本文選題：形狀記憶合金 + 汽車吸能裝置　； 參考：《吉林大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：車輛安全性問題直接關(guān)系到人的生命和財產(chǎn)安全,一直以來受到廣大汽車消費者和研發(fā)人員的高度重視。為提高汽車的安全性,一些傳統(tǒng)的吸能材料和吸能結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于汽車被動安全領(lǐng)域。但是受到汽車輕量化原則的約束,這些吸能材料和結(jié)構(gòu)的應(yīng)用受到一定的限制。近年來,智能材料和智能結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)為解決汽車安全和輕量化之間的矛盾提供了新思路。形狀記憶合金(SMA)作為熱門的智能材料,具有低密度、高耗能、抗沖擊和耐腐蝕等優(yōu)良力學(xué)特性。將形狀記憶合金作為緩沖吸能材料應(yīng)用于汽車安全領(lǐng)域,可以有效地提高和豐富汽車碰撞吸能保護效果。本文對室溫下分別為馬氏體和奧氏體結(jié)構(gòu)的兩種Ni Ti SMA絲的靜態(tài)吸能特性進行了詳細的實驗研究。在此基礎(chǔ)上把Ni Ti SMA絲作為一級吸能材料,設(shè)計了一種SMA汽車二級吸能裝置,并對該裝置的各級吸能進行了實驗和仿真研究。論文的主要工作內(nèi)容和結(jié)果展示如下:(1)利用拉伸機和差示量熱掃描儀測得了馬氏體Ni Ti SMA絲和超彈性Ni Ti SMA絲的相變應(yīng)力值和相變溫度等參數(shù),并簡要介紹了三種SMA本構(gòu)關(guān)系,為之后的準靜態(tài)拉伸試驗和仿真分析作準備。(2)對兩種Ni Ti SMA絲進行了詳細的準靜態(tài)拉伸實驗研究,分析了應(yīng)變幅值、拉伸速率、溫度以及循環(huán)加載對SMA力學(xué)性能的影響,尤其是對吸能密度的影響。通過ANSYS軟件對兩種SMA絲進行了不同幅值的準靜態(tài)拉伸仿真,仿真結(jié)果與實驗結(jié)果對比分析表明,整體誤差控制在10%以內(nèi),驗證了仿真分析的準確性。(3)根據(jù)SMA絲在斷裂情況下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線,結(jié)合鋁合金斷裂能公式對SMA絲拉斷所需要的總能量進行了公式推導(dǎo),并求得了各能量組分的吸能密度。研究結(jié)果顯示,在拉斷情況下,馬氏體Ni Ti SMA絲的耗能密度遠遠高于超彈性Ni Ti SMA絲。(4)根據(jù)SMA絲的變形吸能特點,提出了一種新型的SMA汽車二級吸能裝置,并分別通過實驗和仿真對其沖擊吸能特性進行研究。本文設(shè)計并搭建了一種絲式材料沖擊實驗測試裝置,對兩種Ni Ti SMA絲進行了不同質(zhì)量載荷的沖擊實驗研究。實驗結(jié)果顯示,兩種SMA絲均具有良好的沖擊保護性能,并且隨著沖擊質(zhì)量的增加,SMA絲的吸能密度也逐漸增大。對二級吸能套筒進行的仿真分析結(jié)果表明,由內(nèi)外套筒組成的多腔結(jié)構(gòu)在總吸能量和比吸能方面遠遠優(yōu)于傳統(tǒng)吸能盒。(5)利用SMA絲沖擊測試裝置,對馬氏體Ni Ti SMA絲進行了不同溫度下的沖擊實驗研究。實驗結(jié)果表明,在特定溫度區(qū)間內(nèi)溫度可以有效的改變SMA絲的力學(xué)性能。隨著溫度的不斷升高,馬氏體SMA絲的吸能密度顯著增大。這充分驗證了SMA吸能裝置可以通過一定的控制策略實現(xiàn)沖擊吸能保護的智能控制。
[Abstract]:Vehicle safety is directly related to the safety of human life and property, and has been highly valued by automobile consumers and R & D personnel. In order to improve the safety of automobile, some traditional energy-absorbing materials and energy-absorbing structures are widely used in the field of automotive passive safety. However, the application of these energy-absorbing materials and structures is limited by the principle of automobile lightweight. In recent years, the emergence of intelligent materials and intelligent structures provides a new way to solve the conflict between automotive safety and lightweight. Shape memory alloy (SMA) is a popular smart material with low density, high energy consumption, impact resistance and corrosion resistance. The application of shape memory alloy (SMA) as an energy absorber material in automobile safety field can effectively improve and enrich the protection effect of vehicle collision energy absorption. In this paper, the static energy absorption characteristics of two kinds of Ni Ti SMA wires with martensite and austenite structures at room temperature are investigated in detail. On the basis of this, the Ni-Ti SMA wire is used as the first class energy absorbing material, and a kind of secondary energy absorption device of SMA vehicle is designed, and the experiment and simulation of the energy absorption at all levels of the device are carried out. The main work and results of this paper are as follows: (1) the parameters of phase transformation stress and transformation temperature of martensite Ni Ti SMA wire and superelastic Ni Ti SMA wire are measured by means of drawing machine and differential calorimeter, and three kinds of SMA constitutive relations are introduced briefly. Two kinds of Niti SMA wires were studied in detail by quasi-static tensile test and simulation analysis. The effects of strain amplitude, tensile rate, temperature and cyclic loading on the mechanical properties of SMA were analyzed. Especially the influence on the energy absorption density. The quasi-static tension simulation of two SMA wires with different amplitudes is carried out by ANSYS software. The comparison between the simulation results and the experimental results shows that the overall error is controlled within 10%. According to the stress-strain curve of SMA wire under the condition of fracture and the formula of fracture energy of aluminum alloy, the formula of total energy needed for SMA wire breaking is deduced, and the energy absorption density of each energy component is obtained. The results show that the energy dissipation density of martensite Ni Ti SMA wire is much higher than that of superelastic Ni Ti SMA wire. The impact energy absorption characteristics are studied by experiment and simulation. In this paper, a device for testing the impact of wire materials is designed and built, and two kinds of Ni Ti SMA wires are tested under different mass loads. The experimental results show that both kinds of SMA wires have good impact protection performance, and the energy absorption density of SMA wire increases with the increase of impact mass. The simulation results of the two-stage energy absorption sleeve show that the multi-cavity structure composed of inner and outer sleeve is far superior to the traditional energy absorption box in total energy absorption and specific energy absorption, using SMA wire impact testing device. The impact test of martensite Ni Ti SMA wire at different temperatures was carried out. The experimental results show that the mechanical properties of SMA wires can be changed effectively by temperature in a specific temperature range. With the increasing of temperature, the energy absorption density of martensite SMA wire increases significantly. This fully verifies that the SMA energy absorption device can realize the intelligent control of shock energy absorption protection by certain control strategy.
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：U463.8;TG139.6

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本文編號：2013466