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众多研究已证明镍钛铌形状记忆合金(NiTiNb-SMA)可对结构进行有效的主动加固。既往研究表明,NiTiNb-SMA需在低温环境下预应变方可获得较大的回复应力,然而,本课题组的试验研究表明NiTiNb-SMA在常温下预应变也可获得较大的回复应力,并可满足使用状态的环境温度要求。基于此发现,本文推测NiTiNb-SMA的热处理工艺为影响预应变环境温度和回复性能的关键因素。因此,本文针对热拉丝态和高温退火态NiTiNb-SMA的热力学性能进行系统的试验研究,探讨热处理工艺对NiTiNb--SMA记忆性能和力学性能的影响。此外,在NiTiNb-SMA升温回复获取回复应力后,必然受到结构服役期汽车荷载和温度作用等,使NiTiNb-SMA和桥梁结构共同承担交变和循环荷载。然而,服役状态下NiTiNb-SMA回复应力的稳定性及二次拉伸力学性能的研究尚处于起步阶段,因此本文还对热拉丝态和高温退火态NiTiNb-SMA在循环荷载作用下的性能进行对比研究,主要研究内容与结论如下:(1)通过金相显微镜及电子探针对NiTiNb-SMA微观形貌进行观测,利用场发射电子扫描显微镜对NiTiNb-SMA组成相的成分进行分析,表明相比热拉丝态NiTiNb-SMA,高温退火态NiTiNb-SMA组织更加均匀与细化,NiTi基体相中Ni/Ti的比值下降。(2)优化了形状记忆合金低温冷拉装置(已获批发明专利:一种形状记忆合金的低温冷拉装置,专利号:ZL 2018 1 0823722.5,排名第二),优化后的装置满足了本文试验温度及加载方式的需求。(3)系统的研究了热拉丝态NiTiNb-SMA的回复应力大小、回复应力稳定应、二次拉伸力学性能及约束相变过程中的变形机制,试验结果表明:热拉丝态SMA在室温(10℃)预应变12%~16%,可获得450MPa以上的回复应力;SMA的回复应力随激励温度增加而增加,在激励温度达到180℃时趋于稳定;其几乎不受到升温回复过程中升温速率的影响;随记忆应变预先恢复(损失)量的增加,其迅速下降。经历不同预应变温度或者预应变大小的热拉丝态SMA在循环荷载作用下,其回复应力的稳定性无明显差异;另外在钢筋屈服应变范围内,SMA回复应力波动范围较小,稳定性较好;尽管随附加应变幅值的增加,回复应力衰减数值逐渐增大,但附加应变加卸载曲线所形成的面积显著增加,表现出良好的耗能能力与超弹性。环境温度对SMA性能影响显著,-30℃环境下SMA的回复应力、应力衰减为零时对应的附加应变幅值、二次拉伸屈服强度和延性均明显下降;SMA在约束相变过程中的变形机制为弹性变形与塑性变形共同存在。(4)对热拉丝态与高温退火态NiTiNb-SMA的热力学性能进行了对比,结果表明:热处理工艺为影响SMA力学性能、预应变环境温度和回复性能的关键因素,即经过850℃高温热处理后,SMA的延性有所增加,回复应力在温度变化时的稳定性提高,但是高温退火态SMA的极限强度、屈服强度、回复应力大小及回复应力在循环荷载下的稳定性显著下降,且二次拉伸荷载下,其未表现出应力强化现象,并且所需预应变温度更加苛刻,需要在-60℃左右的预应变温度才能获得较大回复应力,因此热拉丝态SMA更加适用于结构的加固补强。