CuAlNi马氏体相变波场数值模拟

作     者：李泽伟 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：甄玉宝

授予年度：2013年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：CuAlNi 本构关系 马氏体相变 交错网格 有限差分法 数值模拟 

摘      要：随着特种合金的兴起，形状记忆合金的工程应用渐渐增加，多见于航空航天型材、精密医疗仪器、工业机器人等领域。其中，CuAlNi合金因其廉价与制备难度小等重要优势，成为诸多形状记忆合金中的明星。其形状记忆原理则是建立在具备可逆性的马氏体相变基础之上的，除此以外，马氏体相变因独有其他特性，还广泛运用于材料强化韧化、变形控制等工业领域。 然而马氏体相变机理尚不明确，这样的理论缺陷，大大阻碍了其进一步工程运用，制约了相关领域的发展。因此，针对马氏体相变机理的研究工作，将能够为突破这一理论障碍提供极大的帮助，不仅能够填补学术领域的空白，更具有广阔的工程应用前景。 本文针对形状记忆合金CuAiNi的马氏体相变的机理做出了探索性的工作。为了能够突破分子动力学模拟的尺度限制，而在此基础之上进行规模较大的相变机理研究，以获得相变进程的全面信息。首先，文中通过对有关波场与马氏体的研究工作进行总结与归纳，确立了马氏体相变过程中，相变波与微结构的是通过交互激励的形式作用于彼此，进而推动相变的发展;之后，以相变波场为研究对象，运用波场分析的思路，建立了应力-速度交错网格有限差分算法;然后，基于他人对相变能垒的研究工作，讨论了通过分子动力学模拟得到的应力应变关系，简化了用于数值模拟的本构方程使之着重考虑剪切变形的影响，同时确定了甄别相变发生的标准;最后，用上述有限差分算法与本构关系形成的算法程序对马氏体相变区域的波场变化进行了数值模拟与讨论。 在研究过程中，解决了本构不稳定、各向异性与时变区域带来的主要困难。结果较好的呈现出了马氏体相变应具备的独特的构型特点，并对构型的成因进行了细致地讨论。