智能材料憑借其良好的特性,目前應(yīng)用于工程上的很多領(lǐng)域,如今汽車領(lǐng)域里的設(shè)計研發(fā)已經(jīng)采用了越來越多的智能材料,也為解決輕量化與振動噪聲之間的矛盾提供一定的思路。通過施加外界激勵,智能材料結(jié)構(gòu)的形狀、剛度、強度等能夠發(fā)生改變,進而使結(jié)構(gòu)與材料所組成的智能系統(tǒng)擁有自適應(yīng)以及自修復等功能。本文對基于形狀記憶合金的汽車車身薄壁結(jié)構(gòu)振動特性進行研究,具體的研究內(nèi)容如下:(1)測量形狀記憶合金絲的相變溫度,針對SMA的力學性能進行試驗,得出應(yīng)力-應(yīng)變曲線,并且測試最大可回復應(yīng)變值以及不同溫度狀況下的回復應(yīng)力值。(2)分析總結(jié)SMA的本構(gòu)關(guān)系,研究Tanaka模型、Liang-Rogers模型、Brinson模型,為形狀記憶合金材料的研究提供重要的依據(jù)。構(gòu)建動力學方程,研究系統(tǒng)的固有頻率與質(zhì)量、剛度之間的關(guān)系。(3)利用ANSYS軟件進行有限元仿真分析,針對車身薄壁結(jié)構(gòu)進行模態(tài)分析,對形狀記憶合金絲在薄壁板上的不同布置情況進行正交因素分析,研究在不同溫度情況下,不同預(yù)應(yīng)變的SMA-薄壁板結(jié)構(gòu)一階固有頻率變化情況。利用ANSYS軟件對基于SMA的車身薄壁結(jié)構(gòu)進行瞬態(tài)動力學分析,采用完全法瞬態(tài)分析。仿真分析結(jié)果對于下一章的實驗研究能夠起到一定的依據(jù)作用。(4)介紹實驗測試步驟以及實驗原理,搭建振動實驗測試平臺。根據(jù)上一章的仿真分析結(jié)果,針對布置不同數(shù)量的SMA-薄壁板結(jié)構(gòu)進行實驗研究,測試布置不同數(shù)量的SMA-薄壁板結(jié)構(gòu)的一階頻率。對布置不同數(shù)量SMA-薄壁板結(jié)構(gòu)的位移、速度以及加速度變化情況進行測試。對不同直徑的SMA進行了振動實驗研究,比較布置不同直徑的SMA-薄壁板結(jié)構(gòu)一階頻率。(5)研究沖擊作用下SMA對薄壁板結(jié)構(gòu)的抑振特性,得出作用SMA前后位移、速度及加速度隨時間變化曲線對比圖,結(jié)果表明,SMA絲在階躍激勵作用時對薄壁板的抑振效果明顯。
【學位單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：U463.82
【部分圖文】：

圖 2.1 SMA 的形狀記憶效應(yīng) 的形狀記憶效應(yīng)可以分成 3 類，它們分別是單程形狀記憶效應(yīng)、全程形狀記憶效應(yīng)。單程形狀記憶效應(yīng)是指當 SMA 回復而此時受料對外界產(chǎn)生了一定的力，這一應(yīng)力能夠隨著溫度的變化而變化，強度的條件下，克服了外界的阻力而做功。當溫度小于 SMA 的相變了外力的作用，產(chǎn)生變形，如果始終保持 SMA 材料的溫度不變， 化，但是，對材料加熱之后，形狀記憶合金能夠回復到變形之前的效應(yīng)的示意圖如圖 2.2（a）所示。雙程形狀記憶效應(yīng)是指沒有外力處于高溫、低溫狀況下，擁有不同宏觀外形，當 SMA 材料滿足高，材料的外形就能得到恢復。雙程形狀記憶效應(yīng)的示意圖如圖 2.2（記憶效應(yīng)是指沒有外力影響的情況下，在低溫狀態(tài)下保持形變的形之后恢復到高溫相的形狀，冷卻之后變成形狀相反低溫相的形狀。示意圖如圖 2.2（c）所示。

圖 2.1 SMA 的形狀記憶效應(yīng)記憶效應(yīng)可以分成 3 類，它們分別是單程形狀記憶狀記憶效應(yīng)。單程形狀記憶效應(yīng)是指當 SMA 回復而界產(chǎn)生了一定的力，這一應(yīng)力能夠隨著溫度的變化而條件下，克服了外界的阻力而做功。當溫度小于 SM的作用，產(chǎn)生變形，如果始終保持 SMA 材料的溫度不是，對材料加熱之后，形狀記憶合金能夠回復到變形示意圖如圖 2.2（a）所示。雙程形狀記憶效應(yīng)是指沒溫、低溫狀況下，擁有不同宏觀外形，當 SMA 材料的外形就能得到恢復。雙程形狀記憶效應(yīng)的示意圖如應(yīng)是指沒有外力影響的情況下，在低溫狀態(tài)下保持形復到高溫相的形狀，冷卻之后變成形狀相反低溫相的如圖 2.2（c）所示。

仍然可以恢復到初始時的形狀，并且此過程無需加熱便可象稱作超彈性效應(yīng)。當fT > A時，其中fA 為奧氏體相變終止溫度，s 的外力作用于 SMA，該應(yīng)力誘發(fā)馬氏體，材料內(nèi)部奧氏體發(fā)生轉(zhuǎn)變的馬氏體不穩(wěn)定，外力卸載后，馬氏體又轉(zhuǎn)變成奧氏體，之前的變形消始時的形狀。與普通的金屬材料相比，形狀記憶合金材料超彈性特）形狀記憶合金材料抗疲勞性能很好，當循環(huán)加載與卸載時，SMA 少，有比較長的使用壽命。（2）形狀記憶合金材料擁有 6%~8%的最遠超過了普通金屬材料的可回復應(yīng)變范圍。（3）一般金屬材料來講，彈性模量會隨之降低，而 SMA 在馬氏體狀態(tài)下的彈性模量要小于其彈性模量。圖 2.3 為超彈性效應(yīng)示意圖。由圖中的曲線可知，在加載成了一個閉合滯回曲線，該曲線為應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系曲線，曲線內(nèi)部圍A 在加載與卸載過程中所耗散的能量。

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本文編號：2815753