形状记忆合金驱动主动变形结构的设计与制作

摘要

在航空飞行器结构的研究领域，翼面的气动弹性设计是重要的研究内容之一。多年来飞机设计师一直期望不用舵面，直接依靠机翼变形来改变空气动力进行飞行操纵，以获得最佳的气动性能。故提出了自适应机翼的概念：这是一种外形及弯度可根据任务需要而改变的一种柔性机翼，这种柔性机翼的驱动材料一般使用形状记忆合金。
　　NiTi形状记忆合金作为一种功能材料，以往的研究主要集中在材料领域，然而当它被用作主动变形结构中的驱动元件时，则需要对其在相变过程中的力学、电学和热学性能进行综合测试。针对这一问题，本文对形状记忆合金带进行了全面的测试分析和归纳，所作实验分别为：SMA相变点温度测试的DSC实验；恒定温度下应力—应变测试（εσ）—T；自由状态下应变—温度测试（εT—）；恒定应变下应力—温度测试（σ）—T，为形状记ε忆合金驱动器的设计，模拟以及制作提供参考和依据。
　　形状记忆合金具有输出回复力大，性能稳定等优点，与波纹板结构以离散点的形式相联接，对形状记忆合金通电驱动，利用其产生的拉伸或收缩力达到控制结构主动变形的目的。
　　本研究根据形状记忆合金的特点，制作了形状记忆合金驱动波纹板结构，并使用有限元软件对其进行了数值模拟。现有的通用有限元分析软件中没有模拟形状记忆合金形状记忆效应的单元和材料模型。本文根据形状记忆合金材料本身的特殊性，采用“负热应变”的方法，利用商用有限元软件ANSYS模拟并预报形状记忆合金驱动主动变形波纹板结构的变形。根据温度与回复力的对应关系，选用温度作为反馈量，采用闭环控制方案对该结构进行形状控制，并将实验测得的主动变形波纹板结构的自由端位移与数值模拟结果进行比较和分析。

目录

形状记忆合金驱动主动变形结构的设计与制作

THE DESIGN AND FABRICATIONOF INITIATIVE DISTORTION STRUCTUREDRIVEN BY SHAPE MEMORY ALLOYS

摘要

Abstract

绪论

1.1 课题背景

1.2 国内外研究与发展状况

1.2.1 智能自适应结构的概念

1.2.2 智能自适应结构的驱动元件

1.2.3 智能材料与结构的国内外研究现状

1.3 形状记忆合金驱动主动变形结构的研究现状

1.3.1 形状记忆合金的研究现状

1.3.2 形状记忆合金驱动主动变形结构的研究现状

1.4 本文的主要工作

第2章 形状记忆合金

2.1 形状记忆合金的基本概念

2.2 形状记忆合金的马氏体描述

2.3 形状记忆合金的本构关系

2.4 形状记忆合金的触发方式

2.5 本章小结

第3章 NiTi形状记忆合金性能参数的测试

3.1 NiTi SMA性能参数测试基本方案

3.2 测试结果与分析

3.2.1 相变温度

3.2.2 恒定温度下应力—应变

3.2.3 自由状态（ ）

3.2.4 恒定应变下应力—温度

3.3 本章小结

第4章 SMA驱动主动变形结构的设计制作

4.1 SMA驱动主动变形结构的数值模拟

4.2 SMA驱动主动变形结构的制作

4.2.1 SMA的处理

4.2.2 波纹板结构的制作

4.2.3 形状记忆合金与波纹板的连接

4.3 SMA驱动主动变形结构的实验

4.3.1 记忆合金的连接

4.3.2 控制方案

4.3.3 主动变形结构的激励源

4.4 实验结果与分析

4.5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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致谢