具有层状微观结构的NiTi单晶本构模型.pdfVIP

第 43卷 第 6期 力 学 学 报 V01．43．No．6 2011年 11月 ChineseJournalofTheoreticalandAppliedM echanics NOV．，2011 具有层状微观结构的NiTi单晶本构模型) 朱神国。)赵 聃 (大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室，大连理工大学运载工程与力学学部，大连 116023) 摘要 建立了应力诱发的具有层状微观结构的NiTi单晶本构模型．模型考虑母相和马氏体相弹性各向异性性 质的差异，以NiTi单晶相变过程中可能出现的24个马氏体变体为基础，利用相变驱动力和理想界面的连续 条件推导了马氏体相变的发生及发展过程，以及单晶相变过程中宏微观应力应变的演化，数值模拟了在不同加 载方向材料的应力应变响应．结果表明，对于不同的加载方向，NiTi单晶既存在强化也存在软化现象． 关键词 NiTi单晶，层状微观结构，本构模型，软化 中图分类号：TGllt．5 文献标识码：A 文章编号： 0459．1879(2011)06．1117．08 引 言 体对为夹杂的微观结构，运用细观力学夹杂理论建 立起来的模型． Sun等 [10J考虑马氏体相变过程中 NiTi形状记忆合金 (shapememory alloys， 马氏体是以球状的夹杂嵌入在基体中．Lu等 [15]以 SMAs)以其独特的形状记忆功能，良好的超弹性、耐 单一的马氏体变体构造了考虑微结构的本构模型． 腐蚀性和生物相容性等，已经广泛地应用于机械、 Huang等 [16J建立了以多个 自适应变体对作为夹杂 医疗和航天等工程实际当中．为了更好地发挥这种 的 SMA微观结构，运用 Eshelby—Kroner近似理论 材料的特性，首先要解决的基本问题是如何描述材 计算变体和母相之间的相互作用能的模型．Patoor 料的本构关系．目前，对多晶的NiTi合金研究较为 等 l【7J也采用与 Huang同样的微结构，用不同的计 广泛，而多晶是由单晶组成的，研究单晶的本构模 算方法构建了模型．另一种从马氏体的晶核形成和 型可以从微观的角度来揭示材料的相变行为，从而 基体中出现的平行的马氏体层出发，考虑微结构是 为多晶体的本构模型研究提供理论支持． 以层状的形式出现．Stupkiewicz等 L18J通过求解挛 形状记忆合金本构模型大致可分为3类：(1)微 晶方程和惯习面方程来得到层状微观结构的微观参 观热力学模型 [1-3】，利用热力学原理，重点解释了马 数，同时考虑了两项弹性性质的差异，建立了单晶 氏体的成核现象、界面的运动和马氏体板层的生长． 的本构模型．李卫国等 _19_考虑了两相间的应变不 (2)宏观唯象模型 [4-sj，该类模型的构建是应用热力学 连续，采用应变修正法建立了计及片层状微结构的 原理得到本构模型的框架，内变量 (通常是马氏体体积 本构模型．Peng等-2o_建立了以层状微观结构组成 分数)的演化是通过拟合实验曲线得到的．(3)基于细 的单晶本构模型并采用 Hill自恰理论模拟了SMAs 观力学的本构模型 [9-17】，该类模型的重点是如何利用 多晶体的力学行为．另外，还有一些学者基于层状 细观力学的方法来建立材料相变时的相互作用能，从 微观结构构造了相应的材料计算模型． Gall等 2【1J 而应用热力学原理来描述材料的变形行为．已有的宏 构造了考虑马氏体相变微观结构重定向和晶粒间相 观唯象模型没有描述材料内部的微观结构及其演化． 互作用的多晶体有限元计算模型．Levitas等 [。。。] 为了更好地描述材料的变形过程，需要建立能够反映 模拟了多轴加载下的层状微观结构界面的重定向． 材料微结构变化的本构模型．