溫度和應(yīng)變率對鈦鎳合金超彈性行為的影響之研究.pdf

1、TiNi形狀記憶合金作為新型的功能材料，由于強(qiáng)度高、塑性大、耐腐蝕性好等許多優(yōu)良的性能而在航空航天、醫(yī)藥衛(wèi)生等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。但是，國內(nèi)外對于該合金的動態(tài)力學(xué)行為特別是大變形超彈性行為的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。 本文采用帶控溫裝置的分離式Hopkinson壓桿（SHPB）裝置和Instron液壓伺服材料試驗機(jī)，在18℃-90℃的試驗溫度范圍內(nèi)，應(yīng)變率為10-4-103s-1范圍內(nèi)，對國產(chǎn)Ti-50.7﹪at.Ni合金的超彈性行為

2、進(jìn)行了試驗研究。并用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)程序?qū)W習(xí)和預(yù)示了高應(yīng)變率下的動態(tài)超彈性本構(gòu)行為。 本文的第二章在18℃-90℃的試驗溫度范圍內(nèi)，對Ti-50.7﹪at.Ni合金的準(zhǔn)靜態(tài)超彈性行為進(jìn)行了試驗研究。發(fā)現(xiàn)其應(yīng)力應(yīng)變曲線隨溫度升高反而增強(qiáng)，這正是TiNi合金超彈性特性的表現(xiàn)。隨溫度升高，滑移變形臨界應(yīng)力（屈服應(yīng)力）降低，因而塑性變形程度增加；而誘發(fā)馬氏體所需臨界應(yīng)力隨著溫度的升高而升高，產(chǎn)生馬氏體相變越困難，超彈性變形減少。這樣，隨著溫

3、度的升高，試樣中不可逆塑性變形的比重越大，而可逆超彈性變形的比重則越小。本文試驗研究表明在As-AF之間Ti-Ni合金均顯示明顯的超彈性，并各有其特點(diǎn)。對于本文研究的國產(chǎn)Ti-50.7at.﹪Ni合金來說，在略低于AF的18℃和26℃溫度條件下，其超彈性變形回復(fù)能力反而比高于AF的50℃溫度時的要大， 特別是在大變形條件下。 應(yīng)力誘導(dǎo)馬氏體的臨界應(yīng)力值s MC隨溫度升高而升高, 這與隨溫度升高、母相相變所需能量越高的機(jī)理是一致的

4、。但臨界應(yīng)力值s MC在AF前后發(fā)生了間斷，即臨界應(yīng)力值與溫度關(guān)系曲線分成明顯的兩段。這可以解釋為由于T

5、 本文的第三章，在溫度為50℃（大于AF）下，應(yīng)變率為10-4-103s-1下對Ti-50.7﹪at.Ni形狀記憶合金的超彈性行為進(jìn)行了系統(tǒng)研究，發(fā)現(xiàn)國產(chǎn)TiNi合金的應(yīng)力-應(yīng)變曲線隨應(yīng)變率增高而上升，表現(xiàn)為明顯的“應(yīng)變率硬化”效應(yīng)。在所研究的應(yīng)變率范圍內(nèi)，給定應(yīng)變的應(yīng)力與平均應(yīng)變率的對數(shù)值之間的關(guān)系表現(xiàn)為兩段折線，表明TiNi合金在高應(yīng)變率下比在準(zhǔn)靜態(tài)下具有更強(qiáng)的應(yīng)變率敏感性。并且發(fā)現(xiàn)在高應(yīng)變率下比在準(zhǔn)靜態(tài)下具有更強(qiáng)的超彈性。

6、 本文的第四章用SHPB沖擊試驗與BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法相結(jié)合的新技術(shù)對國產(chǎn)TiNi合金計及應(yīng)力誘導(dǎo)馬氏體相變的的動態(tài)本構(gòu)關(guān)系進(jìn)行了識別和研究。結(jié)果表明，如果用一條應(yīng)力應(yīng)變曲線的數(shù)據(jù)來訓(xùn)練BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，則只能預(yù)示類似條件下相同變形機(jī)制的超彈性行為。并且要把時間t作為一個重要的參數(shù)以反映馬氏體體積百分?jǐn)?shù)ξ，即把時間t看作馬氏體演化函數(shù)ξ(t)的反函數(shù)，從而可取得相當(dāng)滿意的結(jié)果。在用SHPB試驗數(shù)據(jù)訓(xùn)練BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行本構(gòu)模型識別時，考慮到