过对实验的循环变形响应和温度场演化进行模拟，验证了提出模型对热．力耦合循环变形行为的预测能力。本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的研究成果。对本文的

7、研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。学位论文作者签名：损酝绎1日期：力∥S．孓、2尹万方数据西南交通大学硕士研究生学位论文第1页摘要超弹性镍钛合金作为倍受关注的新型智能材料，在实际工程应用中必然会受到不同频率的循环载荷作用。已有的研究表明超弹性镍钛合金存在率效应，然而在循环变形过程中，由热．力耦合所引起的材料率相关性的研究还比较欠缺。本文对超弹性镍钛合金的单轴热．力耦合循环变形行为进行了实验研究和本构描述，主要研究工作如下：1、实验研究：(1)在3．3x10"4／s～3．3xlO‘2

8、／s的范围内对超弹性镍钛合金微管进行了单轴循环变形实验。对不同应变率下的循环变形行为进行了分析。结果显示：循环过程中的内部热效应在不同加载速率下展现出不同的温升：循环变形同时也诱发了相变硬化现象；存在一个临界应变率，耗散能在其上下展现非单调关系。(2)在1MPa／s～80MPa／s的范围内对超弹性镍钛合金微管进行了轴向不同应力率下的相变棘轮行为实验。结果表明：与应变率循环变形实验一样，材料同样受到热一力耦合作用，表现出率相关性。相同的应力水平下，应力率越大，材料的相变棘轮应变越明显，耗散能越小。(3)20。C～120"C环境温度下的应变循环实验和应力循环

9、实验表明：循环变形过程中，相变应力和逆相变应力随着环境温度的升高而增大，在80。