功能梯度形状记忆合金梁纯弯曲的理论分析

摘要

功能梯度形状记忆合金(Functionally graded shape memory alloy,FG-SMA)是一种兼备功能梯度材料(Functionally gradedmaterial,FGM)和形状记忆合金(Shape memory alloy,SMA)特性的新型功能材料。根据复合材料力学和已有的SMA本构关系,通过充分考虑组分材料的应力应变关系,建立一个描述FG-SMA力学性能的宏观本构模型。应用该模型,对由弹性材料A和SMA组成的FG-SMA梁在纯弯曲载荷下的力学行为进行研究,详细讨论加载过程的弹性阶段和相变阶段,并给出相应的解析解。通过算例,对截面的应力分布、中性轴的位置和弯矩与曲率的关系进行详细讨论。结果表明,与普通FGM相比,FG-SMA可显著减小载荷作用下的最大应力,避免材料由于应力过大而导致的破坏。研究结果可为FG-SMA材料的设计和进一步研究提供一定的依据。