CeO_(2)添加量对电弧增材制造铁基形状记忆合金组织和性能的影响

采用粉芯丝材+电弧增材制造技术制备了含不同质量分数(0,1%,2%,3%)CeO_(2)的Fe-14Mn-6Si-9Cr-5Ni铁基形状记忆合金,研究了CeO_(2)添加量对试验合金显微组织和形状记忆性能的影响。结果表明:添加质量分数1%的CeO_(2)后,合金晶内析出相减少,晶界处析出较大尺寸的稀土化合物,组织均匀,弯曲变形后未出现ε马氏体跨晶生长现象,且马氏体交叉状态较少;当CeO_(2)质量分数增加至2%和3%时,晶内析出相增多,分布均匀性变差,且在弯曲变形后ε马氏体跨晶生长和交叉特征增多;随着CeO_(2)添加量增加,试验合金的晶粒尺寸减小,层错概率增大,形状回复率先增大后减小,当CeO_(2)质量分数为1%时晶粒尺寸较小,层错概率较大,形状回复率最大,形状记忆性能最好。

温度对铁基形状记忆合金回复应力与力学性能的影响

为研究温度对铁基形状记忆合金(Fe-SMA)回复应力的影响与力学特性,开展了Fe-SMA温度相关力学性能实验及其影响规律研究。首先,通过预拉伸、激活实验研究了不同激活温度对Fe-SMA棒材回复应力的影响规律,并在实验研究的基础上,建立了Fe-SMA回复应力-温度的经验本构模型;其次,进行二次加热实验研究了不同激活温度、附加荷载和暴露温度对Fe-SMA棒材回复应力的影响;最后,通过高温后的Fe-SMA棒材单调拉伸实验,研究其高温后的力学性能。研究结果表明,建立的Fe-SMA回复应力-温度的模型,可以有效地模拟Fe-SMA的回复应力与温度的关系;在二次加热过程中,当激活温度低于200℃时,Fe-SMA具有较高的应力保持比。Fe-SMA棒材的应力损失随着附加荷载和暴露温度的增加有所增大;在经历高温后,剩余的形状记忆效应使得Fe-SMA棒材的应力高于初始应力,并且其弹性模量和极限强度保持相对稳定,而屈服强度随着暴露温度的升高而略微增加。该研究可为Fe-SMA构件的抗火设计与应用提供参考依据。

Fe对Ni-Mn-Ga合金微丝形状记忆效应的影响

以Ni-Mn-Ga合金微丝为基础分析Fe元素掺杂前后对合金微丝的形状记忆效应的变化。用真空磁控钨极电弧熔炼炉制备Ni-Mn-Ga-Fe合金,并用高真空精密熔体抽拉设备将母合金制备成微丝。采用EDS能谱分析仪、DSC差示扫描量热分析仪、XRD、DMA动态机械分析仪,研究Fe元素掺杂Ni-Mn-Ga合金微丝后的物相、马氏体相变行为、微丝的形状记忆效应。结果表明,Ni-Mn-Ga-Fe合金微丝显示的是四方结构马氏体相和面心立方结构奥氏体相的混合相,对微丝采用步进式阶梯有序化热处理,有序化热处理能有效降低微丝内部缺陷,释放内应力,细化微丝内部晶粒,收缩晶格体积,马氏体孪晶界面更加平直,孪晶面更易移动,微丝的伸长率提高。在258 K下对制备态Ni-Mn-Ga-Fe合金微丝进行单程形状记忆的测试,拉伸到350 MPa后卸载到0 MPa,随后将微丝升温到奥氏体态后,应变恢复率为78.75%,而在289K对有序化热处理态Ni-Mn-Ga-Fe合金微丝进行单程形状记忆测试,应变恢复率达到100%。在126 MPa和240 MPa下分别对有序化热处理态三元Ni-Mn-Ga合金微丝和Ni-Mn-Ga-Fe合金微丝进行恒应力拉伸,两种微丝双程形状恢复能力均接近100%,但Ni-Mn-Ga-Fe合金微丝在发生形变时的弹性应变储能略高于Ni-Mn-Ga合金微丝。Fe的加入使得到的合金微丝的力学性能高于传统三元形状记忆合金微丝;制备态下和热处理态的Ni-Mn-Ga-Fe合金微丝的马氏体相变温度较Ni-Mn-Ga合金微丝分别提高6.0 K和11.5 K,热滞分别降低6.7 K和1.5 K。

双向耗能钢板-形状记忆合金丝阻尼器性能有限元分析

提出了一种双向耗能钢板-形状记忆合金(SSMA)丝阻尼器,用于解决传统钢板阻尼器塑性变形不可恢复的问题。该阻尼器是一种结合了耗能钢板和超弹性SMA丝的复合阻尼器,结合了两种耗能机制,具有双向耗能能力和可恢复性,其性能优于传统单一类型的钢板阻尼器和SMA丝阻尼器。编写了Ni-Ti超弹性SMA丝的本构关系子程序并将该子程序与ABAQUS软件进行对接;利用ABAQUS有限元软件对未附加SMA丝的钢板阻尼器和SMA丝组分别进行模拟,SMA本构模型为双旗型本构模型;然后,对复合阻尼器SSMA进行模拟分析,深入研究SSMA的力学性能并给出其恢复力模型与设计建议。有限元分析结果表明,复合阻尼器SSMA具有饱满的滞回曲线、良好的耗能能力和良好的可恢复性。

轴向运动形状记忆合金层合梁的参强联合共振

该研究探讨了轴向变速运动形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)层合梁在简谐激励下的参强联合共振问题。基于SMA的Falk多项式本构模型,结合Timoshenko梁理论推导了轴向运动SMA层合梁的非线性振动方程。利用伽辽金积分法对其进行时间变量和空间变量的离散,用多尺度法以及坐标变换的方法推导系统参强联合共振的幅频响应方程。通过算例分析,得到不同物理参数变化时的幅频响应曲线图和振幅-参数曲线图,分析了轴向速度、温度及强迫激励对系统参强联合共振特性的影响。结果表明,系统呈现典型的非线性振动特征和复杂的动力学行为。

形状记忆合金丝驱动的柔性机械臂建模与实验

针对传统机械臂在水下特殊环境中柔性不能满足应用需求的问题,在分析章鱼腕生物学肌肉组织结构的基础上,设计形状记忆合金(SMA)丝驱动的柔性机械臂.建立柔性机械臂的力学模型、SMA丝的热力学模型和本构模型.通过实验研究不同驱动电压和脉宽调制(PWM)方波的占空比对SMA丝电阻和柔性机械臂弯曲角度的影响.实验结果表明,柔性机械臂能够实现连续的柔性弯曲运动,最大弯曲角度为60°,驱动电压、PWM占空比、SMA电阻和柔性机械臂弯曲角度关系的实验结果与理论分析结果吻合较好.

基于形状记忆合金的仿生假手设计

目前假肢手大多由电机驱动,其体积大、质量大不够便携,为此本文设计了一种基于形状记忆合金驱动的模块化仿生手,整体质量为188 g,每根手指可独立驱动控制。通过滑轮组绕线的方式增大SMA丝的有效长度。绘制了假肢手的三维模型并对手指7连杆机构进行运动学分析及仿真,利用MATLAB验证了其关节角度和指尖轨迹曲线,以STM32单片机作为控制器结合多传感器设计了控制系统。并通过实验验证假手指的运动状态,结果表明,SMA驱动器的输出位移可以达到假手指所需的驱动行程,假手指的指尖轨迹与理论值相符合,可以达到设计的预期目标。研究结果解决了SMA驱动位移较小的问题,为形状记忆合金材料作为仿生假手的新型驱动器以及仿生手的机械结构提供了设计思路。

形状记忆合金复合纱线及其面料驱动性能

为研究开发高性能纺织基人工肌肉,设计并制备了以镍钛合金为芯丝、聚酰亚胺纤维为外包纤维的热驱动复合纱线致动器。利用该复合包芯纱成功制备了一种形状可编程的机织物致动器,并初步探索了复合纱线及其织物的力学性能和热驱动特性。研究结果表明:复合纱线及其织物受热驱动后将恢复到初始线性状态,加载的温度越高,形状记忆复合纱线的模量越大,回复应力也越大;该纱线具有良好的电加热和热稳定性能,加载的电流和电压越大,纱线温度越高,达到稳定态的时间越短;纱线在5 V电压下能在6.2 s内完成驱动。该复合织物致动器具有耐高温、形状可编程的特性,可实现不同模式的驱动。

镍钛形状记忆合金丝材加工工艺及其影响因素

综述了TiNi形状记忆合金医用丝材加工工艺,包括热加工、冷加工和热处理工艺,对影响产品质量的因素进行评价。TiNi合金由于具有优良的超弹性、形状记忆性能、耐蚀性和生物相容性,而被广泛用于医疗器械领域,如牙弓丝、血管内支架等。

用回转水纺丝法制备Cu－Al－Ni形状记忆合金细丝

本文介绍了用回转水纺丝法制备Ｃｕ－Ａｌ－Ｎｉ状记忆合金细丝的新技术，得到了最佳制备工艺参数，研究了合金丝的组织和性能。

形状记忆合金丝-橡胶支座钢框架隔震效果分析

根据作者开发研制的形状记忆合金丝-橡胶复合支座,建立了传统抗震结构和两种不同支座隔震结构体系的运动方程,并对某个实际工程四层钢框架结构进行了数值模拟,分析其在阪神波和ElCentro波作用下的时程反应。研究表明,SMA丝-橡胶复合支座是一种很有效的隔震装置,将它用于钢框架结构,能有效地减小结构的位移、速度及加速度时程反应,而对于加速度峰值较大的阪神波的隔震效果更为明显,说明该复合支座能有效地提供罕遇地震作用下钢结构的隔震效果。

基于形状记忆合金(SMA)阻尼器的结构被动控制

介绍了建筑结构振动控制中被动控制的设计思想和形状记忆合金(ShapeMemoryAlloy,简称SMA)的超弹性特性及应用情况,将一种新型形状记忆合金(SMA)阻尼器应用到框架结构中。针对所提出的形状记忆合金(SMA)阻尼器,分析其超弹性本构模型,建立了热力学方程,利用ANSYS软件进行框架结构的被动控制模拟分析。将所得的普通框架结构与形状记忆合金(SMA)阻尼器框架结构的顶层位移进行比较,发现形状记忆合金(SMA)阻尼器可以很好地改变框架结构的抗震性能,大大减小了结构的地震反应,为框架结构振动控制设计提供了一种新的方法。

形状记忆合金(SMA)弹簧驱动器的变形研究

建立了可作为软体机器人中的形状记忆合金(SMA)弹簧驱动器的变形模型,获得了模型的待定参数A1、A2、A3、B1、B2、B3,并对该模型进行了实验验证。首先基于Clausius-Clapeyron方程和泰勒展开式,使用待定参数法建立了SMA弹簧的变形模型,描述了SMA弹簧的变形量、负载和温度之间的非线性关系;然后根据热平衡方程建立了电加热情况下的SMA弹簧温度变化模型,并获得了加热时间与弹簧温度的关系曲线;继而进行了零负载状态下的变形实验,根据实验结果计算出变形模型中的待定参数;最后通过定长通电驱动和定载荷通电驱动实验,验证了模型的正确性。所建模型能够为软体机器人中的SMA弹簧驱动器的控制方案建立提供参考。

形状记忆合金(SMA)驱动的铰杆增力夹紧装置

介绍了一种以形状记忆合金(SMA)为驱动器,结合半导体热泵技术设计的铰杆增力夹紧装置。该装置结构简单,易于智能化控制,能源利用率高,无污染,是一种完全绿色化的夹具。

形状记忆合金的性能及其丝材的加工

综述了形状记忆合金的两种独特的力学特性,超弹性和形状记忆效应,对其主要产品形状记忆合金丝的加工技术进行综述,并对其在智能结构驱动器上的应用进行展望。

不同直径NiTi形状记忆合金丝的相变和超弹性特性

研究了直径0.25、0.35和0.45 mm的NiTi形状记忆合金丝的显微组织、马氏体相变和超弹性行为。研究发现:经400℃退火10 min后直径0.25、0.35和0.45 mm冷拔NiTi丝的晶粒大小分别约为50、80和100 nm。随着合金丝直径的增大,马氏体相变温度升高,相变潜热增大。退火后的NiTi记忆合金丝在拉伸载荷作用下均具有优异的超弹性;随着合金丝直径的增大,最大超弹性应变量增加,诱发相变的临界应力先减小后增大。直径0.35 mm的NiTi形状记忆合金丝的综合性能最优。

形状记忆合金(SMA)层合梁动力学分岔分析

针对有形状记忆合金的层合梁系统,分析了形状记忆合金层与梁中间基体的厚度比相关参数、激励强度对系统的振动幅频响应的影响。采用形状记忆合金多项式本构模型,建立层合梁的量纲归一化的运动方程,用Galerkin方法离散得到任意阶模态动力学方程,再由平均法求得幅频响应方程。利用奇异性理论计算转迁集和不同类型的幅频响应图。结果表明,一阶模态非线性振动幅频响应可分为类线性和硬特性两种类型。响应为类线性时,厚度比和激励强度在类线性区取值,形状记忆合金层对系统几乎没有减振效果;响应为硬特性时,激励幅值越大,形状记忆合金层越厚,SMA层对系统的减振效果越明显。在不同的激励及SMA层厚度下,二阶和三阶模态非线性振动幅频响应定性相同,其类型可分为:类线性、硬特性、软特性、软硬特性。

室温下形状记忆合金丝拉伸力学性能试验研究

基于形状记忆合金(Shape Memory Alloy,简称SMA)的优良特性,以及其在结构振动控制、减震隔震中的应用,针对2 mm SMA丝进行了力学性能试验。通过改变2 mm SMA丝的循环次数、加载速率、加载幅值等参数,探究2 mm SMA丝各相变应力、等效阻尼比、单圈循环耗能、残余应变、极限应力应变等力学性能的变化情况。试验表明:循环次数和加载幅值是影响2 mm SMA丝力学性能的主要参数,随着循环次数的增加,2 mm SMA丝的各项力学性能不断降低,最后趋于稳定状态;随着幅值的增加,单圈循环耗能增幅最大,耗能能力不断增强;2 mm SMA丝的极限应力-应变曲线与经典应力-应变曲线的加载段基本吻合。

不同训练条件下NiTi形状记忆合金超细丝力学性能的稳定性

形状记忆合金(Shape memory alloys,SMA)具有优异的形状记忆效应、超弹性、耐疲劳、耐腐蚀以及电阻传感等特性,在航空航天、机械电子、生物医疗等领域得到广泛应用。已开发的SMA产品中,NiTi SMA超细丝因具有更为灵敏的电阻特性和灵活的应用环境,在结构健康监测及微型机电系统中有广阔的应用前景。为了获得性能稳定的NiTi SMA超细丝,对直径25μm的常温马氏体SMA超细丝进行了循环加载试验,分析了训练方法、循环加卸载次数以及材料静置时间对NiTi超细丝的单圈滞回耗能能力、残余应变、割线刚度和等效阻尼比等力学参数的影响规律,同时对马氏体SMA的训练方法进行研究。试验结果表明,随着训练应变幅值和循环加、卸载次数的增加,马氏体状态SMA超细丝的去孪晶过程逐渐缩短,力学性能稳定性增强,且受静置时间影响的材料力学性能具有可恢复性,可为形状记忆合金超细丝在工程中应用提供试验基础。

新型形状记忆合金阻尼器的试验研究

本文在对形状记忆合金 (SMA)的力学性能研究的基础上 ,设计和制造出一种性能良好的SMA阻尼器 ,介绍了其工作原理及有关试验结果 ,将该阻尼器安装在斜拉桥模型上 ,进行了斜拉桥模型振动试验。试验结果表明该阻尼器的耗能效果明显 。