發(fā)布時(shí)間：2020-12-14 00:24

　　阻尼材料在航天、航空、交通以及各種機(jī)械運(yùn)動(dòng)設(shè)備上有著重要應(yīng)用。由于傳統(tǒng)單組元金屬阻尼材料阻尼性能與彈性性能難以兼得,且兩者往往存在“反比”關(guān)系,本文致力于開發(fā)具有高阻尼性能的金屬層狀復(fù)合材料,試圖通過將高彈性模量與高阻尼性能的金屬材料復(fù)合化獲得具有高阻尼金屬材料,并使用分子動(dòng)力學(xué)方法探究金屬材料阻尼的微觀機(jī)制與復(fù)合化對(duì)阻尼性能的影響。本文首先根據(jù)阻尼性能、界面反應(yīng)、耐蝕性與熔點(diǎn)為依據(jù),優(yōu)選出Ti Ni與Cu作為組元,使用放電等離子燒結(jié)的方法制備了Ti Ni-Cu-Ti Ni層狀復(fù)合材料,Cu層設(shè)計(jì)厚度為0.1,0.2,0.3mm;Ti Ni層厚度為7mm與10mm,Ti Ni中Ni原子含量約50.4 at.%。首先,根據(jù)原材料力學(xué)性能,確定熱處理工藝為800℃固溶1h后400℃時(shí)效4h;然后利用光學(xué)顯微鏡與掃描電子顯微鏡表征了復(fù)合材料的界面結(jié)構(gòu)與斷口形貌;使用單向拉伸實(shí)驗(yàn)與三點(diǎn)彎曲研究了復(fù)合材料的力學(xué)性能;最后通過動(dòng)態(tài)熱機(jī)械測(cè)試儀研究了復(fù)合材料的阻尼特性,優(yōu)化了復(fù)合材料結(jié)構(gòu);并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)界面結(jié)構(gòu),獲得了更高的阻尼性能。實(shí)驗(yàn)表明,該方法可以制得致密的復(fù)合材料;在固溶-時(shí)效處理后,Cu... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：98 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

滯彈性阻尼隨溫度與頻率的變化

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-6-及鎂合金（第二相合金組元為Zr,Si,Ni等）有著最高的阻尼性能。其優(yōu)勢(shì)在于低密度與可熱處理。其劣勢(shì)在于力學(xué)性能難以滿足要求。（5）含有高濃度氫原子的高阻尼材料，其阻尼機(jī)理為Snoek型或Zener型氫原子在應(yīng)力下重取向，或是氫原子擴(kuò)散與材料缺陷相互作用。例如：鋯基金屬玻璃，TiNi合金等。1.2.3阻尼性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)由于阻尼在多個(gè)領(lǐng)域有著不同的具體內(nèi)涵，因此有著多種測(cè)試材料阻尼的方法，材料阻尼性能也有著多種定義與表征方法。根據(jù)材料被激發(fā)振動(dòng)的模式，阻尼的測(cè)試方法可分為自由振動(dòng)衰減法、強(qiáng)迫共振法與強(qiáng)迫非共振法三種。具體的測(cè)試設(shè)備有動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析儀（DynamicThermomechanicalAnalysisDMA）、葛式扭擺儀[14]、振動(dòng)測(cè)試平臺(tái)以及聲學(xué)檢測(cè)設(shè)備等。DMA針對(duì)不同彈性模量與粘彈性的材料有單懸臂梁、雙懸臂梁、拉伸、剪切、三點(diǎn)彎曲等多種測(cè)試模式，因此得到了廣泛的應(yīng)用。阻尼的常規(guī)表征方法有損耗角正切、對(duì)數(shù)衰減率與減振系數(shù)。（1）損耗角正切對(duì)于理想彈性體，應(yīng)力總是與應(yīng)變同時(shí)產(chǎn)生，且保持線性關(guān)系。在實(shí)際材料中，由于點(diǎn)、線、面缺陷的存在與其它非線性因素（如相變、熱彈性、壓電效應(yīng)等），應(yīng)變變化相對(duì)于應(yīng)力往往表現(xiàn)出滯后性。對(duì)于振動(dòng)載荷，在周期性應(yīng)力作用下材料產(chǎn)生周期性同頻率應(yīng)變，但應(yīng)變位相由于阻尼作用總是滯后于應(yīng)力。使用這個(gè)相位差的正切值來描述材料的阻尼性能。顯然，該值越大，材料阻尼性能越好。如圖1-2所示。圖1-2阻尼現(xiàn)象示意圖(a)應(yīng)力-應(yīng)變相位差；(b)相位差對(duì)應(yīng)應(yīng)力-應(yīng)變滯回環(huán)

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-8-*E為材料的復(fù)彈性模量。當(dāng)阻尼系數(shù)較低時(shí)，該指標(biāo)與測(cè)量得到的損耗模量基本一致。文獻(xiàn)[16]提出了另一種阻尼材料的價(jià)值指數(shù)（MeritIndex），可表達(dá)為：1/21/21/2max2tanWMIEEEWΨ===ππ（1-6）統(tǒng)計(jì)可知，傳統(tǒng)阻尼材料MI較低。高分子材料MI一般小于0.3；高阻尼合金MI在0.2~0.6之間。1.3近等原子比TiNi合金相變特征簡介1.3.1TiNi各物相參數(shù)TiNi合金指Ni元素原子比為48%～52%，其余元素為Ti的合金。TiNi合金獨(dú)特的形狀記憶效應(yīng)（ShapeMemoryEffect）、偽塑性變形（PseudoElasticity）與本質(zhì)高阻尼的特性而受到廣泛的關(guān)注。這些特性均與TiNi合金相變溫度接近室溫的相變有關(guān)。一般認(rèn)為[16]，升溫過程中近等原子比TiNi合金存在馬氏體相（B19’相）→R相→無公度相→母相（B2相）的相變過程，在降溫過程存在母相（B2相）→無公度相→R相→馬氏體相（B19’相），如圖1-3所示。有約束的B2相轉(zhuǎn)變形成的馬氏體相具有大量孿晶結(jié)構(gòu)，孿晶間可以發(fā)生滑動(dòng)。在應(yīng)力作用下，具有孿晶的馬氏體相(TwinnedMartinsite)可以發(fā)生重取向，表現(xiàn)出偽塑性，并轉(zhuǎn)變成為取向單一的解孿晶馬氏體（DetwinnedMartensite）。圖1-3TiNi合金馬氏體相變現(xiàn)象簡介(a)TiNi相變過程中各相出現(xiàn)順序；(b)TiNi相變對(duì)應(yīng)溫度-應(yīng)力-應(yīng)變曲線溫度對(duì)TiNi合金的力學(xué)特性有重大影響。當(dāng)奧氏體轉(zhuǎn)變溫度低于測(cè)試溫度時(shí)，在拉伸過程中，材料組織由奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，表現(xiàn)出偽塑性變形；卸

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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