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实验中观察到形状记忆合金在应力诱发马氏体相变过程中,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变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变的机理。
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。