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硕士学位论文
形状记忆合金马氏体相变的一维连续介质热力学模型
姓名:王星耀
申请学位级别:硕士
专业:一般力学与力学基础
指导教师:霍永忠
20070607
摘要实验中观察到形状记忆合金在应力诱发马氏体相交过程中,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。常用多阱的弹性能函数来刻画此相变与微结构的演化过程,但此时在相变过程中材料的等效杨氏模量会变为负值,使得传统的方程成为病态的,无法直接求解,必须要进行正则化。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形状记忆合金相交的一维连续介质力学模型。稳态情况的分析验证了实验中观察到的应力跳跃与多界面微结构,并给出了估计应变梯度界面能和位移非均匀能项系数的理论方法。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。动力学模型的数值计算结果表明,该模型能较有效地描述相变时出现的失稳与多界面微结构,并能刻画微结构演化的过程,一定程度上揭示了形状记忆合金马氏体相交的机理。引入了温度变化后的热力耦合的动力学模型,提供了能量耗散的机制,使相变中动能相对变小。宏观应力应变曲线不再出现大幅震荡,而且对应每一次应力的下降,界面数也随之增多。【关键字】马氏体相变,多界面,动力学模型【中图分类号】.篢.
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导师莓名:盟作者签名:作者签名:曼霾盟论文独创性声明日期:渔怠辏论文使用授权声明日期:,不包含其他人或其它机构已经发表或撰写本人完全了解复旦太学有关保留、:、,留送交论文的复印件,允许论文被查阅和借阗:学校可以公布论文的全部或部遵守此规定.
第一章引言艘一馘一形状记忆合金中的马氏体相变背景稹】、【浚珻】和】等都具有这样的性质蟆蠢蠓毂形状记忆合金嗣家迨蔷哂行巫醇且湫вΦ暮辖鸩牧希钤缬美国学者于年在辖鹬蟹⑾帧緇】。⑾諲辖鹁哂辛己玫男巫醇且湫вΑW源诵巫醇且合金的研究与应用受到了广泛的关注。在此期间及以后发现了许多其他合金,如它与普通金属材料的不同之处在于,一般金属材料受到外力作用后,首先发生弹性变形,达到屈服点后,金属就产生塑性变形,应力消除后该种塑性变形无法回复;而形状记忆合金在低温下大变形后出现的残余变形会在升温后完全消失,这就是形状记忆效应,也称拟塑性。形状记忆合金另一重要性质是超弹性:它在高温下的大变形,在应力消除后可完全恢复,且完全恢复变形可高达图U怯捎谛巫醇且浜辖鸬恼饬礁鲋匾L匦裕沟闷湓谝搅莆生、机械制造、电子电气、现代通讯等众多领域得到应用。丽研究表明,这种独特的力学行为是由于形状记忆合金在力场与温度场的作用下发生了马氏体相变。由于形状记忆合金的拟塑性和超弹性与马氏体相变密切相关。所以,要想弄清楚形状记忆合金极为复杂的力学性质,要进行相关的实验,就有必要先对马式体相变进行一些了解。材料相变通常是在外部条件发生变化后,材料中的原子排列方式发生改变的图巫醇且浜辖鸬哪馑苄杂氤允疽馔应馑苄形状记忆合金马氏体相变的一维连续介质力学模型复旦大学申请硕士学位论文力应变
别是,、⑨埽过程,而原子排列方式的改变也改变了材料的宏观物理、力学性能。马氏体最初是在钢小⒏咛几中发现的:将钢加热到一定温度纬砂率咸后经迅速冷却慊,得到的能使钢变硬、增强的一种淬火组织。人们最早只把钢中由奥氏体转变为马氏体的相变称为马氏体相交。世纪以来,随着对马氏体相变的特征累积了较多的知识,又相继发现在某些纯金属和合金中也具有马氏体相交。而形状记忆合金中的马氏体相变是~种固体中的无扩散热弹性的一阶相交,原子往往以剪切变形的机制协同移动。由于马氏体的晶体结构在低温下比较稳定,而奥氏体的晶体结构在高温下比较稳定。因此形状记忆合金在较低的温度下,内部呈马氏体木迮帕薪峁梗在较高的温度下为奥氏体,母相T谖露群土Φ淖饔孟拢巫醇且浜辖鸬木体结构会在奥氏体与马氏体间互相转变,由奥氏体向马氏体转交称为马氏体相变,由马氏体向奥氏体转变称为马氏体逆相变S晌露缺浠贾碌恼庵窒啾称为温度诱发马氏体相变,由应力变化导致的该种相变称为应力诱发马氏体相交。温度诱发马氏体相变与马氏体逆相变由四个特征温度来表示其完成与否,分高温下稳定的奥氏体由于温度的下降,奥氏体的晶体结构不再稳定,会发生温度诱发马氏体相交,,相交开始发生,直至温度达到啾渫瓿桑巫醇且浜辖鸪释耆硎咸遄刺