镍钛形状记忆合金超弹性本构关系

摘要

实验观察发现镍钛合金单晶体在发生马氏体相变时具有层状微结构，本文基于此分别构建了马氏体相变的镍钛合金单晶体和多晶体的细观力学本构关系。单晶本构考虑了两相有差异的各向异性的弹性性质，依据马氏体相变唯象晶体学理论给出了马氏体相变的微观几何参数，认为两相的界面符合理想界面条件。结合界面条件和两相平均关系实现了具有层状微结构的代表性体积单元中两相局部的应力应变和总体应力应变的转换。推导出由弹性应变能和化学能组成的应变能函数，进一步得到相变驱动力的表达式。将相变驱动力的临界值作为一个材料参数，控制马氏体相变及逆相变的发生，与相变驱动力的表达式一起构成马氏体相变及逆相变的控制方程。多晶本构基于应变加载诱发马氏体相变的层状结构的单晶本构，根据Taylor假设进行了平均，实现了从单晶尺度到多晶尺度的转化。
　　应用推导出的本构方程分别对镍钛合金单晶体和多晶体进行了数值模拟。模拟结果很好的描述了镍钛合金的超弹性性能，反应了拉伸与压缩的不对称性、软化、温度对相变的影响，以及随马氏体体积分数的增长微结构的演化，结果符合实验观察，证明本文给出的本构可以为实际中镍钛合金超弹性力学性能的预测提供一定的帮助。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 形状记忆合金概述

1．1．1 形状记忆效应

1．1．2 超弹性

1．1．3 发展历史

1．1．4 形状记忆合金的应用

1．2 形状记忆合金本构关系研究现状

1．2．1 宏观唯象模型

1．2．2 细观力学本构模型

1．2．3 软化的本构模型

1．3 本文主要工作

2 镍钛合金马氏体相变机制

2．1 马氏体相变唯象晶体学理论

2．2 从B2到B19’的马氏体相变

3 镍钛合金单晶细观力学本构关系

3．1 基于层状微观结构的代表性体积单元的本构方程

3．2 相变驱动力

3．3 单晶镍钛形状记忆合金的数值模拟

3．3．1 镍钛合金单晶体各向异性的超弹性性质模拟

3．3．2 温度对镍钛合金单晶拉伸的影响

3．3．3 马氏体相变时微观结构的演化

4 镍钛合金多晶体本构关系

4．1 应变加载诱发相变的单晶本构关系

4．2 多晶本构关系

4．3 镍钛合金多晶体数值模拟

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢