孔隙形状对多孔形状记忆合金力学性能的影响研究

作     者：潘雅璇 

作者单位：中国民航大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘兵飞;苏茂根

授予年度：2023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：形状记忆合金 孔隙率 孔隙形状 分子动力学模拟 

摘      要：多孔形状记忆合金内部存在大量的(宏、微观)孔洞结构,其集合了形状记忆合金的超弹性和形状记忆效应以及多孔材料的低密度、高孔隙率和高渗透性等,成为一种新型功能材料。凭借优良的性能,多孔形状记忆合金广泛应用于生物医学、航空航天、国防、汽车等重要领域。已有实验研究发现,多孔形状记忆合金的力学行为对孔隙率和孔隙形状有很强的依赖性。孔隙的存在会改变其内部微观结构,从而影响其马氏体动力学相变,由此可见,研究多孔形状记忆合金力学行为对孔隙率和孔隙形状的依赖性是有意义的。首先,本文在理论研究方面,通过引入孔隙形状参数(长径比),在多孔形状记忆合金的本构模型中考虑了孔隙形状,并针对不同孔隙形状,包括扁圆孔、球形孔和长扁圆孔,推导了多孔形状记忆合金的杨氏模量表达式。然后,建立了不同孔隙形状下多孔形状记忆合金的本构模型。将孔隙率为13%的多孔形状记忆合金的应力-应变曲线的数值结果与已发表的实验数据进行对比验证,证明了模型的有效性,并基于本构模型预测了不同孔隙形状的多孔形状记忆合金的力学性能。其次,采用了分子动力学模拟,研究了纳米多孔Ni Ti形状记忆合金力学性能对孔隙率和孔隙形状的依赖性,分析了不同孔隙率和孔隙形状的纳米多孔Ni Ti形状记忆合金马氏体动力学相变过程中力学性能的改变。在模拟计算中记录了纳米多孔Ni Ti形状记忆合金的微观结构的演化,通过微观结构的演化揭示了纳米多孔Ni Ti形状记忆合金力学性能改变的根本原因是孔隙率和孔隙形状对纳米多孔Ni Ti形状记忆合金微观结构的影响。最后,分析对比了孔隙率和孔隙形状对多孔Ni Ti形状记忆合金和纳米多孔Ni Ti形状记忆合金的马氏体动力学相变过程中力学性能的影响。将宏观尺度和纳米尺度相结合,分析孔隙形状对材料力学性能、应力应变响应及相变特征参数的影响。