铁磁形状记忆合金的力学行为研究进展

铁磁形状记忆合金是一种新型的多功能材料,它除了具有传统的温控和应力控制记忆合金的一般特点外, 还可以在磁场的作用下输出应变,极大地拓展了传统的形状记忆合金应用前景.材料力学行为的研究是材料得以广泛应用的前提.本文对铁磁形状记忆合金力学行为的研究文献进行了综述,着重介绍了铁磁形状记忆合金力学行为的研究现状, 系统阐述了晶体的成分、磁场强度、外应力以及温度等因素对力学行为的影响,并概述了铁磁形状记忆合金本构模型的研究进展.      

形状记忆合金问题的有限元逼近

１．引言本文讨论非线性微分方程其中　系数　是给定常数,ｆ,ｆ为已知函数．这是形状记忆合金问题的数学模型,未知量ｕ,θ代表位移及Ｋｅｌｖｉｎ温度,其物理背景及数学模型的建立,参见文献［３,４］．最近,文［１,２］讨论了方程组（１．１）－（１．５）的数值求解,提出全离散格式．文［２］用Ｇａｌｅｒｋｉｎ方法,位移ｕ用四阶微分方程的有限个特征向量张成的空间,温度θ用分段线性多项式（折线）空间来近似,给出一个全离散格式,证明了离散近似解的存在唯一性,定性说明收敛于原问题的精确解．文［１］采用［２］中的离散…     

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。     

SMA叠层变刚度水平万向阻尼器滞回性能研究

利用NiTi形状记忆合金(Shape Memory Alloy,简称SMA)的超弹性特性,开发了一种新型SMA叠层变刚度水平万向阻尼器,介绍了其基本构造和工作原理,建立了阻尼器恢复力计算模型并开展了滞回性能参数分析,研究了SMA张拉应变、SMA直径、阻尼器层数以及每层SMA丝根数对阻尼器行程、刚度、耗能、等效阻尼比的影响.研究结果表明：SMA叠层变刚度水平万向阻尼器的恢复力-位移滞回曲线呈饱满的纺锤形,阻尼器具有良好的能量耗散能力、自复位功能、大行程以及变刚度特性;随着SMA张拉应变由0.03不断增大至0.06,阻尼器最大行程不断减小而单位循环耗能呈先增大后减小趋势;随着SMA直径不断增大,阻尼器刚度和耗能能力不断增大而最大行程和等效阻尼比不变;随着叠层层数不断增大,阻尼器最大行程和单位循环耗能不断增加而刚度不断降低;随着每层SMA布置数量由8根增大至16和32根,阻尼器刚度和单位循环耗能不断增大而最大行程和等效阻尼比变化不明显.     

应力引起的镍钛单晶形状记忆合金相变的实验研究

在单晶形状记忆合金试样中,由于没有晶粒之间的约束,它的马氏体相界面移动比多晶容易,用实验方法研究其相变的特点,对建立新的理论模型有意义,因而对它的实验分析显得重要。本文利用高分辨率的CCD系统监测到NiTi单晶形状记忆合金在拉伸时的相变伪弹性的过程;利用X射线衍射法得到了NiTi单晶试样在拉伸方向的晶向;运用高分辨率的云纹干涉技术,获得了应力引起的NiTi单晶形状记忆合金相变时的变形场;利用高分辨率、高灵敏度的红外相机记录了NiTi单晶在拉伸状态下的温度变化规律;对低温下NiTi单晶的拉伸性能做了初步的研究,得到一些有意义的现象。     

Study on interface failure of shape memory alloy （SMA） reinforced smart structure with damages

Shape memory alloy (SMA) reinforced smart structure can be used to make structural shape and strength self-adapted and structural damage self-restrained. Although SMA smart structures without damages were extensively studied, researches on SMA smart structures with damages have rarely been reported thus far. In this paper, thermo-mechanical behaviors of SMA fiber reinforced smart structures with damages are analyzed through a shear lag model and the variational principle. Mathematical expressions of the meso-displacement field and the stress-strain field of a typical element with damages are obtained, and a failure criterion for interface failure between SMA fibers and matrix is established, which is applied to an example. Results presented herein may provide a theoretical foundation for further studies on integrity of SMA smart structures.The project supported by the National Natural Science Foundation of China (10072026, 50135030) and Aeronautical Science Foundation of China (01G52041)The English text was polished by Keren Wang.     

铁磁形状记忆合金Mn2NiGa中应力诱发马氏体相的结构和磁性

采用金刚石对顶砧高压装置(DAC)和同步辐射X射线光源法,对Heusler类型的磁性形状记忆合金Mn2NiGa的结构进行了原位高压X射线衍射测量,并对卸载后的受压样品进行了磁测量.实验观察到材料在室温下分别在0.77 GPa和20 GPa压力下发生了两次不可逆结构相变:马氏体相变和两种不同马氏体间的等结构相变.同时加压使马氏体结构中产生了大量的缺陷,造成了严重的晶格畸变,致使马氏体结构的矫顽力提高了近10倍,达到204 kA/m.结果发现,加压处理造成样品马氏体相饱和磁化强度的大幅度降低,显示出明显的缺陷效应.     

发现MM＇X合金居里温度窗口的启示

人们习惯把具有马氏体相变的合金称为形状记忆合金．20世纪发现的所有形状记忆合金基本没有磁性．     

CONSTITUTIVE MODELING OF ROLLED SHAPE MEMORY ALLOY SHEETS TAKING INTO ACCOUNT PRE-TEXTURE AND ANISOTROPIC HARDENING

The drawing or rolling process endows polycrystal shape memory alloy with a crys- tallographic texture, which can result in macroscopic anisotropy. The main purpose of this work is to develop a constitutive model to predict the thermomechanical behavior of shape memory alloy sheets, which accounts for the crystallographic texture. The total macroscopic strain is decom- posed into elastic strain and macro-transformation strain under isothermal condition. Considering the transformation strain in local grains and the orientation distribution function of crystallo- graphic texture, the macro-transformation strain and the effective elastic modulus of textured polycrystal shape memory alloy are developed by using tensor expressions. The kinetic equation is established to calculate the volume fraction of the martensite transformation under given stress. Furthermore, the Hill＇s quadratic model is developed for anisotropic transformation hardening of textured SMA sheets. All the calculation results are in good agreement with experimental data, which show that the present model can accurately describe the macro-anisotropic behaviors of textured shape memory alloy sheets.     

冲击诱发NiTi形状记忆合金相变行为研究

NiTi形状记忆合金的高应变动态响应特性在军事、航空等领域具有重要应用.为研究NiTi合金在动态力学诱导下的相变行为,在不同温区不同冲击速率下,通过轻气炮装置对NiTi合金进行了动态加载实验.利用差示扫描量热仪(DSC),综合物性测量系统分析了冲击波残余效应对NiTi合金相变行为的影响.研究发现:受冲击的样品在第一次DSC热循环中观察到了三个马氏体吸热峰,表现为三步逆马氏体相变,而在第二次热循环中其中两个应力诱发马氏体吸热峰因变形恢复消失.形成两个应力诱发马氏体吸热峰的原因可能是晶粒内部与晶界处的相变过程不同步.受冲击后样品DSC放热峰上出现了一小肩峰,表明可能因中间相(R相)的出现而发生了两步相变,结合电阻测量曲线进一步确认R相的存在,且发现奥氏体相向R相转变以及R相向马氏体相转变这两种相变过程在某一温度范围内可同时进行.同时,文中也具体讨论了不同的冲击加载条件对相变过程的影响.