新型材料—形状记忆合金阻尼器SMA的减振技术和工程应用PPT课件.pptx

新型材料—形状记忆合金阻尼器SMA的减振技术和工程应用形状记忆合金(SMA)是一种新兴智能材料,具有独特的物理性能。SMA阻尼器利用这种材料的减振特性,在各种工程领域有广泛应用前景,包括土木、机械、航空航天等。本节将介绍SMA的工作机理及其在工程中的减振技术和应用。byＯＯＯＯＯＯＯＯＯＯa形状记忆合金的基本概念材料特性相变机理主要特点形状记忆合金具有可逆的热致相变特性,能在加热和冷却过程中反复变形恢复原状。这种独特的能力使其在许多工程应用中扮演重要角色。形状记忆合金内部的晶格结构可在温度或应力的作用下发生可逆的相变,从而引发形状的变化和恢复。这是形状记忆效应的根本原因。形状记忆合金具备优异的耐腐蚀性、高比强度和高延展性等特点,适用于各种结构减振和致动器等工程应用。形状记忆合金的相变机理形状记忆合金的相变源于晶体结构的相互转变。在低温条件下,合金处于马氏体相,具有软弱和高延性的特点。当合金受到外力作用时,马氏体相发生应力诱导的相变,并产生配位原子的剪切运动。升温到一定温度时,合金会发生相反的奥氏体相变,从而复原原始形状。这种独特的相变机理赋予了形状记忆合金独特的热机械特性,是其应用的基础。形状记忆合金的力学性能1应力-应变曲线形状记忆合金的应力-应变曲线呈现独特的几何形状,体现了其超弹性和应变恢复能力。这种独特的力学行为源于合金的相变机理。2能量耗散形状记忆合金在应力诱导相变过程中可以吸收大量能量,从而表现出优异的减振性能。这种能量耗散机制使其成为一种理想的被动减振材料。3温度依赖性形状记忆合金的力学性能随温度的变化而变化,这种温度依赖性是由相变过程引起的。因此,合金的工作温度是设计时需要重点考虑的因素之一。形状记忆合金的热力学性能相变温度热熵变化热滞环特性热效应形状记忆合金具有独特的相变温度特点,当温度上升或下降到某一临界点时,会发生从一种晶体结构到另一种晶体结构的相变。这种相变温度是决定形状记忆效应的关键因素。形状记忆合金在相变过程中会伴随着热熵的变化。这种热熵变化体现了相变过程中结构和化学键的重排,是形状记忆效应的热力学基础。形状记忆合金在相变过程中会出现明显的热滞环特性,即升温和降温过程中相变温度存在差异。这种热滞环特性影响了形状记忆合金的工作性能。形状记忆合金在相变过程中会吸收或释放大量的热量,这种热效应可以用于驱动机械装置或检测温度变化。形状记忆合金的超弹性形状记忆合金具有超弹性,即在应力作用下发生大量可逆变形,应力卸载后能完全恢复到原始状态,不会留下永久性变形。这是由于形状记忆合金独特的相变机制决定的,能提供优秀的缓冲和减振性能。超弹性在形状记忆合金的应用中扮演着关键角色,为其在建筑、机械、航空航天等领域的减振应用奠定了基础。研究形状记忆合金的超弹性特性是开发高性能SMA阻尼器的关键。形状记忆合金的减振机理12相变Induced阻尼弹性滞后阻尼形状记忆合金在受到外力作用时会发生应力诱导相变,这一相变过程中会产生大量的能量耗散,从而起到减振的作用。形状记忆合金具有显著的弹性滞后特性,在加载卸载过程中会形成能量耗散回路,从而产生阻尼效果。34温度诱导相变多场耦合效应温度变化会引起形状记忆合金相变,相变过程中的能量耗散也可以产生减振效果。形状记忆合金的相变过程受力学、热力学和电磁场等多个物理场的耦合影响,多场耦合作用可以产生复杂的减振机理。SMA阻尼器的结构设计结构元件设计原则结构优化制造工艺SMA阻尼器的主要结构元件包括SMA合金弹簧、限位装置、压缩机构和支撑结构等。这些部件共同协作,实现了阻尼器的功能。设计SMA阻尼器时需考虑SMA材料特性、变形范围、受力分析、热传导等因素,确保阻尼器的可靠性、稳定性和高效性。通过有限元分析和试验验证,对阻尼器结构进行优化设计,提高其减振性能和使用寿命。SMA阻尼器的制造需要精密的加工工艺,如热处理、机加工、装配等。工艺控制直接影响阻尼器的质量和一致性。SMA阻尼器的工作原理1.变形监测1通过感应元件监测SMA合金的变形状态2.能量吸收2SMA合金发生相变吸收外界能量3.力能转换3SMA合金相变产生的力矩用于阻尼4.功能复位4SMA合金恢复原始形状释放能量SMA阻尼器工作原理基于形状记忆合金的独特性能。通过感应元件实时监测SMA合金的变形状态,当外力作用时SMA合金发生相变吸收能量。这种相变过程产生的力矩可用于提供阻尼作用。当外力消失时,SMA合金又能恢复原始形状,释放能量完成一个循环。SMA阻尼器的动力学模型建立动力学方程引入SMA本构模型求解动力学模型基于SMA阻尼器的结构特点,建立描述其动力学特性的微分方程,包括刚度、阻尼等参数。将SMA材料的超弹性、形状记忆效应等特性纳入动力学模型,准确描述SMA的力学行为。采用数值分析方法求解动力学方程,得到SMA阻尼器在不同