NiTi合金的超彈性力學(xué)特性及其應(yīng)用

內(nèi)容概要

本書是針對(duì)NiTi形狀記憶合金超彈性力學(xué)性能的一本專著，是NiTi形狀記憶合金的超彈性力學(xué)性能的實(shí)驗(yàn)研究和應(yīng)用研究的系統(tǒng)化與理論化成果。    本書共分為8章，內(nèi)容包括NiTi形狀記憶合金的宏觀本構(gòu)模型、細(xì)觀本構(gòu)模型及其有限元程序的實(shí)現(xiàn)，單次加載卸載的力學(xué)性能，循環(huán)加載-卸載的力學(xué)性能，斷裂性能，疲勞性能以及超彈性性能在醫(yī)用支架、隔震減震裝置和防松均載裝置中的應(yīng)用。    本書可作為力學(xué)、材料科學(xué)專業(yè)研究生的教材，也可供相關(guān)專業(yè)的研究人員和工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

前言第1章  概述  1.1  形狀記憶合金的發(fā)展歷史  1.2  形狀記憶合金的基本概念    1.2.1  熱彈性馬氏體相變    1.2.2  形狀記憶效應(yīng)    1.2.3  超彈性    1.2.4  形狀記憶與超彈性的關(guān)系  1.3  NiTi合金的基本性能數(shù)據(jù)  1.4  NiTi合金超彈性力學(xué)性能的研究現(xiàn)狀    1.4.1  實(shí)驗(yàn)研究    1.4.2  本構(gòu)模型研究  參考文獻(xiàn)第2章  宏觀本構(gòu)模型及有限元格式  2.1  相變模型    2.1.1  控制變量和內(nèi)部變量    2.1.2  相變以及激活狀態(tài)  2.2  塑性變形模型  2.3  ABAQUS軟件用戶材料子程序UMAT  2.4  有限元實(shí)現(xiàn)    2.4.1  本構(gòu)模型的離散化    2.4.2  UMAT中的計(jì)算流程    2.4.3  UMAT中的具體計(jì)算  2.5  模型的特性分析  2.6  模型的應(yīng)用    2.6.1  CT試樣裂紋尖端相變場(chǎng)分析    2.6.2  形狀記憶合金的(扭)彎曲性能    2.6.3  形狀記憶合金復(fù)合材料    2.6.4  晶粒各向異性對(duì)晶體相變的影響  2.7  結(jié)論  參考文獻(xiàn)第3章  細(xì)觀本構(gòu)模型及有限元格式  3.1  馬氏體相變晶體學(xué)    3.1.1  唯象理論概要    3.2.2  NiTi合金中B19'馬氏體的孿晶    3.2.3  B2奧氏體到B19'馬氏體的點(diǎn)陣變化    3.1.4  B19'馬氏體的變體  3.2  馬氏體相變熱力學(xué)  3.3  塑性變形晶體學(xué)  3.4  細(xì)觀力學(xué)模型  3.5  本構(gòu)模型的有限元實(shí)現(xiàn)    3.5.1  本構(gòu)模型的離散化    3.5.2  相變過程中本構(gòu)變量的演化    3.5.3  塑性變形時(shí)本構(gòu)變量的演化    3.5.4  UMAT中的具體計(jì)算    3.5.5  UMAT中的計(jì)算流程  3.6  模型特性分析    3.6.1  材料常數(shù)    3.6.2  有限元模型    3.6.3  相互作用能矩陣的影響    3.6.4  織構(gòu)的影響    3.6.5  加載速率的影響  3.7  結(jié)論  參考文獻(xiàn)第4章  單次加載-卸載超彈性力學(xué)性能  4.1  特征量的定義  4.2  溫度的影響  4.3  加載速率的影響  4.4  塑性變形的影響  4.5  應(yīng)力狀態(tài)的影響  4.6  數(shù)值模擬    4.6.1  溫度的影響    4.6.2  塑性變形的影響    4.6.3  應(yīng)力狀態(tài)的影響    4.6.4  雙軸加載下的馬氏體相變初始面    4.6.5  單軸加載下的馬氏體局部化條帶演化    4.6.6  表面粗糙度對(duì)NiTi合金超彈性性能的影響    4.6.7  帶孔板在雙軸加載下的力學(xué)響應(yīng)  4.7  結(jié)論  參考文獻(xiàn)第5章  循環(huán)加載-卸載超彈性力學(xué)性能  5.1  單軸拉伸加載    5.1.1  應(yīng)力應(yīng)變曲線特性    5.1.2  應(yīng)變特性    5.1.3  相變應(yīng)力特性    5.1.4  能量特性  5.2  純扭轉(zhuǎn)加載    5.2.1  應(yīng)力-應(yīng)變曲線特性    5.2.2  應(yīng)變特性    5.2.3  能量特性  5.3  雙軸加載    5.3.1  應(yīng)力-應(yīng)變曲線特性    5.3.2  應(yīng)力特性    5.3.3  能量特性  5.4  結(jié)論  參考文獻(xiàn)第6章  靜載斷裂特性  6.1  引言  6.2  實(shí)驗(yàn)材料  6.3  斷裂韌性KIC實(shí)驗(yàn)  6.4  缺口形式對(duì)拉伸斷裂性能的影響實(shí)驗(yàn)  6.5  有限元分析    6.5.1  CT試樣    6.5.2  缺口試樣  6.6  結(jié)論  參考文獻(xiàn)第7章  疲勞特性  7.1  引言  7.2  單軸加載    7.2.1  加載頻率和應(yīng)力幅值對(duì)疲勞壽命的影響    7.2.2  拉伸和扭轉(zhuǎn)載荷下疲勞性能的比較  7.3  雙軸加載    7.3.1  相位角和應(yīng)變幅值對(duì)疲勞壽命的影響    7.3.2  相位角和應(yīng)變幅值對(duì)疲勞載荷的影響  7.4  局部三軸應(yīng)力狀態(tài)對(duì)疲勞性能的影響    7.4.1  實(shí)驗(yàn)    7.4.2  有限元分析  7.5  結(jié)論  參考文獻(xiàn)第8章  超彈性NiTi合金的應(yīng)用  8.1  引言  8.2  醫(yī)用支架    8.2.1  簡(jiǎn)介    8.2.2  支架單元的力學(xué)性能分析    8.2.3  整體支架的力學(xué)性能分析  8.3  形狀記憶合金隔震減震裝置    8.3.1  簡(jiǎn)介    8.3.2  中心牽引型阻尼器    8.3.3  安裝NiTi形狀記憶合金超彈性拉索耗能器的框架結(jié)構(gòu)振動(dòng)性能  8.4  形狀記憶合金防松均載裝置    8.4.1  簡(jiǎn)介    8.4.2  防松均載墊圈的力學(xué)性能參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第3章　細(xì)觀本構(gòu)模型及有限元格式　　本章針對(duì)超彈性NiTi二元合金給出了考慮塑性變形的三維細(xì)觀力學(xué)本構(gòu)模型的理論推導(dǎo)過程，主要從馬氏體相變唯象晶體學(xué)理論結(jié)合熱力學(xué)理論以及塑性晶體學(xué)理論出發(fā)，推導(dǎo)了本構(gòu)模型的基本方程。將本構(gòu)模型進(jìn)行離散處理，并作為用戶材料子程序（UMAT）編入有限元軟件ABAQUS/Standard中。最后，對(duì)該模型的特性進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析。　　3.1　馬氏體相變晶體學(xué)　　3.1.1　唯象理論概要　　馬氏體相變的晶體學(xué)唯象理論是材料科學(xué)中為數(shù)不多的定量理論之一，所研究的對(duì)象是馬氏體相變后，馬氏體和母相間的晶體學(xué)關(guān)系，即點(diǎn)陣類型、點(diǎn)陣常數(shù)、點(diǎn)陣取向關(guān)系、新相的慣習(xí)關(guān)系、兩相界面的位相等。這一理論是由Wechsler、Lieberman和Read（WLR理論）于1953年在美國(guó)，Bowles和Mackenzie（BM理論）于1954年在澳大利亞分別獨(dú)立地建立起來的。雖然兩者所用的數(shù)學(xué)處理明顯不同，但是，理論在本質(zhì)上是一致的。唯象理論（phenomenological theory）有兩方面含義：一是指此理論有一定的普遍性，適用于多數(shù)或大多數(shù)材料系統(tǒng)中的馬氏體相變，而不只是僅僅限于幾種特定材料中的馬氏體轉(zhuǎn)變；另一方面是指這種理論只是現(xiàn)象之間的聯(lián)系，不涉及對(duì)象系統(tǒng)的原子過程等細(xì)節(jié)。在唯象理論中所作的數(shù)學(xué)分解，決不代表過程的實(shí)際步驟，因而理論只有“唯象”的意義，不能說明轉(zhuǎn)變的機(jī)制或原子過程，只規(guī)定了轉(zhuǎn)變前后兩相的晶體學(xué)關(guān)系。從物理學(xué)的角度來看，WLR理論更容易理解。下面我們遵循WLR理論的處理簡(jiǎn)單介紹一下馬氏體相變的晶體學(xué)理論，具體的理論推導(dǎo)過程可參考文獻(xiàn)。

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