马氏体相变微结构演化过程的模拟与分析

实验中观察到形状记忆合金在应力诱发马氏体相变过程中,出现多界面的微结构,马氏体相会逐渐长大变粗,同时会出现由马氏体形核造成的应力突然降低.用多阱的弹性能函数来刻画此相变与微结构演化过程,发现相变时会出现多界面的微结构且伴随着马氏体相的形核至奥氏体相的消失过程,出现了界面数先增后减的变化,同时应力会出现跳跃而不连续.相对应的动力学模型的有限差分的计算结果同样显示形核时出现了多界面的微结构并伴随着应力的大幅振荡,随着载荷的增加界面位置随之移动,使得马氏体相区域逐渐长大.理论分析与数值模拟的结果较好地刻画了实验中观察到的马氏体相变过程中的形核,产生多界面,再到马氏体逐渐长大这一微结构的演化过程.     

马氏体相变过程中形核、失稳及多界面微结构的动力学模拟

材料发生相变的过程中会出现失稳、滞后回线及多界面的微结构等复杂现象，而稳定性的丧失使其动力学方程的求解十分困难。对于形状记忆合金中的马氏体相变，相变过程中材料的等效杨氏模量变为负值，使得传统的动力学方程成为病态的，无法直接求解，必须要进行正则化。而相变的滞后回线与微结构的出现也说明经典的弹性理论不再适用，必须要引入新的能量项以能刻画这些现象。本文在非线性弹性理论的框架下，引入应变梯度界面能和位移非均匀能，利用变分原理建立了材料相变的一维动力学模型。高阶项的引入极大地改善了方程的性质，使数值求解成为可能。计算结果表明，该模型确能较有效地描述相变时的失稳与微结构。