镍钛形状记忆合金静动态力学性能的实验研究

论文摘要

镍钛形状记忆合金作为一种新型的智能材料,有着广阔的应用前景。目前有关镍钛形状记忆合金力学性能的研究受到广泛关注。本文在前人研究的基础上对镍钛形状记忆合金的静态及动态力学性能做进一步的实验研究。高应变率下镍钛形状记忆合金的力学性能是目前研究的热点,本文首先研究了应变率对马氏体相变初始应力的影响,发现相变初始应力随应变率的提高而增加,显示出应变率强化效应,对于产生这一结果的原因,本文认为是由于高应变率下合金内部温度的升高导致相变应力的增加;同时发现镍钛形状记忆合金在高应变率下变形时,马氏体相变阶段沿应变方向的长度比静态加载条件下的小;试样在不同高应变率下变形时,残余应变随着应变率的提高而增加,而变形回复率却降低。本文还对镍钛形状记忆合金试样进行了重复冲击实验,结果表明随着冲击次数的增加,马氏体相变初始应力也增加,具有逐次强化效应,变形回复率也随着冲击次数的增加而增加。在镍钛形状记忆合金静态力学性能方面,主要研究不同高径比的试样在静态压缩时所体现的尺寸效应。镍钛形状记忆合金尺寸效应的研究对工程应用具有重要意义,目前有关这方面研究的文献还未见检索,因此本文对不同尺寸的镍钛形状记忆合金试样进行了静态压缩试验,结果发现镍钛形状记忆合金在静态压缩时表现出了明显的尺寸效应:在所研究的高径比范围内,随着高径比的增加,试样在加载阶段具有硬化现象,卸载阶段具有软化现象;母相及应力诱发马氏体相弹性模量都随高径比的增加而增加;相变超弹性曲线包围的面积也随高径比的增加显著增加,这表明耗能能力显著增强,即抗震减灾效果随高径比增加而显著加强;同时发现应力诱发马氏体相变初始应力随高径比的增加具有分段性,本文认为存在一临界高径比,在高于和低于临界高径比的两个范围内,相变初始应力都随高径比的增加而降低,在临界高径比处,相变初始应力跳跃很大。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 形状记忆合金的发展历史和基本概念
• 1.1.1 发展历史
• 1.1.2 基本概念
• 1.2 形状记忆合金的应用
• 1.2.1 日常生活中的应用
• 1.2.2 工业中的应用
• 1.2.3 医疗卫生业的应用
• 1.2.4 航空航天领域的应用
• 1.3 形状状记忆合金的研究现状
• 1.4 本文的主要工作
• 第2章 形状记忆合金的特性和高应变率实验装置及其原理
• 2.1 形状记忆合金的主要特性
• 2.1.1 形状记忆效应
• 2.1.2 形状记忆效应的产生机理
• 2.1.3 相变伪弹性（超弹性）效应
• 2.1.4 相变伪弹性（超弹性）产生的原理
• 2.1.5 形状记忆效应与超弹性的区别
• 2.2 高应变率实验装置及其原理
• 2.2.1 应力波理论
• 2.2.2 两个基本假设
• 2.2.3 测试装置与测试技术
• 2.2.4 测试原理与基本方程
• 2.2.5 实验存在的问题
• 2.3 本章小结
• 第3章 镍钛形状记忆合金的高应变率性能研究
• 3.1 试样的制备和实验准备
• 3.1.1 相变温度的测试
• 3.1.2 试样的制备和打磨
• 3.2 实验仪器和实验过程
• 3.2.1 实验环境温度
• 3.2.2 静态压缩实验
• 3.2.3 动态压缩实验
• 3.3 动态压缩实验结果与讨论
• 3.3.1 不同应变率的动态压缩实验
• 3.3.2 重复动态压缩实验
• 3.4 本章小结
• 第4章 镍钛形状记忆合金静态压缩时的尺寸效应
• 4.1 引言
• 4.2 静态压缩实验准备和实验过程
• 4.3 实验结果及讨论
• 4.3.1 实验结果的定性分析
• 4.3.2 实验结果的定量分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢