形状记忆合金在结构主被动振动控制中的应用

开状记忆合金是一类应用前景广阔的智能材料系统,利用形状记忆合金材料控制结构振动是最能体现这种先进材料应用价值的重要研究方向之一．本文首先介绍形状记忆合金的主要力学行为,包括形状记忆效应和超弹性效应;其次概述描述其力学行为的本构关系模型;最后重点论述实现结构主被动控制的原理和方法及其国内外研究进展,指出存在的问题和改进方法．     

形状记忆合金力学行为与应用综述

本文对形状记忆合金的特性、本构模型及其在不同领域中的应用进行了综述。分析了形状记忆合金材料和力学特性及其在智能结构中的应用。介绍了现有微观、介观和宏观本构模型描述形状记忆合金热力学行为的方法和特点。详细阐述了形状记忆合金在不同领域的应用现状,特别总结了结构优化技术在提升智能结构性能方面的应用,分析了当前形状记忆合金研究中存在的问题,并对其在智能结构中的关键技术与未来发展方向进行了探讨。     

形状记忆合金的热力学本构方程

利用形状记忆因子,直观地描述了形状记忆合金(SMA)实现其超弹性与形状记忆效应的热力学宏观过程.根据热力学基本原理并假设SMA为各向同性材料,建立了描述复杂应力状态下SMA热力学行为的三维本构方程.该本构方程具有直观的表述形式且所含材料常数均可以通过宏观实验测定,克服了现存SMA三维本构方程由于表述形式复杂和材料参数不...     

基于Auricchio F本构模型的SMA垂直曲力学行为分析

描述了Auricchio F形状记忆合金(SMA)的本构模型.基于该模型的本构方程,应用非线性有限元分析方法,对SMA垂直曲的力学行为进行分析,为正畸临床提供理论参考指导.     

超弹性NiTi合金丝动力特性试验及本构模型研究

形状记忆合金(SMA)是一种兼具感知和驱动功能的功能材料,因其独特的形状记忆效应、超弹性和高阻尼等特性,成为土木工程结构振动控制的理想材料.论文研究了超弹性NiTi丝的动力特性和应变率相关的本构模型.试验测试了NiTi丝在不同应变率下的力学性能,建立了应力增量与应变率的关系方程.在试验的基础上,提出了改进的SMA本构模...     

基于UMAT的形状记忆合金驱动波纹板结构的数值分析

形状记忆合金SMA主动驱动波纹板效率高,且性能稳定,在设计自适应智能结构上具有可观的前景。为有效利用有限元法对SMA波纹板结构进行计算分析,基于已有SMA本构模型推导了增量型SMA本构模型,据此编写了可由ABAQUS调用的用户材料(UMAT)子程序;利用该UMAT子程序对SMA主动驱动波纹板结构进行了数值模拟计算,与实验结果的对比验证了计算结果的有效性;在SMA波纹板原始结构基础上,提出了SMA短带错落布置型新结构,并进行了数值模拟分析与验证;提出了新结构的温度控制方案和提高驱动效果的措施,可为SMA驱动波纹板驱动器的设计与应用提供参考与借鉴。     

基于UMAT的形状记忆合金驱动波纹板结构的数值分析

形状记忆合金SMA主动驱动波纹板效率高，且性能稳定，在设计自适应智能结构上具有可观的前景。为有效利用有限元法对SMA波纹板结构进行计算分析，基于已有SMA本构模型推导了增量型SMA本构模型，据此编写了可由ABAQUS调用的用户材料（UMAT）子程序；利用该UMAT子程序对SMA主动驱动波纹板结构进行了数值模拟计算，与实验结果的对比验证了计算结果的有效性；在SMA波纹板原始结构基础上，提出了SMA短带错落布置型新结构，并进行了数值模拟分析与验证；提出了新结构的温度控制方案和提高驱动效果的措施，可为SMA驱动波纹板驱动器的设计与应用提供参考与借鉴。     

SMA纤维复合材料梁振动半主动控制

分析了一类形状记忆合金(SMA)纤维混杂层合粱用于振动控制的动力学模型和作用机理．采用多胞模型、形状记忆合金一维本构关系分析方法，同时考虑横向剪切的影响，建立了层合梁的数学模型．半主动控制是通过改变受控结构的参数来减小结构振动的响应．根据开关控制原理确定可变刚度系统的控制律，进行SMA纤维混杂层合粱的半主动控制的数值仿真．结果表明，将半主动控制应用于梁的振动控制是一种有效的方法．     

NiTi形状记忆合金热-力耦合循环变形行为宏微观实验和理论研究进展

论文对NiTi形状记忆合金热-力耦合循环变形行为研究的最新进展进行综述和评价.首先总结NiTi形状记忆合金在循环加载条件下的单轴、非比例多轴循环变形特性以及强烈的热-力耦合特性,阐述NiTi形状记忆合金在循环变形过程中出现功能性劣化的微观机理;然后,讨论在宏观和细观尺度上建立的三类NiTi形状记忆合金典型的循环本构模型,并评述代表性模型的预测能力;最后,总结已有研究存在的不足,对相关问题的进一步研究提出建议.在本构模型方面主要介绍了作者及其合作者在基于晶体塑性的热-力耦合循环本构模型方面的工作,突出了多种非弹性变形机制和强烈热-力耦合行为对形状记忆合金循环变形行为的影响.     

SMA短纤维复合材料的热胀系数和相变应变系数

基于Eshelby的等效夹杂模型、Mori和Tanaka的场平均法,考虑到形状记忆合金（SMA）的强物理非线性,发展了增量型的等效夹杂模型（Incremental Equivalent Inclusion Model)。讨论了SMA短纤维增强的铝基复合材料的热胀系数和相变应变系数。特别研究了SMA短纤维复合材料纤维几何尺寸和体积分数等参数对SMA复合材料的热胀系数和相变应变系数的影响。这些工作对于指导材料设计和了解SMA复合材料热机械特性是非常有意义的。     

形状记忆合金及其工程应用中的力学分析

本文对一种全新功能材料———形状记忆合金进行力学分析，综述其行为特点、本构关系以及在变形控制、振动控制和损伤监控中的应用，并简要介绍它在应用中存在的问题及改进方法     

用于振动、冲击和噪声控制的SMA智能复合材料结构

本文简要叙述SMA智能复合材料结构的基本概念,介绍其分析和求解的基本力学原理和方法,重点展示其在三个主要应用研究领域,包括振动控制、噪声控制及抗低速冲击的最新进展,并对存在问题和未来的发展给予评述．     

Micro–macro analysis of shape memory alloy composites

The aim of the paper is to develop a micro–macro approach for the analysis of the mechanical behavior of composites obtained embedding long fibers of Shape Memory Alloys (SMA) into an elastic matrix. In order to determine the overall constitutive response of the SMA composites, two homogenization techniques are proposed: one is based on the self-consistent method while the other on the analysis of a periodic composite. The overall response of the SMA composites is strongly influenced by the pseudo-elastic and shape memory effects occurring in the SMA material. In particular, it is assumed that the phase transformations in the SMA are governed by the wire temperature and by the average stress tensor acting in the fiber. A possible prestrain of the fibers is taken into account in the model.Numerical applications are developed in order to analyze the thermo-mechanical behavior of the SMA composite. The results obtained by the proposed procedures are compared with the ones determined through a micromechanical analysis of a periodic composite performed using suitable finite elements.Then, in order to study the macromechanical response of structural elements made of SMA composites, a three-dimensional finite element is developed implementing at each Gauss point the overall constitutive laws of the SMA composite obtained by the proposed homogenization procedures. Some numerical applications are developed in order to assess the efficiency of the proposed micro–macro model.     

形状记忆合金的本构关系

本文主要介绍一种金新功能材料－形状记忆合金的本构关系的发展，简要介绍该材料的一些力学行为和工程中的应用。     

形状记忆合金纤维复合材料的等效力学行为

在Aboudi提出的胞元模型以及Liu等建立的形状记忆合金的本构模型的基础上，由Legendre多项式，假设每个子胞元的位移场、应变场和应力场，再由子胞元间交界面的应力连续条件和外荷载边界条件推导出基体为弹塑性材料的形状记忆合金纤维复合材料的胞元模型；模拟了呈周期对称的形状记忆合金纤维复合材料受轴向单向拉伸、横向拉伸和横向剪切荷载作用下的等效力学行为，与有限元解进行了比较，结果基本一致。与有限元法比较起来，本文推导出的形状记忆合金纤维复合材料的胞元模型更具高效性。     

Three-dimensional modeling and numerical analysis of rate-dependent irrecoverable deformation in shape memory alloys

Shape memory alloys (SMAs) provide an attractive solid-state actuation alternative to engineers in various fields due to their ability to exhibit recoverable deformations while under substantial loads. Many constitutive models describing this repeatable phenomenon have been proposed, where some models also capture the effects of rate-independent irrecoverable deformations (i.e., plasticity) in SMAs. In this work, we consider a topic not addressed to date: the generation and evolution of irrecoverable viscoplastic strains in an SMA material. Such strains appear in metals subjected to sufficiently high temperatures. The need to account for these effects in SMAs arises when considering one of two situations: the exposure of a conventional SMA material (e.g., NiTi) to high temperatures for a non-negligible amount of time, as occurs during shape-setting, or the utilization of new high temperature shape memory alloys (HTSMAs), where the elevated transformation temperatures induce transformation and viscoplastic behaviors simultaneously. A new three-dimensional constitutive model based on established SMA and viscoplastic modeling techniques is derived that accounts for these behaviors. The numerical implementation of the model is described in detail. Several finite element analysis (FEA) examples are provided, demonstrating the utility of the new model and its implementation in assessing the effects of viscoplastic behaviors in shape memory alloys.     

形状记忆合金拟弹性行为的热力学描述

形状记忆合金是由马氏体和奥氏体组成并动态变化的两相材料 ,其拟弹性行为实质上是两相各自行为的动态组合。本文提出了形状记忆合金拟弹性行为的一种热力学描述。根据实验现象假设在感兴趣的温度和变形范围内 ,奥氏体相具有线弹性特性而马氏体相具有弹塑性特性 ,结合 Tanaka的相变描述 ,给出了小变形、初始各向同性和塑性不可压缩条件下形状记忆合金的三维本构方程。对不同温度下形状记忆合金材料的特性进行了描述 ,较好地预言了单调及循环加载下的响应和正、反相变行为及其温度影响 ,动态相变过程对应力响应的影响 ,高温相下的强度增加等。