考慮循環(huán)效應的鎳鈦合金超彈性細觀本構模型

朱祎國,林會杰

(大連理工大學 工業(yè)裝備結構分析國家重點實驗室，遼寧 大連 116023)

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考慮循環(huán)效應的鎳鈦合金超彈性細觀本構模型

朱祎國,林會杰

(大連理工大學 工業(yè)裝備結構分析國家重點實驗室，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，本文假設其在相變過程中具有層狀微結構，利用理想界面條件推導出相變發(fā)展過程的單晶本構關系，同時引入臨界應力，累積殘余應變和累積馬氏體體積分數(shù)3個變量，利用臨界應力，循環(huán)次數(shù)N構造相變驅動力隨循環(huán)次數(shù)N變化的表達式。在每一次加載中相變驅動力作為一個材料參數(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數(shù)和累積殘余應變就得到考慮循環(huán)效應的單晶本構模型。利用Taylor假設推廣到多晶模型。最后為證實本模型的可行性，進行了數(shù)值模擬，結果與實驗結果吻合較好。

關鍵詞：形狀記憶合金;循環(huán)效應;超彈性;層狀微結構;本構模型

鎳鈦形狀記憶合金(shape memory alloys，SMAs)因其獨特的超彈性和形狀記憶效應被廣泛地應用在航空航天，交通運輸和生物醫(yī)學等多個領域[1-3]。然而這些器件不可避免的就會受到循環(huán)載荷的影響，為了能完善的設計形狀記憶合金工作元件并且評估其可靠性，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用的本構模型。

近20年來，許多學者對鎳鈦合金的循環(huán)變形進行了實驗觀察，其中所得出來的主要共同特點有三個[4-5]: 1)隨著循環(huán)圈數(shù)的增加遲滯環(huán)變小，當循環(huán)圈數(shù)到達特定的值時，遲滯環(huán)大小不變；……