TiNi基形状记忆材料及应用研究进展

综述了TiNi基形状记忆合金最近的基础研究和应用研究进展。对TiNi基形状记忆合金的马氏体相变以及TiNi基高温形状记忆合金、TiNi基形状记忆合金薄膜、TiNi基复合材料以及TiNi基形状记忆合金在航空航天等领域的应用进行了评述和归纳,结合TiNi基形状记忆合金材料和应用研究取得的新进展,认为多功能化,稳定化和集成化是当前TiNi基形状记忆合金研究的主要发展趋势。最后展望了TiNi基形状记忆合金的发展前景。     

形状记忆合金混杂复合材料层板的有限元分析与强度研究

形状记忆合金(SMA)与复合材料层板结合后,构成可驱动材料。形状记忆合金的非线性及其与复合材料层板的结合界面的力学性能对整体材料的性能影响较大。通过对埋入形状记忆合金驱动器的复合材料层板进行有限元模拟分析与试验研究,用有限元模拟分析的方法可以比较准确地模拟埋入形状记忆合金后复合材料的应力分布情况,结果表明,形状记忆合金的埋入不会对材料的强度产生较大影响。     

形状记忆合金的力学及界面参数和体积分数对大块金属玻璃基复合材料增韧的影响

采用考虑塑性的超弹性材料模型和基于损伤塑性的准脆性材料模型,建立了三维单胞有限元模型,模拟了形状记忆合金颗粒增韧大块金属玻璃基复合材料的单调拉伸行为。讨论了形状记忆合金的力学参数、体积分数、界面厚度和界面材料参数对金属玻璃增韧效果的影响。结果表明:提高形状记忆合金的相变应变和马氏体塑性屈服应力将显著提高形状记忆合金颗粒增韧大块金属玻璃基复合材料的拉伸失效应变;形状记忆合金弹性模量超过50.0GPa、马氏体塑性屈服应力超过1.8GPa后,复合材料的拉伸失效应变变化不大。能同时兼顾失效应变和失效应力的形状记忆合金体积分数为15%左右。复合材料界面弹性模量和界面屈服应力的增加将提高复合材料的失效应力,但对失效应变影响不大;复合材料界面厚度的增加在提高失效应变的同时,也降低了复合材料的失效应力。     

聚合物基形状记忆合金复合材料研究进展

本文对聚合物基形状记忆合金复合材料的研究及应用进展进行了综述。着重介绍了该复合材料在结构设计、制备工艺技术以及应用等方面的研究成果以及发展概况,并对其发展前景进行了展望。     

NiMnGa铁磁性形状记忆合金颗粒/树脂智能复合材料的研究进展*

介绍了NiMnGa铁磁性形状记忆合金颗粒/树脂智能复合材料的制备、温度场和磁场响应特性以及阻尼性能的最新研究进展.与NiMnGa多晶材料相比,NiMnGa铁磁性形状记忆合金颗粒/树脂智能复合材料具有很好的加工成型性能,克服了NiMnGa多晶材料的脆性,同时表现出良好的温度场响应特性和阻尼性能,是一种很有发展前景的新型驱动器材料和阻尼材料.在磁场响应方面,新型铁磁性形状记忆合金(NiCoMnIn、NiCoMnSb、NiCoMnGa)/树脂智能复合材料将是未来研究的重点.     

Ti-Ni基记忆合金复合材料的研究进展

Ti-Ni形状记忆合金因具有优异的形状记忆效应和超弹性及良好的耐腐蚀性、生物兼容性等诸多优点,被广泛应用于航空航天、机械、电子、生物医用等领域。Ti-Ni基复合材料中Ti-Ni基体和增强相之间的交互作用可使其集优异力学性能、功能特性于一体。本文主要阐述了近几年采用不同方法制备的Ti-Ni形状记忆合金复合材料的最新研究进展,包括微观组织结构的演化规律、马氏体相变行为及力学性能和应变恢复特性。另外,对当前Ti-Ni形状记忆合金复合材料的制备技术存在的问题及未来的发展方向进行了分析和展望。      

智能复合材料宏细观力学性能的理论预测与数值分析

利用理论和数值方法研究了形状记忆合金增强复合材料的宏细观力学性; 能预测复合材料的宏观本构列式和弹性基体约束下的形状记忆合金的相变特性。建立了宏观性能参量与细观相变过程的联系。一维变形状态下的数值结果表明智能复合材料仍然具有形状记忆效应和拟弹性特性, 但受到组分材料的性能比、体分比和环境变量等参数的显著影响。      

形状记忆合金混杂复合材料弯曲变形的设计

为了预报形状记忆合金混杂复合材料的物理性能与弯曲变形能力,提出了兼顾常规力学性能和主动变形能力的系统的设计方法.以形状记忆合金体积含量为主要设计变量,分析了丝状、带状及板状形状记忆合金埋入复合材料层合板后,这种混杂复合材料力学性能的变化.经过某种特殊加工的板状NiTi合金,不但增大了NiTi合金的体积含量,还增大了形状记忆合金电阻值,以此来提高NiTi合金的响应速度.采用有限元方法进行设计计算及分析,验证了该设计方法的正确性.     

TiNi形状记忆合金丝/水泥复合材料的相变行为

研究了TiNi形状记忆合金/水泥基复合材料的相变行为。差热分析(DSC)研究结果表明,由于水泥基体的约束作用,形状记忆合金中剩余取向马氏体的逆相变温度上升。在逆相变开始阶段,逆马氏体相变的平均速率较大;在复合材料DSC加热曲线吸热峰结束温度以上,剩余马氏体的逆相变仍在缓慢进行。     

形状记忆合金复合材料系统非线性动力学研究

研究了形状记忆合金复合材料系统的非线性动力学特性。基于Brinson的形状记忆合金本构关系和Dejonghe的内耗模型,提出了单自由度简化系统的模型建立方法。考虑材料系统刚度和阻尼的变化,在弱非线性和较强非线性两种情况下给出近似-解析解法。算例表明:形状记忆合金可以作为良好的耗能材料,用于结构的被动控制。     

MEMS领域中形状记忆合金薄膜的研究与进展

总结了近年来微机电系统(MEMS)领域中,ti-Ni形状记忆合金(SMA)薄膜的制备与微加工工艺、形状记忆性能、加工性能、防腐耐磨性能及力学性能的研究进展,由此提出了MEMS领域中,SMA薄膜的使用要求和研究方向.     

基于Preisach理论的形状记忆合金温度-位移迟滞仿真研究

摘 要：智能材料如形状记忆合金(Shape Memory Alloy,SMA)已经广泛应用于驱动器和传感器的设计,实现定位和主动控制目的。然而,受迟滞影响,SMA驱动器的工作精度大大降低,限制了其应用。多数智能材料中,选择Preisach理论成为迟滞建模工具,近年来,也涉及到SMA材料系统。本文,讨论运用Preisach模型描述SMA驱动器系统的迟滞行为,尤其针对驱动器系统的模型建立过程,修正经典Preisach模型的几何解释和数值实现方法。最后,引入Gobert给出的Preisach平面的辨识函数执行仿真计算,数值结果表明该模型能够很好地描述SMA驱动器的迟滞行为。     

具有形状记忆合金丝的复合材料轴转子系统的振动与稳定性

提出具有SMA丝的复合材料轴-盘-刚性支承转子系统的数学模型,研究转子系统的振动与稳定性。将轴视为一个平行于轴线方向埋入SMA丝的薄壁复合材料空心梁,盘为各向同性刚性圆盘,轴位于刚性轴承上。基于变分渐进法(VAM)描述复合材料薄壁梁的变形,基于Brinson热力学本构方程计算SMA丝的回复应力,采用Hamilton原理推导出系统的运动方程,采用Galerkin法进行模型离散化和近似数值计算。着重分析SMA丝含量和初始应变对复合材料轴振动固有频率和转子系统临界转速的影响。研究结果表明,所建立的动力学模型能够用于揭示SMA对转子系统的振动与稳定性的影响机理。     

Phase transformation-driven artificial muscle mimics the multifunctionality of avian wing muscle

Skeletal muscle provides a compact solution for performing multiple tasks under diverse operational conditions, a capability lacking in many current engineered systems. Here, we evaluate if shape memory alloy (SMA) components can serve as artificial muscles with tunable mechanical performance. We experimentally impose cyclic stimuli, electric and mechanical, to an SMA wire and demonstrate that this material can mimic the response of the avian humerotriceps, a skeletal muscle that acts in the dynamic control of wing shapes. We next numerically evaluate the feasibility of using SMA springs as artificial leg muscles for a bipedal walking robot. Altering the phase offset between mechanical and electrical stimuli was sufficient for both synthetic and natural muscle to shift between actuation, braking and spring-like behaviour.     

形状记忆合金在土木工程中的研究与应用

介绍了形状记忆合金的基本物理力学性能,并从SMA阻尼器、SMA隔震装置、SMA驱动器和SMA复合材料4个方面,对其在土木工程中的应用研究现状进行了综述.评述了国内外在SMA产品研发以及应用过程等方面存在的差距和问题,并由此展望了其今后的发展方向.     

Shape memory alloy actuator design: CASMART collaborative best practices and case studies

One goal of the Consortium for the Advancement of Shape Memory Alloy Research and Technology is to compile the collective design experiences of our member organizations into a single medium that researchers and engineers may use to make efficient and effective decisions when developing shape memory alloy (SMA) components and systems. Recent work toward this goal is presented through the framework of six fundamental design aspects we have identified, which include evaluation, alloy selection, processing and fabrication, testing and properties, modeling, and system integration considerations including control system design. Each aspect is documented in the light of enabling the design engineer to access the tools and information needed to successfully design and develop SMA systems. Application of these aspects is illustrated through case studies resulting from our own SMA designs. It is shown that there is not an obvious single, linear route a designer can adopt to navigate the path from concept to product. Each application brings unique challenges that demand a particular emphasis and priority for each engineering aspect involved in the development of a system actuated by SMAs.     

SMA纤维混杂层合梁的振动分析

提出一类形状记忆合金(SMA)纤维混杂层合梁的数学模型。采用多胞模型、形状记忆合金一维本构关系分析方法,同时考虑铁木辛柯剪切和马氏体相变的影响。目的是为了更进一步了解层合梁的振动控制。SMA纤维用来作为驱动器,它能够改变弹性模量和回复力,以此改变梁的频率。分析了SMA纤维含量、铺设角度和横向剪切变形的影响。结果表明,通过激活形状记忆合金纤维及改变初始变形,对层合梁的自振频率有很强的控制和调节能力。     

Mechanical Properties and Interlaminar Fracture Toughness of Glass‐Fiber‐Reinforced Epoxy Composites Embedded with Shape Memory Alloy Wires

The effects of the content and position of shape memory alloy (SMA) wires on the mechanical properties and interlaminar fracture toughness of glass‐fiber‐reinforced epoxy (GF/epoxy) composite laminates are investigated. For this purpose, varying numbers of SMA wires are embedded in GF/epoxy composite laminates in different stacking sequences. The specimens are prepared by vacuum‐assisted resin infusion (VARI) processing and are subjected to static tensile and three‐point‐bending tests. The results show that specimens with two SMA wires in the stacking sequence of [GF₂/SMA/GF₁/SMA/GF₂] and four SMA wires in the stacking sequence of [GF₄/SMA/GF₂/SMA/GF₄] exhibit optimal performance. The flexural strength of the optimal four‐SMA‐wire composite is lower than that of the pure GF/epoxy composite by 5.76% on average, and the flexural modulus is improved by 5.19%. Mode‐I and II interlaminar fracture toughness tests using the SMA/GF/epoxy composite laminates in the stacking sequence of [GF₄/SMA/GF₂/SMA/GF₄] are conducted to evaluate the mechanism responsible for decreasing the mechanical properties. Scanning electron microscopy (SEM) observations reveal that the main damage modes are matrix delamination, interfacial debonding, and fiber pullout.

     

形状记忆合金纤维混杂正交对称铺层板的固有频率

形状记忆合金（SMA）混杂复合材料板是将有预应变的SMA纤维与普通纤维混杂单层内构成的。基于主动应变能调节（ASET）的概念,可实现对板的固有频率的调整。本文采用Galerkin法导出形状记忆合金（SAM）纤维混杂对称正交智能复合材料铺层板自由振动的频率的分析表达式。数值结果表明,SMA纤维的相变激发温度、体积含量、分布方式及其预应变对固有频率均有的影响,尤其是温度、SAM含量及其分布的作用更为显著,是结构振动控制的重要设计参数。