形状记忆合金拟弹性行为的热力学描述

形状记忆合金是由马氏体和奥氏体组成并动态变化的两相材料 ,其拟弹性行为实质上是两相各自行为的动态组合。本文提出了形状记忆合金拟弹性行为的一种热力学描述。根据实验现象假设在感兴趣的温度和变形范围内 ,奥氏体相具有线弹性特性而马氏体相具有弹塑性特性 ,结合 Tanaka的相变描述 ,给出了小变形、初始各向同性和塑性不可压缩条件下形状记忆合金的三维本构方程。对不同温度下形状记忆合金材料的特性进行了描述 ,较好地预言了单调及循环加载下的响应和正、反相变行为及其温度影响 ,动态相变过程对应力响应的影响 ,高温相下的强度增加等。     

一种引人注目的新材料——形状记忆合金

描述了形状记忆合金的基本实用特性,并从力学的观点介绍了对认识过程以及可遂马氏体相变过程,描绘了合金的形状记忆效应,变形引发相变,回复应力,超塑性和双向记忆效应。     

主动探测裂纹和控制裂纹扩展的智能材料结构

将具有特殊力学和物理性能的形状记忆合金──ＮｉＴｉ合金复合于主体材料内部,利用ＮｉＴｉ合金的主要特性,可以实现对构件中裂纹的自行探测和控制．本文对这种材料结构的定义、ＮｉＴｉ形状记忆合金的主要特性、含ＮｉＴｉ合金的杂交复合材料的智能效果、国内外发展动态、自动探测裂纹和控制裂纹扩展的基本原理以及发展的方向和应重点研究的问题等进行了论述．我们通过试验研究证明,该材料结构用于裂纹的探测和裂纹扩展控制,其效果是明显的．      

铁磁形状记忆合金Co50Ni20Ga30-xSix的结构及物性研究

用Si元素替代CoNiGa合金中的Ga元素后,研究了材料的结构、马氏体相变及其磁性的变化.结果发现,当Si原子的含量在0—10％范围内,材料能够形成体心立方结构,并且具有很好的热弹性马氏体相变行为.进一步研究指出,简单的从掺杂元素的原子半径大小来判断其对奥氏体稳定性的影响是不够的,必须从考虑掺杂原子与基本元素原子半径之间的比例来考虑这一问题.同时还发现Curie温度和饱和磁化强度随着Si含量的上升而有所降低,但是其马氏体的各向异性随着Si含量的增加而增强,这一点对于在合金中获得大磁感生应变具有指导意义. 关键词： 铁磁形状记忆合金 马氏体相变 CoNiGaSi合金     

INFLUENCE OF MAGNETIZATION ROTATION ON MARTENSITE REORIENTATION IN MAGNETIC SHAPE MEMORY ALLOY

A large field-induced strain of magnetic shape memory alloy is developed by the martensite variant reorientation. It is widely recognized that the martensite reorientation in a magnetic shape memory alloy （MSMA） can develop if the magnetic field is large enough. However, it has been shown in the literature that the magnetization rotation may block variant reorientation via energy minimization approach. In this paper, based on a micromechanicat model associated with the thermodynamic theory, authors show that there are some limits for the martensite reorientation, which is hindered by the magnetization rotation. Some useful conclusions are obtained.     

形状记忆合金纤维复合材料薄壁梁的主动变形模型

提出具有变形主动驱动作用的SMA纤维混杂复合材料单闭室薄壁截面梁的力-位移本构关系模型。基于变分渐进法导出具有SMA主动纤维的复合材料薄壁空心梁的二维截面刚度系数以及截面内力（矩）与位移（转角）关系方程,含SMA纤维层合板材料性能由混合率进行预测。基于Tanaka的SMA应力应变关系以及Lin的线性相变动力模型,导出了SMA诱发的轴力、扭矩与弯矩的数学表达式。由本文建立的具有拉伸-扭转-弯曲静变形耦合的一般公式出发,讨论周向均匀刚度配置以及周向反对称刚度配置特殊情形,并给出了简化的本构方程。在不考虑SMA纤维含量和温度变化的情况下,本文的模型可以退化为普通纤维复合材料单闭室薄壁截面梁的已有结果。通过数值计算揭示了SMA对弯曲-扭转静变形特性的作用规律,分析了SMA纤维含量与初始应变、驱动温度和复合材料铺层角的影响。     

形状记忆合金混杂复合材料薄壁梁主动变形模型

提出具有变形主动驱动作用的SMA纤维混杂复合材料单闭室薄壁截面梁的力-位移本构关系模型.基于变分渐近法导出具有SMA主动纤维的复合材料薄壁空心梁的二维截面刚度系数以及截面内力(矩)与位移(转角)关系方程,含SMA纤维层合板材料性能由混合率进行预测.基于Tanaka的SMA应力应变关系以及Lin的线性相变动力模型,导出了SMA诱发的轴力、扭矩与弯矩的数学表达式.由该文建立的具有拉伸-扭转-弯曲静变形耦合的一般公式出发,讨论周向均匀刚度配置以及周向反对称刚度配置特殊情形,并给出了简化的本构方程.在不考虑SMA纤维含量和温度变化的情况下,本文的模型可以退化为普通纤维复合材料单闭室薄壁截面梁的已有结果.通过数值计算揭示了SMA对弯曲-扭转静变形特性的作用规律,分析了SMA纤维含量、驱动温度和复合材料铺层角的影响.     

NiTi形状记忆合金表面TiN薄膜的摩擦磨损性能研究

采用电弧离子镀技术在NiTi形状记忆合金表面制备了TiN薄膜,利用X射线衍射、扫描电子显微镜、原子力显微镜、轮廓仪、纳米压痕仪和摩擦试验机表征了TiN薄膜的相成分、表面特性、厚度、硬度和膜基结合力.通过摩擦试验对比了未镀膜和镀膜NiTi合金的摩擦磨损特性.结果表明:制得的TiN薄膜均匀、致密,提高了NiTi合金的硬度;在干摩擦、0.9%NaCl溶液和Hank′s溶液润滑介质条件下,TiN薄膜均表现出良好的减摩抗磨性能,提高了NiTi合金的抗摩擦磨损特性.     

定向凝固多晶铁磁形状记忆合金力-温度耦合的实验研究

铁磁形状记忆合金兼具大输出应变与高响应频率等综合特性,是新一代驱动与传感材料。采用定向凝固技术制成的多晶铁磁形状记忆合金具有较多优越的力学性能。本文对温度和应力耦合作用下的定向凝固多晶铁磁形状记忆合金的力学特性进行了实验测试,分别获得了定向凝固多晶Ni-Mn-Ga试样在不同恒定温度时的应力-应变循环曲线,以及试样在压缩时两个互相垂直方向的数字散斑图。结果表明:同一恒定温度时,随着应力循环次数的增加,其应变值逐渐减小;同一压缩应力时,不同温度作用过程中定向凝固方向的应力,随着温度的升高逐渐减小。本文结果可为铁磁形状记忆合金在工程中的应用提供一定的指导作用。     

用两种功能材料综合控制智能梁的振动

给出了用两种材料对梁进行振动控制的综合控制方法。采用多层分布压电层进行精密主动控制时,将压电传感层和压电致动层分割成若干单元来设计压电模态传感器和压电模态致动器,进而实现了梁的模态控制,同时利用形状记忆合金的超弹性特性对梁进行被动控制来抑制梁的大振幅振动,取得了很好的控制效果。