NiTi形狀記憶合金疲勞斷裂性能研究.pdf

1、本文采用試驗和有限元計算相結(jié)合的方法,主要分析了超彈性NiTi形狀記憶合金的疲勞斷裂性能以及在多軸循環(huán)加載下的力學(xué)行為.模擬計算采用了基于廣義塑性原理的Ferdinando Auricchio唯象學(xué)模型.得到的主要結(jié)論如下:1.通過NiTi合金絲的一系列單軸拉伸試驗得到了在不同溫度下的超彈性應(yīng)力-應(yīng)變曲線,從而得到了Aurrichio超彈性模型所用的參數(shù),并對模型進行了驗證,有限元模擬結(jié)果和試驗結(jié)果吻合較好.2.研究了無裂紋試樣缺口根部

2、以及不同裂紋長度的試樣裂紋尖端的相變場.主要分析了室溫下不同載荷水平下試樣的相變場,以及溫度對相變場的影響.研究表明裂紋的存在導(dǎo)致馬氏體的體積分?jǐn)?shù)以及相變區(qū)域顯著增大,但是相變區(qū)域集中在裂紋尖端附近.馬氏體的體積分?jǐn)?shù)以及相變區(qū)域隨著裂紋長度的增加而顯著增大.對于無裂紋試樣,不同溫度下引發(fā)馬氏體相變所需的加載載荷隨溫度的增加而增大,而有裂紋試樣則基本不變.溫度的影響沒有裂紋的影響那么顯著.隨著溫度的增加,無論是無裂紋試樣還是有裂紋試樣,馬

3、氏體相變區(qū)域都顯著減小.研究還表明,馬氏體相變場不僅僅和載荷有關(guān)而且還和加載路徑有關(guān).3.分析了在彎曲載荷作用下,NiTi合金絲的超彈性行為.討論了TiC夾雜對試樣橫截面應(yīng)力分布的影響,并對旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞(BRF)試驗的結(jié)果給出了初步解釋.試件橫截面上的最大應(yīng)力和夾雜位置有關(guān),也和載荷大小和加載卸載狀態(tài)有關(guān).對于無夾雜試樣,最大應(yīng)力也不總是在試件表面處.最大應(yīng)力隨著夾雜距中性軸的距離增大而增大,特別是夾雜位于試件表面時,最大應(yīng)力急劇增大,

4、其結(jié)果易于裂紋的萌生.4.對預(yù)加扭曲載荷的NiTi合金絲在彎曲載荷作用下的力學(xué)行為進行了模擬.結(jié)果表明,在BRF試驗中加載很小的扭轉(zhuǎn)角,可以顯著的改變試件表面的應(yīng)力狀態(tài).在相同的彎矩載荷下,應(yīng)力在試件橫截面上的分布和純彎曲有很大的不同.5.為了了解NiTi合金在多軸加載下的力學(xué)響應(yīng),進行了薄壁圓筒的純扭轉(zhuǎn)試驗以及拉-扭組合試驗.純扭轉(zhuǎn)加載和單軸拉伸加載一樣,相變開始和結(jié)束的應(yīng)力隨著循環(huán)次數(shù)的增加逐漸減小,和單軸拉伸不同的是純扭轉(zhuǎn)加載在相