埋置SMA丝复合材料在温度影响下的一维内力分析

论文摘要

形状记忆合金(SMA)是一种新型功能金属材料，具有形状记忆特性、变刚度特性和超弹性等特性。由于具有这些特性，使其在航天、航空、航海、电子、机械、轻工和医疗卫生方面都有着广泛的应用价值和广阔的发展前景。被称为“21世纪的材料”。裂纹及损伤的主动探测和控制是当前实际工程中十分突出和迫切需要解决的问题，因此，形状记忆合金在抑制裂纹的产生和扩展方面的研究成为一个研究的热点。本文首先对形状记忆合金的特性做了介绍，然后对产生这些特性的微观机理进行了综述，介绍了前人提出的形状记忆合金的不同的本构模型，在此基础上，得出形状记忆合金复合于基体内部的本构模型。讨论了形状记忆合金埋入构件内部，利用其电阻率大、对应变敏感和加热后可以产生巨大回复力等特点，实现对构件中的裂纹进行探测和主动控制裂纹的扩展的问题。详细分析了形状记忆合金复合材料中形状记忆合金与基体材料之间的相互作用机理。并针对裂纹的主动控制应用中的具体情况讨论了形状记忆合金有局部预应变时的应力分布。本文研究结果对进一步研究SMA纤维抑制裂纹扩展的应用提供了参考依据。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1.1 研究背景及意义
• §1.2 形状记忆合金的基本概念
• §1.3 形状记忆效应和超弹性效应的微观机理
• §1.3.1 形状记忆效应的微观机理
• §1.3.2 超弹性效应微观机理
• §1.3.3 呈现形状记忆效应及超弹性的条件
• §1.4 几种重要形状记忆合金
• §1.5 国内外关于形状记忆合金的研究与应用状况
• §1.6 嵌入SMA智能复合材料研究情况
• §1.7 本文的主要工作
• 第二章 形状记忆合金的本构关系简介
• §2.1 概述
• §2.2 经典热力学模型
• §2.3 Tanaka与Liang本构模型
• §2.3.1 相变运动学
• §2.3.2 应力—应变关系
• §2.3.3 形状记忆效应的本构关系
• §2.4 复合于基体材料中的SMA本构关系
• §2.5 本章小结
• 第三章 SMA纤维与基体相互作用的一维模型
• §3.1 概述
• §3.2 主动控制裂纹的原理介绍
• §3.2.1 SMA在裂纹主动控制中的特性
• §3.2.2 SMA主动控制裂纹的原理
• §3.3 SMA用于裂纹主动控制的构想
• §3.3.1 SMA对Ⅰ型裂纹顶端的应力场的控制
• §3.3.2 SMA诱发应变作用
• §3.3.3 SMA降低含裂纹层板的应力集中
• §3.4 SMA复合材料的应力分析
• §3.4.1 数学模型及求解
• §3.4.2 算例及结果分析
• §3.5 局部预应变时一维应力分布
• §3.5.1 数学模型及求解
• §3.5.2 算例及结果分析
• §3.5.3 局部预应变的过渡
• §3.6 本章小结
• 第四章 结论与展望
• §4.1 结论
• §4.2 展望
• 参考文献
• 硕士期间科研情况