形状记忆合金的断裂行为数值模拟分析

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sailala77882001
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由于形状记忆合金具有超弹性和形状记忆效应,使得在研究其断裂力学行为时变得非常复杂,内在的与外在的影响机理至今仍没有人能够解释清楚,为了满足形状记忆合金构件安全设计的需要,防止断裂破坏事故的发生,提高SMA的力学性能,对其裂纹问题进行研究,对校核缺陷构件可能发生的隐患,特殊部位应力集中状况,预测构件的断裂疲劳损伤寿命等,有着重要的现实意义。研究内容如下:介绍了马氏体相变的特征和热弹性马氏体相变的判断依据,形状记忆合金的相变属于热弹性马氏体相变。形状记忆合金的变形是由马氏体相变或马氏体择优取向来实现的,介绍了形状记忆效应的机理和超弹性应力应变关系。利用ANSYS内置的SMA单元材料库模型,对形状记忆合金板中心裂纹问题的二维、三维和斜裂纹情况进行了数值模拟,求解了形状记忆合金裂纹问题的裂尖附近等效应力值,并选取适当变量讨论了不同情况下等效应力与其内变量之间的关系。通过改变加载的载荷大小和加载方式,讨论了裂纹前缘的最大正应力值、最大等效总应变、马氏体体积分数之间的关系。施加的载荷大小与裂纹前缘的最大正应力值、最大等效总应变、马氏体体积分数表现出一定的正相关性。通过改变形状记忆合金板的宽度与裂纹的尺寸比,研究其与形状记忆合金裂尖附近不同点等效应力关系。 b/a越大,裂纹尖端附近等效应力值越小,当b/a≥14时,等效应力值的变化趋于平缓,随着b/a值的增大,等效应力的大小越来越接近,因此可以在b/a≥14数值较大时,近似的可用无限大板模型来求解有限宽板模型问题。
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