铁磁形状记忆合金Ni-Mn-Ga微结构数值模拟

论文摘要

铁磁形状记忆合金是一种新型铁磁性功能材料,兼具大输出应变和高响应频率等综合特性,其中最具代表性的铁磁形状记忆合金—Ni2MnGa具有强铁磁性,大磁致伸缩,温控和磁控形状记忆效应,响应频率接近压电陶瓷,输出应变和应力接近温控形状记忆合金等特点,近年来得到材料科学、物理学等领域学者的极大研究兴趣,有望成为新型磁驱动记忆效应的首选材料。铁磁形状记忆合金的磁场诱发应变来自磁场诱发马氏体变体的重定向,而不是磁场对其奥氏体至马氏体相变的作用,这种现象从根本上说是由于材料内部的微结构改变而引起的。本文针对铁磁形状记忆合金Ni2MnGa的微结构特征,对其在无任何外界影响、以及外加磁场影响下的微结构演化情况进行了研究。首先利用已有的几何非线性模型模拟了Ni2MnGa合金在无任何外界影响下的微结构,随后引入了“各向异性能”项,进一步模拟了该材料在外加磁场下的微结构的演化情况,所得数值结果与实验观察结果较为吻合。这些结果有助于进一步理解与分析铁磁形状记忆合金Ni2MnGa的微观机理与特性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 智能材料的发展概况
• 2MnGa的发展概况与研究进展'>1.1.2 铁磁形状记忆合金Ni₂MnGa的发展概况与研究进展
• 1.2 材料微结构研究现状
• 1.2.1 几何线性模型以及几何非线性模型的比较
• 1.2.2 几何非线性模型的数值计算的发展
• 1.3 材料微结构研究的科学意义
• 1.4 本文研究内容
• 第二章 模拟微结构的几何非线性模型
• 2.1 晶体学知识
• 2.1.1 点阵平移矢量和点阵
• 2.1.2 布拉维点阵
• 2.1.3 同一点阵不同晶胞间的关系
• 2.1.4 晶体的对称操作
• 2.1.5 晶面指数系统
• 2.2 马氏体相变
• 2.2.1 马氏体相变的基本特征
• 2.2.2 Bain（贝）矩阵
• 2.2.3 马氏体变体
• 2.3 晶格中的能量密度
• 2.3.1 晶体学理论和连续介质力学的联系:Cauchy-Born假设
• 2.3.2 晶格中的能量密度
• 2.3.3 马氏体相变中的能量密度特点
• 2.3.4 能阱
• 2.4 微结构的由来
• 第三章 马氏体微结构的数值模拟
• 3.1 马氏体中的孪晶结构
• 3.1.1 运动学相容性
• 3.1.2 孪晶的变形
• 3.1.3 孪晶方程的解
• 3.2 有限元模拟
• 3.2.1 区域离散
• 3.2.2 局部变形梯度的离散
• 3.2.3 共轭梯度法求解总能量的最小值
• 3.2.4 边界条件及结果的可视化
• 3.2.5 本节小结
• 2MNGA合金微结构演化的数值模拟'>第四章 NI₂MNGA合金微结构演化的数值模拟
• 2MNGA合金微结构的数值模拟'>4.1 无外界影响下的NI₂MNGA合金微结构的数值模拟
• 2MnGa合金二维层状孪晶结构的数值模拟'>4.1.1 无外界影响情形下的Ni₂MnGa合金二维层状孪晶结构的数值模拟
• 2MnGa合金二维层状孪晶结构的数值模拟结果:'>4.1.2 无外界影响情形下的Ni₂MnGa合金二维层状孪晶结构的数值模拟结果:
• 2MGA合金微结构演化的数值模拟'>4.2 外加磁场情形下NI₂MGA合金微结构演化的数值模拟
• 4.2.1 能量密度必须满足的条件
• 4.2.2 约束理论
• 4.2.3 能量密度的表示形式:
• 2MnGa合金微结构演化的二维模拟'>4.2.4 外加磁场下Ni₂MnGa合金微结构演化的二维模拟
• 2MnGa合金微结构演化的二维数值模拟结果'>4.2.5 外加磁场下Ni₂MnGa合金微结构演化的二维数值模拟结果
• 第五章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢