形状记忆聚合物的力学性能研究

介绍了热驱动型形状记忆聚合物的记忆机理,并通过试验对热驱动型形状记忆聚合物的力学性能进行了测试,得到了SMP材料的弹性模量与温度关系的E-T曲线,并且证明该材料不但具有形状记忆功能,还具有力学性能记忆功能。     

高应变率下材料本构模型建模及其在插齿切削力预测中的应用

插齿是加工齿轮的重要工艺方法,插削力是制定插齿加工工艺的重要依据。为获得插齿过程中的工件材料属性,采用霍普金森压杆试验,获得工件材料高应变(10~2~10~4s~(-1))下的Johnson-Cook(J-C)本构模型。基于工件材料本构模型,通过有限元模拟插齿过程,获得插齿切削力。采用刨削模拟插齿切削,对插齿切削力进行了实测试验。通过对比分析插齿切削力、模拟与试验结果,验证了本构模型和有限元模型及模拟结果的正确性,进而通过有限元数值模拟分析了刀具几何参数和切削参数对切削力的影响规律。文中建立的材料本构模型和插齿切削有限元模型可较准确地预测插齿切削力。     

基于循环拉-压试验的混合硬化模型参数确定及模型应用

材料弹塑性本构模型是影响有限元模拟精度的最重要因素,混合硬化本构模型能较准确表现材料塑性变形过程真实硬化特征,而本构模型中材料特性相关参数是否准确直接影响到有限元模拟的精度。基于Hill48各向异性屈服准则,结合Voce各向同性硬化模型和Armstrong-Frederic非线性随动硬化模型,建立一个考虑材料各向异性和Bauschinger效应的混合硬化弹塑性本构模型。通过循环拉伸-压缩试验,获得DC54D+ZF镀锌板的循环变形应力-应变曲线,并利用通用全局优化算法,根据单向应力状态混合硬化本构方程,准确地确定了混合硬化模型中的材料特性参数。最后,使用ABAQUS有限元软件对板材循环拉伸-压缩问题和板材过拉深筋问题进行该本构模型的适用性分析,验证了所建立的各向异性混合硬化材料本构模型的可靠性和精确性。循环拉伸-压缩试验是直接准确地获得本构模型材料参数的有效方法。     

基于BCJ本构模型的高速切削过程数值模拟

在高速切削过程数值模拟中,材料本构模型影响着数值计算精度。基于有限元软件Abaqus平台,引入基于位错动力学的BCJ本构模型,实现铝合金高速切削过程更为精确计算。研究了BCJ本构模型嵌入Abaqus的关键技术及其高速切削过程有限元模型建立方法,完成了铝合金6061-T6直角高速切削过程模拟,对比分析了基于BCJ本构模型和JC本构模型的差异。结果表明,数值计算结果与文献数据具有良好的一致性,BCJ模型能够更全面准确地描述高速切削过程中材料的动态性能,进而说明文中基于BCJ本构模型的高速切削数值计算是可靠的。     

板材热轧热力耦合有限元模拟

建立了三维热力耦合问题弹塑性有限变形有限元方法,并对板材热轧过程进行了计算机模拟。材料流动应力模型中考虑了应变历史、应变速率和温度的影响,导出了与其相应的本构关系矩阵。应用该方法可以给出轧件变形过程中诸如温度场、应变场和应变速率场等各种热力结果。算例表明,该方法具有较好的精度。     

聚合物超声波封接过程中超声传播的数值模拟

在聚合物超声波封接中超声波的传播效率能够实时反映聚合物材料的力学状态变化,使其能够成为封接中的参考变量.针对该参量对超声波封接过程中的超声波传播进行了有限元仿真,依据超声波封接过程建立包含工具头、微器件和底座等有限元模型.根据聚合物材料的黏弹性本构关系,模拟了不同温度和振幅下的超声波封接.通过计算模型中每组接触面间的接触力,研究界面间接触力与温度、振幅的关系,从而分析超声波在聚合物内的传播规律.结果表明:聚合物微器件熔接区内与温度、能量相关的力学性能模量对超声波在聚合物内的传播具有重大影响,超声波的传播效率随着微器件温度的升高而衰减,随着超声波振幅的增大而增加.     

镍基高温合金切削过程有限元仿真及刀具参数研究

为了准确模拟高温合金GH4169的切削过程,深入研究了GH4169的有限元建模技术,如有限元模型的建立、材料本构模型、切屑分离准则及接触摩擦模型等。采用Johnson-Cook本构关系模型对GH4169的加工过程进行二维正交切削有限元模拟,获得了不同刀具前角下的切屑形态和切削力曲线图,进一步分析了刀具前角对切屑形态和切削力变化规律的影响,为镍基高温合金的实际切削加工中刀具的选择提供了参考。     

应用TAGUCHI法对微拉深成形有限元模拟结果的误差分析

为考察基于传统本构模型和求解算法的有限元程序模拟金属微成形过程的适应性,设计正交试验,应用自行开发的板料成形有限元程序ARVIP-3D对微成形和等比放大10倍的常规成形进行模拟计算,并根据质量工程中的TAGUCHI法,参考信噪比的概念,对材料参数和工艺条件等因素对两类相似拉深的模拟结果误差进行了分析。结果表明：微成形中的尺度效应主要是成形机理与常规成形不同而引起的,基于传统本构模型和求解算法的有限元程序不能正确模拟微成形过程,但可以模拟出摩擦引起的尺度效应;宏微观尺度的成形模拟结果误差主要来自于浮点运算的误差,但几何和力学条件的处理也给模拟误差带来了影响。因此,在开发适合于微成形模拟的新型有限元程序中,不仅要考虑本构模型的特殊性,几何和力学条件的相关处理算法也应进行改进。     

轴承材料弹塑性损伤本构模型的研究

为了准确描述往复载荷下轴承材料的特性,利用Lemaitre损伤理论,将损伤耦合到本构方程中,建立了能较好模拟轴承材料性能的耦合损伤本构模型。利用完全隐式返回映射算法求解本构方程,并推导出与本构方程相对应的一致性切线刚度矩阵。运用有限元分析软件ABAQUS对用户子程序接口UMAT进行二次开发,利用FORTRAN编程语言编写了耦合损伤本构模型的子程序。最后通过算例,对模型和程序进行了验证。结果表明建立的本构模型可以正确地模拟轴承材料的塑性变形。     

铝合金工字梁腹板屈曲后承载力有限元分析中材料本构关系模型的探讨

本文采用五种不同的铝合金本构关系模型,用有限元分析软件ANSYS对铝合金工字梁腹板屈曲后承载力进行了数值模拟,并通过对有限元计算结果和试验值的比较,分析不同材料本构关系模型对铝合金工字梁腹板屈曲后承载力计算精度的影响。     

铁锰硅铬镍形状记忆合金的形状记忆效应

在铁基形状记忆合金中加入铬和镍以增加合金的形状记忆效应和提高其耐腐蚀性。较详细地研究了合金成分、预变形方式及训练对FeMnSiCrNi合金形状记忆效应的影响。结果表明：Fe-14Mn-6Si-9Cr-5Ni成分的合金具有较佳的形状记忆效应；合金的形状记忆效应随预变形量的增加而下降；合金经训练后形状记忆效应大幅度提高，特别是第一次训练的效果最显著。     

Applications of Shape Memory

Multicomponent power drives made of thermally thin TN-1 alloy power components with shape memory are analyzed. An effective method of assembling such components is proposed. The use of the multicomponent power drive in a laboratory press for the cutting and punching of thin sheet is described.     

形状记忆合金的应用

形状记忆合金是一种新型的功能材料，目前在许多领域都得到了应用。本文首先讨论了SMA材料的形状记忆原理，针对现行损伤模拟方法无法模拟结构损伤形成积累过程的不足之处，提出了将形状记忆合金SMA材料应用于损伤可控构件制作的方法，并介绍了形状记忆合金在机械、工程、电子以及医学领域的应用，并对前景作了分析。     

形状记忆合金的研究现状

形状记忆合金是一种重要的智能材料,对其近年来的技术发展进行了综述,着重对形状记忆材料NiTi合金的研究成果及其疲劳性能测试方法和存在的问题进行了讨论,并指出了今后的发展方向。何子淑,高军成,梁益龙     

形状记忆合金材料的应用

作为新型功能材料的形状记忆合金，由于其特有性能--相变的形状记忆效应，在机械、电气、宇航、医疗卫生、日常生活等领域得到广泛应用。列举了近年来国内外形状记忆材料的应用实例，并对其发展前景作了分析。     

Thermomechanical Device Based on Shape Memory

A device is developed for removing the supercharger impeller from the conical shaft of the pump in a major gas pipeline. The working force of the tool is 400 kN, and free motion of the shaft over 6 mm is possible. The tool’s drive consists of three tubular elements in which reversible memory is initiated on compression. The calculation is based on thermomechanical diagrams.     

形状记忆合金螺旋弹簧的设计

从形状记忆合金应力、应变、温度的数学模型出发,考虑到形状记忆效应最佳时的临界变形量,提出了形状记忆合金螺旋弹簧及形状记忆合金驱动器的设计方法和步骤。针对形状记忆合金螺旋弹簧设计的复杂性和几何参数的不确定性,介绍了以Ｄ／ｄ３＝πτ／８ＫＰ为约束条件的满应力优化设计法。     

形状记忆合金丝驱动的微型机械手

文章介绍了以形状记忆合金丝为驱动材料，以弹簧钢为基体研制的微型机械手。它抓取零件的直径范围为φ0.5-1mm，最大抓取重量为50g。文章讨论了所设计微型机械手的结构。形状记忆合金驱动的特点及控制原理、柔性铰链应用以及机械手进一步微型化的条件。     

形状记忆合金梁的非线性弯曲变形

形状记忆合金(Shape memory alloy,SMA)梁作为一种新型智能元件,在工程领域的应用日益广泛。基于实测的形状记忆合金材料应力-应变关系曲线及梁的大变形理论,同时考虑SMA材料拉压力学性能的不对称性及简支端移动等因素,建立形状记忆合金梁非线性弯曲变形的控制方程,并采用打靶法、辛普森数值积分等方法对方程进行数值求解。通过梁在不同载荷条件下的挠曲线以及最大挠度—弯矩曲线,分析材料非线性、几何非线性及简支端移动3个因素对SMA超弹性梁弯曲变形的影响规律。结果表明:梁中性层位置随弯矩变化;弯矩较小时,材料性能是线性的,几何非线性及简支端移动对梁的弯曲变形几乎不产生影响;弯矩较大时,材料性能是非线性的,几何非线性及简支端移动对梁的弯曲变形产生明显影响。     

镍-镓-铁系铁磁性形状记忆合金的阻尼性能

在分析相变温度和显微组织的基础上,采用低频扭摆仪研究了镍-镓-铁系铁磁性形状记忆合金的阻尼性能与应变振幅、频率及温度的关系.结果表明:Ni52Ga27Fe21合金的马氏体相变为热弹性马氏体相变,特征温度Ms、Mf、As、Af分别为69.3℃,60.2℃,93.6℃,102.6℃,室温下组织为板条状马氏体;镍-镓-铁系合...