考慮循環(huán)效應(yīng)的鎳鈦合金超彈性細(xì)觀本構(gòu)模型

朱祎國(guó),林會(huì)杰

(大連理工大學(xué) 工業(yè)裝備結(jié)構(gòu)分析國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 大連 116023)

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考慮循環(huán)效應(yīng)的鎳鈦合金超彈性細(xì)觀本構(gòu)模型

朱祎國(guó),林會(huì)杰

(大連理工大學(xué) 工業(yè)裝備結(jié)構(gòu)分析國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 大連 116023)

摘要：超彈性是形狀記憶合金最主要的特性之一，本文假設(shè)其在相變過程中具有層狀微結(jié)構(gòu)，利用理想界面條件推導(dǎo)出相變發(fā)展過程的單晶本構(gòu)關(guān)系，同時(shí)引入臨界應(yīng)力，累積殘余應(yīng)變和累積馬氏體體積分?jǐn)?shù)3個(gè)變量，利用臨界應(yīng)力，循環(huán)次數(shù)N構(gòu)造相變驅(qū)動(dòng)力隨循環(huán)次數(shù)N變化的表達(dá)式。在每一次加載中相變驅(qū)動(dòng)力作為一個(gè)材料參數(shù)控制正相變和逆相變的發(fā)生過程，聯(lián)合累積馬氏體體積分?jǐn)?shù)和累積殘余應(yīng)變就得到考慮循環(huán)效應(yīng)的單晶本構(gòu)模型。利用Taylor假設(shè)推廣到多晶模型。最后為證實(shí)本模型的可行性，進(jìn)行了數(shù)值模擬，結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好。

關(guān)鍵詞：形狀記憶合金;循環(huán)效應(yīng);超彈性;層狀微結(jié)構(gòu);本構(gòu)模型

鎳鈦形狀記憶合金(shape memory alloys，SMAs)因其獨(dú)特的超彈性和形狀記憶效應(yīng)被廣泛地應(yīng)用在航空航天，交通運(yùn)輸和生物醫(yī)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域[1-3]。然而這些器件不可避免的就會(huì)受到循環(huán)載荷的影響，為了能完善的設(shè)計(jì)形狀記憶合金工作元件并且評(píng)估其可靠性，有必要深入地研究循環(huán)載荷條件下的形狀記憶合金超彈性變形特性和建立適合工程應(yīng)用的本構(gòu)模型。

近20年來，許多學(xué)者對(duì)鎳鈦合金的循環(huán)變形進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)觀察，其中所得出來的主要共同特點(diǎn)有三個(gè)[4-5]: 1)隨著循環(huán)圈數(shù)的增加遲滯環(huán)變小，當(dāng)循環(huán)圈數(shù)到達(dá)特定的值時(shí)，遲滯環(huán)大小不變；……