形状记忆合金的本构模型

借助Ｔａｎａｋａ用一维形核动力学方程导出的指数形式的相变分数，建立了一个新的形状记忆合金本构模型．提出在不同相变条件下可恢复形状记忆应变的表达式，考虑了材料在变形过程中马氏体的择优取向作用，克服了 Ｔａｎａｋａ系列模型不能描述材料处于完全马氏体状态时的力学行为的缺点．本模型比现有的形状记忆合金本构模型简单。

SMA长纤维增强弹塑性基体复合材料的力学性能

本文从作者建立的 SMA本构模型出发 ,推导出增量型的 SMA本构关系 ;借助于细观力学的方法 ,推导出了新的长纤维 SMA复合材料的增量型细观本构模型 ;应用此模型分析了该复合材料的力学性能 ,得出了一些定量的结论 ,尤其是计算了复合材料中各相的残余应力的变化 ,这对智能复合材料的设计提供了很大帮助。

一个新的形状记忆合金模型

借助于Tanaka用一维形核动力学方程导出的指数形式的相变百分数 ,建立了一个新的形状记忆合金本构模型· 提出了不同相变条件下的可恢复形状记忆应变的表达式 ;考虑了材料在变形过程中马氏体的重定向作用 ;克服了Tanaka系列模型不能描述当材料为完全马氏体状态时的力学行为的缺点· 本模型较现有的形状记忆合金本构模型均简单 ,便于应用 。

具有层状微观结构的NiTi单晶本构模型

建立了应力诱发的具有层状微观结构的NiTi单晶本构模型.模型考虑母相和马氏体相弹性各向异性性质的差异,以NiTi单晶相变过程中可能出现的24个马氏体变体为基础,利用相变驱动力和理想界面的连续条件推导了马氏体相变的发生及发展过程,以及单晶相变过程中宏微观应力应变的演化,数值模拟了在不同加载方向材料的应力应变响应.结果表明,对于不同的加载方向,NiTi单晶既存在强化也存在软化现象.

SMA长纤维铝基复合材料的热力学性能

从作者建立的增量型的SMA本构关系出发 ,借助于细观力学的方法 ,推导出了新的长纤维SMA复合材料的增量型细观本构模型 ;应用此模型分析了该复合材料的在循环热载作用下的力学性能 ,尤其是计算了复合材料在不同条件下残余应力的变化 ,这对智能复合材料的设计提供了很大帮助。

薄膜生长的三维蒙特卡罗模型

构造三维蒙特卡罗模型,研究了六边形基底薄膜生长的过程.在模型中针对每个原子考虑了原子沉积、原子扩散及原子脱附三个动力学过程,并认为这三个过程是相互独立的,即在同一计算步长中三个过程依据各自的概率发生.经过生长过程可视化的结果表明,薄膜原子之间的相互作用能、基底温度和沉积速率对薄膜的生长方式有显著的影响.这一结论得到了实验的验证.

Cu薄膜三维生长的Monte Carlo模拟

利用蒙特卡罗(Monte Carlo)方法模拟了Cu薄膜在四方基底上的三维生长过程。模型中考虑了三个主要的原子热运动过程:原子沉积、原子扩散、原子脱附,各过程发生的概率是由各运动的速率来决定的。讨论了基底温度、沉积速率及原子覆盖度对Cu薄膜的表面形貌及表面粗糙度的影响。模拟结果表明:随基底温度升高或沉积速率下降,岛的平均尺寸增大,数目减少,薄膜以层状生长方式生长;Cu薄膜表面粗糙度随温度的升高而减小,当基底温度处于某一临界温度之内时,表面粗糙度随沉积速率的变化很大,但当基底温度超过临界温度时,表面粗糙度随沉积速率的变化很小;薄膜的粗糙度与薄膜亚单层的形核密切相关。

薄膜生长初期的蒙特卡罗模型

构造了薄膜生长的蒙特卡罗模型,并应用该模型研究了薄膜生长初期岛的形貌.模型中考虑了主要的3个动力学过程:原子沉积、原子扩散及原子脱附,并且认为这3个过程既相互独立又相互影响,即在同一计算步长中,3个过程依据各自速率所构造的概率发生,同时扩散及脱附速率是随着沉积过程的进行而变化的.结果表明,当基底温度较低或者沉积速率较快时形成分形岛;而当基底温度较高或者沉积速率较慢时形成紧致岛.这一结论也得到了实验的验证.

层状复合材料的弹塑性模型

通过将宏微观应力及应变分成面内及面外两部分,利用理想界面上的面外应力与面内应变连续条件,应用微观应力及应变均匀化方法得到了两层复合材料的弹塑性分析模型,并在此基础上构造了多层复合材料的全量型三维显式本构模型。各向同性层组成的复合材料算例表明了该模型的可靠性,同时该模型完全适用于各向异性层组成的复合材料弹塑性分析。

考虑界面行为的SMA纤维复合材料模型

构造了一个考虑部分界面开脱情况下SMA长纤维复合材料的双圆柱模型.在理想界面区域SMA纤维所受的轴力恒定,而在开脱区域则考虑为受线性变化轴力.计算结果表明,开脱区长度及临界界面剪应力只对SMA纤维的相变区有很明显的影响,而对母相及马氏体相的弹性变形区没有影响.这对进一步研究SMA纤维增强复合材料的性能提供理论帮助.

形状记忆合金本构模型的热力学框架

基于形状记忆合金(SMAs)在相变过程中的热力学势和能量耗散来建立形状记忆合金的本构模型框架,通过采用不同独立变量(应力、应变、温度和熵)的组合来选择不同的能量函数(内能、Helmholtz自由能、Gibbs自由能和焓),用内状态变量考虑相变过程中的能量耗散,则SMAs的本构模型完全可以由热力学势及能量耗散函数来建立,实例表明其可行性.

薄膜生长初期能量参数影响研究

用Monte Carlo模型模拟了亚单层薄膜在四方形基底上的生长过程.研究了在薄膜生长初期岛的形貌与周围原子作用之间的关系,及扩散原子周围不同位置处原子的势能参数对薄膜生长的影响.计算结果表明,扩散过程中,吸附原子受最近邻位置处原子作用的势能变化影响较大,而受次近邻位置处原子作用的势能变化影响较小;降低扩散原子最近邻位置处的能量参数,相当于升高了基底的温度.

考虑循环效应的镍钛合金超弹性细观本构模型

超弹性是形状记忆合金最主要的特性之一,本文假设其在相变过程中具有层状微结构,利用理想界面条件推导出相变发展过程的单晶本构关系,同时引入临界应力,累积残余应变和累积马氏体体积分数3个变量,利用临界应力,循环次数N构造相变驱动力随循环次数N变化的表达式。在每一次加载中相变驱动力作为一个材料参数控制正相变和逆相变的发生过程,联合累积马氏体体积分数和累积残余应变就得到考虑循环效应的单晶本构模型。利用Taylor假设推广到多晶模型。最后为证实本模型的可行性,进行了数值模拟,结果与实验结果吻合较好。

NiTi合金薄膜生长初期的实验研究

针对制备NiTi合金薄膜中原子个数比难于控制的问题,探讨了一种工艺方法制备薄膜.该工艺运用射频磁控溅射法,采用倾斜的固定的纯Ni和纯Ti的单质靶材同时溅射,同时基底自转的方法,以保证整个薄膜在制备过程中Ni原子、Ti原子在基底上均匀分布,并可以很好的控制各原子的溅射功率.研究不同基底温度和不同溅射功率下制备出的薄膜成分及表面形貌的变化.得到了基底温度和溅射功率比值对成分及薄膜成岛方式的影响规律.实验表明:随着基底温度的升高,薄膜中岛的尺寸增加,数量减少;Ti靶与Ni靶材功率比值为3.7时,制备出的薄膜最接近等原子比.

单晶有限变形的热力耦合计算模型

以弹性变形梯度作为基本变量,结合热力学理论构造了单晶有限变形的热、力耦合计算模型。该模型考虑了温度、变温速率以及塑性耗散等条件对单晶有限变形的影响,相对于传统的以弹性变形梯度为基本变量的晶体塑性模型,算法能够体现温度效应的影响。采用隐式的积分方法对建立的控制方程进行计算以保证求解过程的稳定。以1100Al单晶为例计算了不同升温、降温速率,以及不同应变率影响下的材料应力-应变的响应。结果表明,模型能较好地反映变温过程中,单晶各向异性性质的演化以及应力、应变之间关系的变化。

A NEW MODEL OF SHAPE MEMORY ALLOYS

A new constitutive model of shape memory alloys ( SMAs) based on Tanaka' s martensite fraction exponential expression is produced. this new model can present recoverable shape memory strain during different phase transformation, and reflect the action of martensite reorientation. Also it can overcome the defect of Tanaka' s Model when the SMAs' microstructure is fully martensite. The model is very simple and suitable for using, and the correct behavior of the model is proved by test.

基于多尺度特征应变均匀化计算HCP多晶体塑性

结合基于位错密度的晶体塑性模型与特征应变均匀化方法来分析HCP晶体结构材料的力学行为,拟开发一种计算模型用于有效捕捉以及预测微观与结构尺度的裂纹产生。首先,与传统的晶体塑性有限元相比,该多尺度模型可以提高计算效率并同时保持微观尺度的捕捉精度。其次,将模型与试验结果的差值为优化目标,在满足物理学定义的条件下得到合理的材料参数。最终,结构尺度的模拟显示该模型可以获取在结构尺度与微观晶粒尺度的潜在裂纹生长区域。

多晶NiTi形状记忆合金相变的细观力学本构模型

假设NiTi单晶在相变过程中具有层状的微观结构及理想的界面连续条件,推导出各相微观量与宏观量之间的关系,及相变驱动力的表达式,建立了单晶相变的控制方程,从而得到单晶的本构模型.以此为基础,利用Tayloy假设,建立了NiTi多晶的本构模型.通过控制应变进行加载,数值模拟了恒温条件下具有{111}织构的NiTi合金的力学响应,得到的应力-应变曲线与实验结果吻合较好.利用模拟结果讨论了拉伸与压缩的不对称性、软化和温度对NiTi合金变形的影响.

考虑二维ES势垒的薄膜生长动力学MonteCarlo模型

考虑了原子在发生层间扩散过程中Ehrlich-Schwoebel势垒的作用,构造了四边形基底表面上薄膜三维生长的动力学Monte Carlo(MC)模型。在这个模型中,原子表面运动的三种动力学过程包括沉积、扩散和脱附过程,它们相互影响又相互独立,依据各自的概率发生。在不同生长条件下,模拟出薄膜的三种生长模式以及相应的薄膜三维生长形貌图。对计算结果的分析表明,ES势垒和在ES势垒作用下基底温度和沉积速率等因素对薄膜的三维生长模式有重要影响。

有限变形下单晶变温本构模型

论文构造了单晶热弹粘塑性的本构模型,模拟材料在不同温度下的力学行为.该模型以晶体热运动学作为分析变形的基础,即考虑温度变化情况下总体变形梯度的乘式分解,建立温度影响下的以弹性变形梯度为基本变量的控制方程来描述单晶材料的变形,算法采用隐式积分方法来求解控制方程以保证计算的稳定性.模型能反映单晶材料变形过程中温度对应力-应变响应的影响.