本文關鍵詞：多孔形狀記憶合金的相變機理和力學性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《中國工程物理研究院》 2009年

形狀記憶合金的動態(tài)力學性能研究

吳靜  

【摘要】： 形狀記憶合金是一種能夠在溫度和應力作用下發(fā)生相變的材料。由于具有獨特的形狀記憶效應、相變偽彈性、鐵彈性等特殊功能,近年來日益受到人們巨大的關注,并迅速在工業(yè)、國防、儀表和醫(yī)療領域獲得廣泛的應用。 采用材料試驗機和SHPB實驗技術對NiTi形狀記憶合金在不同初始溫度(288K～873 K)和應變率(5×10~(-4)～2.3×10~3s~(-1))下的壓縮力學行為進行了實驗研究。結(jié)果表明:馬氏體狀態(tài)下的NiTi合金的力學行為對應變率的變化敏感;相變和位錯屈服應力隨著應變率的增加而增加;相變和位錯應變硬化率并不隨應變率的增加而變化;應力應變曲線的可逆非彈性變形前的彈性模量的數(shù)據(jù)點比較分散,但總體趨勢是隨著應變率的增加而略有增加,而位錯塑性變形前的彈性模量隨應變率的增加而迅速增加;奧氏體狀態(tài)下的NiTi合金隨著實驗溫度的升高,無論是應力誘發(fā)馬氏體相變應力還是奧氏體相屈服應力都逐漸下降,材料表現(xiàn)出溫度軟化效應。從超彈性溫度范圍內(nèi)的卸載曲線中觀察到了應力誘發(fā)馬氏體到奧氏體的逆轉(zhuǎn)變。 使用輕氣炮實驗裝置對NiTi合金進行了一維應變條件下的沖擊壓縮實驗,得到了NiTi合金的層裂強度。實驗沒有觀察到彈性波,也就是說,沒有發(fā)現(xiàn)雙波結(jié)構。 利用掃描顯微鏡對壓縮后的試樣進行了微觀分析。準靜態(tài)試樣的破壞為沿45°的剪切方向破壞。NiTi合金在一維應變條件下受到?jīng)_擊壓縮發(fā)生層裂時,斷裂機理是韌性孔洞聚合形成沿晶開裂和穿晶斷裂相混合的斷裂機制。 作為一種智能材料,形狀記憶合金本構關系的研究對其應用和發(fā)展至關重要。本工作在U-6%Nb合金增量型本構模型基礎上,通過修正函數(shù)表達式,建立了受包括彈性、晶體重取向(孿晶或退孿晶)、相變和塑性影響的NiTi合金本構模型,給出了本構模型參數(shù)。基于材料的相圖確定了相變和重取向的非彈性應變。本構模型得到了馬氏體轉(zhuǎn)變和重取向的影響。采用的相圖是根據(jù)溫度、靜水壓和剪切應力來定義的。本構模型的預測結(jié)果和實驗結(jié)果吻合較好,證明了本構模型具有獲得材料相應物理響應的能力。同樣,我們的試驗結(jié)果也證明了在不同溫度時低和高應變率下有相變、重取向和塑性現(xiàn)象。本構模型可在較寬應變率和溫度范圍內(nèi)預估由應力和溫度引起的,表現(xiàn)相變、晶體重取向和塑性的NiTi形狀記憶合金的變形行為。

【關鍵詞】：
【學位授予單位】：中國工程物理研究院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2009
【分類號】：TG139.6
【目錄】：

摘要3-4

ABSTRACT4-7

第一章 緒論7-20

1.1 研究背景和意義7

1.2 NiTi形狀記憶合金介紹7-11

1.2.1 NiTi合金的相結(jié)構7-8

1.2.2 NiTi合金的相圖8-9

1.2.3 形狀記憶效應9-11

1.2.4 偽彈性效應11

1.3 NiTi合金特性的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-17

1.4 形狀記憶合金本構模型研究17-19

1.5 本工作的研究內(nèi)容19-20

第二章 實驗方法與技術20-30

2.1 材料動態(tài)力學性能的研究方法20

2.2 SHPB實驗原理介紹20-23

2.3 組合式高溫Hopkinson桿實驗技術23-27

2.4 一維準靜態(tài)壓縮實驗原理27-28

2.5 層裂實驗原理28-29

2.6 材料與樣品制備29-30

第三章 NiTi形狀記憶合金的力學性能30-47

3.1 靜態(tài)參數(shù)測量30-33

3.1.1 聲速測量30-31

3.1.2 楊氏模量和泊松比測量31-33

3.1.3 密度測量33

3.1.4 測量不確定度評定33

3.2 準靜態(tài)壓縮應力～應變關系測量實驗結(jié)果33-35

3.3 動態(tài)壓縮應力～應變關系測量實驗結(jié)果35-36

3.4 實驗結(jié)果分析36-42

3.4.1 常溫NiTi合金的壓縮應力應變響應36-40

3.4.2 不同溫度下NiTi合金的壓縮應力應變響應40

3.4.3 高溫NiTi合金的壓縮應力應變響應40-42

3.5 層裂實驗研究42-46

3.6 小結(jié)46-47

第四章 NiTi形狀記憶合金變形、動態(tài)損傷與層裂的機理分析47-56

4.1 NiTi形狀記憶合金的晶體結(jié)構47-48

4.2 SEM工作原理簡介48

4.3 常溫下NiTi形狀記憶合金變形的微觀分析結(jié)果48-50

4.4 NiTi合金的剪切破壞50-51

4.5 層裂的微觀機理51-55

4.5.1 引言51-53

4.5.2 顯微結(jié)果分析53-55

4.6 小結(jié)55-56

第五章 NiTi形狀記憶合金的本構模型56-66

5.1 引言56

5.2 NiTi合金本構模型56-60

5.2.1 孿晶重取向?qū)兟实挠绊?/span>57-58

5.2.2 相變對應變率的影響58-59

5.2.3 塑性流動對應變率的影響59

5.2.4 轉(zhuǎn)化分數(shù)59-60

5.3 模型計算60-62

5.3.1 模型簡化60-61

5.3.2 計算框架61-62

5.4 模型計算結(jié)果62-65

5.5 小結(jié)65-66

第六章 總結(jié)和展望66-68

6.1 全文總結(jié)66-67

6.2 工作展望67-68

致謝68-69

參考文獻69-78

攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文及獲獎情況78

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