形状记忆合金系列医疗器械

由甘肃省机械科学研究院研制开发的形状记忆合金是一种在设定温度下具有形状记忆功能和超弹性功能的新型功能材料，被誉为“智能合金”“跨世纪的新材料”。一般金属材料在受到外力后，首先发生弹性变形，达到屈服点时就会发生塑性变形，应力消除后则会留下永久变形，而形状记忆合金则在发生了塑性变形后，经升温至某一温度（该温度经特殊处理手段设定）之上，可完全回复到变形前的形状。目前，已经开发成功的形状记忆合金有ＴｉＮｉ基形状记忆合金和铜基形状记忆合金、铁基形状记忆合金等。ＴｉＮｉ基形状记忆合金不仅具有独特的记忆功能与…     

含形状记忆合金(SMA)层柔性梁的振动频响特性

主要研究具有形状记忆合金（shape memory alloy,SMA）层的梁结构的动力响应特性，重点分析了应力诱发马氏体相变的影响。首先采用SMA超弹性分段线性的应力－应变模型表示SMA的超弹性本构特征；其次借助有关粘弹性材料结构动力学分析的复模量方法，推出简谐激励作用下SMA层的面内变形和应力之间的关系，提出具有SMA表层的简支梁横向稳态频率响应求解的数学模型。SMA超弹性非线性的影响使得结构产生复杂的动力学特征，如存在多值稳态解、跳跃性、周期3响应等。上述现象的发生与激振力幅值、温度的变化密切相关。     

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。     

形状记忆合金三维鼓包结构热变形的有限元模拟

基于Lagoudas唯象本构关系模型,利用ABAQUS软件二次开发功能,编写出可用于描述形状记忆合金(SMA)特性的UMAT材料子程序,并对SMA三维鼓包结构的热力学特性进行了有限元分析。结果表明:该子程序能够较好地描述SMA的超弹性和形状记忆效应特性;SMA三维鼓包结构能够产生较大的竖向挠度变形,并且鼓包大部分区域完成了马氏体逆相变,只在边界附近残留有部分马氏体相。     

形状记忆合金超弹性缆索力学行为的有限单元法

由于涉及材料和接触双重非线性问题,很难建立描述形状记忆合金(Shape memory alloy,SMA)超弹性缆索力学行为的理论模型,为了克服试验成本高和易受环境因素影响的缺点,基于形状记忆因子概念和SMA本构模型,推导了适于有限单元法的增量型SMA本构模型。利用ABAQUS二次开发功能,考虑相变过程中SMA弹性模量的变化,编写了SMA用户材料子程序,实现了SMA超弹性缆索力学行为的有限元单元法。利用建立的有限单元法对SMA超弹性缆索的相变和力学行为进行数值模拟,并将数值结果与文献中试验结果进行了对比验证,在此基础上,分析了SMA超弹性缆索外线股螺距对缆索整体力学行为的影响。计算结果及其与试验结果的对比表明,提出的有限单元法能有效描述和预测SMA超弹性缆索在拉伸过程中的相变和力学行为,SMA超弹性缆索外线股轴线螺距对缆索整体相变和力学行为有明显影响,研究工作可为SMA超弹性缆索设计及工程应用提供计算方法与技术指导。     

SMA微夹钳的研究

SMA(形状记忆合金)是本世纪六十年代出现的一种功能材料,具有广阔的应用前景。目前,SMA主要用作工程材料,如管接头、工程弹簧等。本文试图利用SMA的形状记忆特性,制作微小的功能夹持器,用于微机械零部件的装配中;并从马氏体热弹性变形出发,对这种SMA微夹钳的设计原理、动力学特性、变位量的可控性及其与温度的关系进行了深入的研究。在文章最后,讨论了SMA微夹钳工作过程中的能量转化关系。     

用形状记忆合金弹簧主动控制转子振动

选择形状记忆合金（shape memory alloy,SMA）制作的弹簧元件作为转子系统的弹性支承，研究对转子振动的主动控制。利用SMA近似的应力－应变－温度的多项式模型，推导出SMA弹簧的非线性恢复力模型。运用简化的势和学模型，建立SMA弹簧的温度控制系统，以电流加热的方法改变SMA的温度。在数值仿真中，设计了给定温度曲线，计算出电流功率，并验证了改进后系统的振动抑制效果。仿真结果表明该方法能将转子最大振幅减少30％以上。     

基于SMA驱动的连续体手术机器人研究综述

连续体机器人是一种能在工作空间中连续弯曲的机器人,因其能在非结构化和狭窄的环境中灵活运动而得到广泛的关注.形状记忆合金(Shape memory alloy,SMA)材料具有良好的形状记忆效应和超弹性,通过施加不同的温度便能够实现对SMA的形状控制,是作为连续体机器人驱动装置的理想材料.基于SMA驱动的连续体机器人有着结构体积小,控制简便,运动范围广,自由度高,易于避障等优点,十分适用于环境复杂的医疗手术环境之中.对SMA的驱动原理和方式进行了分析,介绍了基于SMA驱动的连续体机器入在医疗手术方面的研究现状及建模方法,最后,对发展趋势进行了展望.     

基于热力学的SMA微夹钳工作原理的研究

SMA形状记忆合金微夹钳是一种形状记忆合金微夹钳。它是利用形状记忆合金的记忆特性来产生夹持和张开动作。形状记忆合金产生动作的能量来源于热能, 表现为温度上变化, SMA微夹钳与外界之间热能的输入输出。本文试图用热力学的方法求解SMA微夹钳的简单动力学问题。认为在Ms点以下, 马氏体与未转变的母相奥氏体处于某种平衡状态, 利用变温马氏体相变公式, 处理SMA微夹钳的热力学和动力学之间的定量或定性的数学关系, 得出一些对于设计和制造有用的结论, 从而为深入研究SMA微夹钳的热弹性马氏体相变的工作原理打下理论基础。     

形状记忆合金超弹性波形弹簧的有限元分析

简单介绍了形状记忆合金所具有的特性,并利用ANSYS软件对采用形状记忆合金材料制造的超弹性波形弹簧(简称SE波形弹簧)进行了分析,研究了ANSYS中定义的材料参数对SE波形弹簧超弹性的影响。研究结果表明,超弹性波形弹簧能够在较大的轴向变形范围内提供恒定的弹簧力,可用于替代传统波形弹簧。