论文部分内容阅读
近年来在形状记忆合金（S MA）中发现的由于不完全马氏体逆相变引起的温度记忆效应，在智能材料与结构等领域具有潜在的应用价值，建立克服现存SMA本构模型不能考虑SMA温度记忆效应这一局限性的SMA本构模型具有理论和工程实际意义，本文研究内容介绍如下。基于SMA的温度记忆效应这一特殊性质，定义了奥氏体暂停温度和奥氏体继续温度作为描述SMA温度记忆效应的两个特征温度。根据对DCS实验测定的热流-温度曲线的近似描述和马氏体体积分数与相变自由能增量间的微分关系，建立了一个描述温度T和形状记忆合金（S MA）马氏体体积分数间关系的方程，该方程能有效地反映SMA的温度记忆效应。介绍了可描述SMA热力学过程的内变量、形状记忆因子的概念。利用SMA马氏体相变及其逆相变过程中相变临界应力和相变临界温度间的关系，基于所建立的SMA马氏体体积分数方程，建立了有效描述SMA的形状记忆因子、应力和温度间关系的形状记忆方程，克服了现存SMA马氏体相变方程或形状记忆方程不能考虑SMA的温度记忆效应的局限性。以形状记忆因子为描述SMA热力学过程的内变量，利用Gibbs自由能与应变及应力间的微分关系，推导了描述SMA的应力、应变、内变量及温度间微分关系的热力学微分关系方程。根据形状记忆效应的宏观现象，确定了初始状态分别为完全马氏体和奥氏体和马氏体混合体的SMA，在加载开始和卸载结束时的热力学边界条件。利用形状记忆合金（S MA）的热力学边界条件，对SMA的热力学微分关系方程进行积分运算，求得了描述SMA的应力、应变、温度三者间关系的热力学本构方程，克服了现存SMA本构方程不能考虑SMA由于不完全马氏体逆相变引起的温度记忆效应的局限性，有效地描述了经历不完全马氏体逆相变的SMA的热力学行为。基于所建立的SMA形状记忆方程和热力学本构方程，分别数值模拟了在不同应力下SMA的马氏体体积分数和温度间的关系曲线、在不同温度下SMA的形状记忆因子和应力间的关系曲线和在不同温度下SMA的应力和应变间的关系曲线。数值结果表明，所建立的SMA形状记忆方程和热力学本构方程，而且能有效地反映SMA的温度记忆效应，克服了SMA现存本构模型不能考虑SMA温度记忆效应的局限性。