形状记忆合金的力学性能及其耗能研究

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1、中国科学技术大学硕士学位论文形状记忆合金的力学性能及其耗能研究姓名：金挺申请学位级别：硕士专业：工程力学指导教师：王肖钧;胡秀章20070601中国科学技术大学硕士学位论文摘要形状记忆合金(SMA)具有良好的形状记忆效应和伪弹性效应，是一种新型的智能材料，已经广泛的应用于工业领域，包括联接件、阻尼器、医疗器械等。本文采用实验和数值模拟相结合的方法，围绕处于奥氏体相状态的形状记忆合金在静态和动态时的力学性能(特别是伪弹性特性)开展了较为系统的研究。通过设计耗能实验装置来检测耗能效果，通过商用软件Ls-DYNA的数

2、值模拟和实验相对比，证明我们理论分析的正确性。本文运用MTS等实验手段对TiNi合金的相变和伪弹性进行研究，系统的研究了TiNi合金在不同温度、不同应变率以及加卸载循环次数等因素影响下的伪弹性性质。研究发现：1)TiNi合金具有拉压不对称性：在压缩状态下的相变开始和结束点的应力(盯，和盯，)要高于拉伸时的盯，和盯，，同时伪弹性的应变区间也更宽。2)TiNi合金具有应变率效应：拉伸时，盯，和盯，随应变率的提高而增大，并且伪弹性的应变区间也变大。动态拉伸时(应变率>300／s)，伪弹性段与马氏体段已无法区分。动态压

3、缩时，盯。和d，均着随应变率的增加有明显的提高，且伪弹性也较为“平坦”。3)TiNi合金具有温度效应：盯．和盯，随应变率的提高而增大，并且伪弹性的应变范围也增大。温度越高，迟滞环越不明显，残余应变越高。高应变率下，TiNi合金处于绝热状态，耗能产生的热量会使得自身温度有较大的上升。4)随着循环次数的增加，相变区间减小，相变开始应力减小，耗能性能减弱，残余应变增大，但都会趋于一个稳定的状态。通过对TiNi合金耗能试验装置的各项测试，我们有以下发现：经过适当热处理后的TiNi合金材料具有明显的阻尼耗能功能，振幅和预

4、应变对阻尼耗能的效果有很大的影响。振幅越大，阻尼比越大，耗能越快；适当的预应变可以有效的提高阻尼比。在有限元理论的基础上，我们通过LS．DYNA开展了TiNi合金耗能实验装置的数值模拟研究。数值模拟结果证实了我们之前实验的结论。关键词：形状记忆合金奥氏体相伪弹性耗能减振数值模拟应变率效应温度效应阻尼比中国科学技术大学硕士学位论文ABSTRACTShapememoryalloy(SMA)hasthegoodshapememoryeffectandthepseudoelasticeffect．Itisonekind

5、ofnewintelligentmaterial，hasbeenwidelyusedinindustrialfields，includingjoint，damper,medicalinstrumentandSOon．Experimentalandnumericalsimulationmethodsareusedinthepapertocarryontheresearchofmechanicalproperty(speciallythepseudoelasticproperty)ofSMA(anderausten

6、ite)understaticanddynamiccondition．Wedesignonesimpleenergydissipationequipmenttoevaluatetheeffectofenergydissipation．AlsoweusethecommercialFEAsoftwareLS-DYNAtomakethenumericalsimulation,SOastomakethecomparisonbetweenexperimentalmethodandnumericalmethod．Equip

7、ments(suchasMTS)areusedtocarryontheresearchofphasetransitionandpseudoelasticeffectofTiNialloy．Thepseudoela．sticeffectofTiNialloyisanalyzedunderdifferenttemperature，differentstrainrateanddifferentloadingcyclenumber．Someconclusionareasfollows：1)Themechanicalpr

8、opertyofSMAundertensionconditionisdifferentwithcompressioncondition．Undercompressioncondition,thestressofphasetransitionstartingandendingpoint(吒&盯，)arehi曲crthantensioncondition，andthestraininter