多孔形状记忆合金的相变机理和力学性能研究

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1、多妻未交博士学位论文多孔形状记忆合金的相变机理和力学性能研究dJ’‘m一‘一一一‘一StUdies0n。LransformationMechanismsandMechanicalPropertiesofPorousShapeMemoryAIIo'．作者：刘兵飞导师：兑关锁北京交通大学2013年3月学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，提供阅览服务，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同

2、意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)⋯一躲却夏t签字日期：加B年乡月f夕日导师躲笼委议签-7日期：多p，多年3月JD日中图分类号：0341，0343，0414UDC：530学校代码：10004密级：公开北京交通大学博士学位论文多孔形状记忆合金的相变机理和力学性能研究StudiesonTransformationMechanismsandMechanicalPropertiesofPorousShapeMemoryAlloys作者姓名：刘兵飞导师姓名：兑关锁学位类别：工学学

3、科专业：固体力学学号：08115251职称：教授学位级别：博士研究方向：智能材料北京交通大学2013年3月致谢本论文是在我的导师兑关锁教授的悉心指导下完成的，兑老师严谨的治学态度、勇于创新的精神、渊博的知识和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。五年来，兑老师在我的学习和生活中都给予了莫大的帮助，从论文选题、资料搜集、思路整理、过程求解、到最终的成稿，无不凝结了兑老师的心血；从研究生入学、课程学习、课外活动、出国交流、到论文的撰写，无不受到兑老师无微不至的关怀和帮助。在此，我想说：“兑老师您辛苦了，谢谢您”。在学习和论文完成

4、的过程中，还得到了汪越胜教授、王正道教授、黄海明教授、郭雅芳教授、刘颖教授、金明教授、毛军教授以及税国双、蒋永利、梁小燕副教授等所有力学所老师的关心与帮助，在此表示衷心的感谢。感谢美国TexasA．MUniversity航天工程学院Lagoudas教授、Boyd教授在美国期间对我的指导，Lagoudas教授和Boyd教授在学习和生活中都给予我很大的帮助，使我度过了丰富多彩的美国生活。在北京交通大学的学习及论文完成期间，还得到了我的同窗史志杰、汤笑之、甄妮、刘静、徐爽、马宏伟、薛立军、阳生有等同学的大力帮助，在此向他们表达我的

5、感激之情。另外，我还要特别感谢我的家人，感谢我的爸爸妈妈，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业，感谢我的哥哥刘民飞和嫂子胡文静，他们在物质和精神两个方面都给了我极大的支持和鼓励，帮助我渡过各种难关。再次感谢在我攻读博士期间，所有关心、帮助和理解我的人!最后感谢国家自然科学基金(项目号：No．11132033，11172033，10972027)、科技部“973”项目(2010CB7321004)和中央高校基本科研业务费专项资金(2012YJS093)对本课题的资助。中文摘要智能材料是信息科学与材料科学相结合的产物，

6、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

7、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。对于本身具有梯度性能的形状记忆合金材料，则是采用Tresca屈服准则与实体形状记忆合金的本构关系相结合，分析了内压力作用下的功能梯度形状记忆合金筒的相变过程和力学性能，所得结果与有限元模拟吻合很好，能够为功能梯度形状记忆合金的设计和应用提供理论基础。静水压力对实体

8、形状记忆合金材料的变形和相变影响很小且可以忽略。然而对于多孔形状记忆合金，由于材料内部有孔隙的存在，在受到外力作用时会产生应力集中现象，这样就会导致材料内部的孔隙附近会产生应力集中，突变的应力值可使其孔隙附近提前发生相变。本文首先对多孔SMA相变机理进行研究，分析了静水压力和偏应力单独作用