形状记忆合金基于Brinson模型的线性简化与分析

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基于形状记忆合金的力学性能试验研究

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｈａｐｅｍｅｍｏｒｙａｌｌｏｙｄｕｅｔｏｉｔｓｕｎｉｑｕｅｓｈａｐｅｍｅｍｏｙｒｅｆｆｅｃｔａｎｄｇｏｏｄｓｕｐｅｒｅｌａｓｔｉｃｐｒｏｐｅｒ — ｔｉｅｓ，ｉｓｒｅｇａｒｄｅｄａｓｉｄｅａｌｍａｔｅｒｉａｌｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏ１．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｂａｓｉｃｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｓｈａｐｅｍｅｍｏｙｒａｌｌｏｙ，ｔｈｅｂａｓｉｓｆｏｒｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｎｅｗＳＭＡｄａｍｐｉｎｇｄｅｖｉｃｅｉｓｐｒｏ — ｖｉｄｅｄ．Ｔｏｔｈｉｓｅｎｄ，ｉｎｖｉｅｗｏｆｔｈｅｍａｉｎｆａｃｔｏｒｓｉｎｌｕｆｅｎｃｉｎｇｔｈｅｓｈａｐｅｍｅｍｏｙｒａｌｌｏｙｓ：ｃｙｃｌｅｓ，ｓｔｒａｉｎａｍ— ｐｌｉｔｕｄｅ，ｌｏａｄｉｎｇｒａｔｅａｎｄＳＯｏｎｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｌａｓｔｕｄｙｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ，ｔｈｅｉｎｌｕｆｅｎｃｅＯｆｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｓｅｃａｎｔｓｔｉｆｆｎｅｓｓａｎｄｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｄａｍｐｉｎｇｒａｔｉｏ，ｃｙｃｌｉｃｅｎｅｒｇｙｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ，ｅｔｃ．ｉｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．

形状记忆合金的性质,应用及效应机制

片状马氏体
板条马氏体
针状马氏体
马氏体相变：
它是母相奥氏体（碳在 γ－Fe 中形成的间隙固溶体，面心立方 FCC 点阵）转变为马氏体的过程。
可以恰当而简练的定义为“ 原子联动所引起的切变型点阵相变 ”。母相中的原子，不是处在各自零散状态，而是在保
在逆相变过程中，由于两相之间的点阵对应关系单一，且相变时点阵应变非常小，因而逆相变时母相变体完全固定不变。这样一来，逆相变时必然选取原位向的母相，所以在产生热弹性相变的合金中，形状记忆效应以完全可逆的形式出现。
条件（2）是理所当然的，因为滑移是不可逆过程。也就是说，如果在晶体中出现滑移，由滑移导致的变形即使加热也消除不了。热弹性马氏体相变发生的不是滑移，而是另一种基本的形变机制 — — 孪生。从微观上看，晶体原子排列沿某一特定面镜像对称。那个面叫孪晶面（孪晶是指两个晶体（或一个晶体的两部分）沿一个公共晶面构成镜面对称的位向关系，这两个晶体就称为 " 孪晶 " ，此公共晶面就称孪晶面）。即实际上它是由位向互为孪晶关系的两种马氏体区构成，每一个马氏体和母相点阵之间具有晶体学上等价的特定点阵对应关系。这种具有点阵对应关系的每个马氏体称为对应变体。

形状记忆合金的本构模型及其有限元实施

形状记忆合金的本构模型及其有限
元实施
什么是形状记忆合金？形状记忆合金是一种特殊的合金材料，这种材料具有很强的塑性变形能力，它具有“形状记忆”的特性，即在去掉外力后，它会回到原本的形状，而不需要其他额外的加工。

形状记忆合金在现代工业中有着广泛的应用，包括汽车、航空航天、船舶、机器人等领域。

形状记忆合金的本构模型是描述形状记忆合金力学行为的数学模型。

本构模型可以帮助我们了解形状记忆合金在不同情况下的变形行为，并通过将其应用到有限元分析中，对形状记忆合金的力学行为进行定量分析。

形状记忆合金的本构模型通常是基于克里金方程组或者扩展的克里金方程组来建立的，这些方程组具有一定的假设，如变形量小、体系稳定等，以达到更好的近似效果。

本构模型的实施可以采用有限元分析的方法，即将形状记忆合金的本构方程组转化为有限元方程组，然后使用相应的有限元软件计算出形状记忆合金的变形行为。

有限元分析的步骤分为三步：1）几何建模，2）材料建模，3）求解。

首先，建立形状记忆合金的有限元模型，根据实际的实验情况，对合金的几何体结构进行建模，建立形状记忆合金的有限元模型；其次，建立形状记忆合金的材料模型，根据形状记忆合金的本构模型，将形状记忆合金的本构方程组转化为有限元方程组；最后，使用有限元软件对有限元方程组进行求解，获得形状记忆合金的变形行为。

通过有限元分析，我们可以精确地模拟形状记忆合金的力学行为，并给出形状记忆合金在不同情况下的变形行为，为形状记忆合金的设计和应用提供理论支持。

第4章形状记忆合金精品PPT课件

其中，应力－应变关系表现出明显的非线性，这种非线性弹性和相变密切相关，叫相变伪弹性(Transformation Pseudoelasticity)，也叫超弹性。
2020/10/21
24
形状记忆合金发生超弹性变形的应力应变曲线
(Ms温度以上加载）
2020/10/21
25
形状记忆合金的相变伪弹性和热弹性马氏体相变在本质上是同一现象。
60
40
20
0
270
290 310 330 350 温度/K
MS AS 275K
环境温度
2020/10/21Cu-34.1-Zn-1.8Sn合金Ms与拉伸应力的关系
23
相变伪弹性（超弹性）
产生热弹性M相变的形状记忆合金，在Ms温度以上由应力诱发产生的M只在应力作用下才能稳定存在，应力一旦解除，立即产生逆相变，回到母相状态，在应力作用下产生的宏观变形也随逆相变而完全消失。
应力所加对象不同：
前述(彼)：马氏体此：奥氏体
施加应力前后
前述(彼)：无
有无M相变：
此：有
2020/10/21
22
当形状记忆合金受到的剪切分应力小于滑移变形或孪生变形的临界应力时，即使在Ms之上也会发生应力诱发M相变，即外部应力使相变温度上升。
应力/MPa 140
120
加载
100
卸载
80
2020/10/21
37
性能特点：优点：制造加工容易，价格便宜，具有良好的记忆
性能，相变点可在一定温度范围内调节，不同成分的Cu-Zn-A1合金相变温度不同。
缺点：强度较低，稳定性及耐疲劳性能差，不具有生物相容性。
2020/10/21

形状记忆合金的力学性能与本构模型研究

形状记忆合金的力学性能与本构模型研究一、内容综述形状记忆合金（Shape Memory Alloys, SMA）是一类具有形状记忆效应（Shape Memory Effect, SMA）和超弹性（Superelasticity）特性的先进功能材料。

自20世纪70年代以来，形状记忆合金在生物医学、航空航天、电子器件等领域得到了广泛关注和应用。

本文从形状记忆合金的力学性能与本构模型两个方面进行综述，重点介绍近年来在这些领域的研究进展与挑战，并展望未来的发展趋势。

在力学性能方面，主要讨论了形状记忆合金的高温马氏体相变特性、超弹性行为、应力诱导相变等现象。

高温马氏体相变使得SMA在温度变化时发生可逆的形状记忆效应，而超弹性则赋予了材料在受到力的作用下发生显著形变的能力，同时在外力消失后又能够恢复到原始形状。

这些独特的力学性能使得SMA在各应用领域展现出了巨大的潜力。

在本构模型方面，重点介绍了各向同性、非各向同性以及各向异性等类型的本构模型。

各向同性本构模型可以描述形状记忆合金在单一取向下的力学行为，而非各向同性本构模型则需要考虑材料的各向异性效应，以更准确地描述其在不同方向上的力学响应。

一些学者还提出了包含塑性和蠕变效应在内的多尺度本构模型，以更全面地反映形状记忆合金在实际工程应用中的复杂力学行为。

值得注意的是，虽然目前对形状记忆合金的研究已取得了显著进展，但仍存在诸多挑战和问题需要进一步研究和解决。

如何提高材料的塑性以提高超弹性的使用范围，如何降低材料在长时间加载过程中的疲劳损伤等。

未来的研究应继续关注形状记忆合金在力学性能与本构模型方面的研究进展，并着眼于解决现有的问题和挑战，以实现其在各领域的广泛应用和更高性能表现。

1. 形状记忆合金的发展和应用形状记忆合金（SMA）是一种具有独特力学性能的材料，能够在受到外部刺激（如温度、电流、磁场等）时发生形状的改变和恢复。

这种材料在许多领域都有着广泛的应用前景，如航空航天、生物医学、机器人科学以及精密仪器等。

形状记忆合金的本构模型及试验研究

形状记忆合金的本构模型及试验研究一、本文概述本文旨在深入研究和探讨形状记忆合金（Shape Memory Alloys，简称SMAs）的本构模型及其相关试验研究。

形状记忆合金作为一种特殊的材料，具有独特的形状记忆效应和超弹性，因此在航空航天、医疗器械、智能结构等多个领域具有广泛的应用前景。

本文首先将对形状记忆合金的基本特性进行简要介绍，包括其形状记忆效应、超弹性以及相变行为等。

接着，本文将重点阐述形状记忆合金的本构模型。

本构模型是描述材料力学行为的重要工具，对于形状记忆合金而言，其本构模型需要考虑材料的相变行为、温度效应、应变率效应等多个因素。

本文将详细介绍几种常用的形状记忆合金本构模型，包括基于热力学原理的本构模型、基于细观力学的本构模型以及基于神经网络的本构模型等，并对它们的优缺点进行比较和分析。

在试验研究方面，本文将介绍相关的形状记忆合金试验方法和实验结果。

试验内容包括材料的相变行为测试、力学性能测试、形状记忆效应测试等。

通过对试验数据的分析和处理，可以验证本构模型的准确性和可靠性，并为形状记忆合金的应用提供理论支持和实践指导。

本文将对形状记忆合金的未来研究方向和应用前景进行展望。

随着科技的不断发展，形状记忆合金的应用领域将会更加广泛，对其性能的要求也将更加严格。

因此，深入研究形状记忆合金的本构模型和试验特性，对于推动其应用和发展具有重要意义。

二、形状记忆合金的基本特性形状记忆合金（Shape Memory Alloys，简称SMA）是一类具有独特形状记忆效应的金属材料。

它们在经历一定的塑性变形后，能够在适当的热或机械刺激下恢复到原始形状。

这种特性使得形状记忆合金在航空航天、医疗器械、汽车工程等领域具有广泛的应用前景。

形状记忆效应：形状记忆合金最为突出的特性是其能够在一定条件下恢复原始形状。

这种效应主要源于合金内部发生的马氏体相变。

当合金受到外力作用而发生塑性变形时，其内部会发生马氏体相变，形成稳定的马氏体结构。

形状记忆合金讲演讲解

记忆食道架能在喉部膨胀成新的食道。必要时只要向食道里加上
冰块，“食道”又会遇冷收缩，从而可轻易取出，使失去进食功能
的食道癌患者提高了生活质量。
（a）预压缩
（b）受热扩张后（c）植入腔道内效果
展发与用应
生活方面应用记忆眼镜框
利用形状记忆效应可以制成记忆眼镜框，如果不小心被碰弯曲了，只要将其放在热水中加热，就可以恢复原状。而且这种眼镜框具有超弹性，使人佩戴后感到非常舒适。
展发与用应
机械电子方面应用工业机器人夹持器
利用形状记忆合金的单程记忆效应，考虑到返程的动作。所以要那个两片形状记忆驱动元件构成差动结构来完成反复动作。当SMA1弹簧通电加热而产生收缩变形时，便带动摆杆向内摆动，加紧工件。若SMA1断电，通电加热 SMA2弹簧，则后者伸长变形而推开摆杆放松工件。
究
高控制精度和反应速度。
现有的 SMA 模型在实际工程应用中都还存在一些缺陷 , 如何克服这些缺点 , 从而精确地模拟出 SMA 的材料行为也是一个需要研究的重要课题。
在医学应用方面 , 还需继续研究 SMA 的生物相容性。 SMA 作为一种新型功能材料 , 其加工和制备工艺较难控制 , 目前还没有形成一条 SMA 自动生产线 ,此外材料
展发与用应
生活方面应用温度敏感开关
如图所示，把一普通的偏置弹簧与形状记忆合金做成的弹簧串联起来，当温度升高到上限温度时，形状记忆合金收缩，切断开关；当温度达到下限温度时，偏置弹簧的力超过了形状记忆合金弹簧的力，使电路接通。它可用作温室窗户开闭器、室内空调器的阀门、汽车散热器的风扇离合器、防火用的灭火器等，很有开发前景。
类分
类分
按驱动方式可分为两类

形状记忆合金本构模型

形状记忆合金本构模型形状记忆合金是一种特殊的材料，其可以在受到外界温度或应力刺激时，发生可逆的形状变化。

这种材料广泛应用于许多领域，如机械工程、医学、航空航天等。

本文将介绍形状记忆合金的本构模型及其应用。

我们来了解一下形状记忆合金的基本原理。

形状记忆合金由一种或多种金属元素组成，其中最常见的是镍钛合金。

在室温下，形状记忆合金处于高温相，其晶胞结构呈现为立方晶系。

当形状记忆合金被加热至特定温度时，会发生相变，晶胞结构从高温相转变为低温相，这种相变伴随着形状记忆效应的产生。

形状记忆效应可以分为两种类型：单向记忆效应和双向记忆效应。

单向记忆效应是指形状记忆合金在经历相变后，只能恢复一种形状。

而双向记忆效应则可以使形状记忆合金在经历相变后，能够在不同的温度下恢复不同的形状。

对于形状记忆合金的本构模型，最常用的是热力学模型和力学模型。

热力学模型基于能量的最小化原理，通过定义自由能函数来描述形状记忆合金的力学行为。

力学模型则基于应变和应力之间的关系，通过弹性力学理论来描述形状记忆合金的应力响应。

热力学模型中最常用的是Landau-Ginzburg-Devonshire (LGD)模型，该模型基于自由能函数的展开，将自由能函数表示为温度、应力和应变的幂级数。

通过对自由能函数的优化，可以得到形状记忆合金的相变温度、相变压力以及相变应变等参数。

力学模型中最常用的是线性弹性模型和非线性弹性模型。

线性弹性模型假设形状记忆合金在相变过程中的应变与应力之间存在线性关系，通常使用Hooke定律描述。

非线性弹性模型则考虑了相变过程中的应力-应变非线性效应，常用的模型有Kachanov-Rabotnov模型和Smith-Lemaitre模型等。

形状记忆合金的应用十分广泛。

在机械工程领域，形状记忆合金可以用于制造具有自修复功能的材料，如自修复机械零件和自修复管道。

在医学领域，形状记忆合金可以用于制造可植入人体的支架、导丝和血管等医疗器械。

形状记忆合金变刚度软作动器设计

第 43 卷第 6 期2023 年 12 月振动、测试与诊断Vol. 43 No. 6Dec.2023 Journal of Vibration，Measurement & Diagnosis形状记忆合金变刚度软作动器设计∗任旭，杨书吉，文浩，金栋平（南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室南京，210016）摘要软体材料作动器具有良好的目标抓取适应性，为实现软作动器结构的轻量化，保证抓取与承载能力，采用形状记忆合金丝作为驱动元件，设计出一种可变刚度的软作动器。

首先，基于形状记忆合金（shape memory alloy，简称SMA）一维本构关系建立了作动器的弯曲变形力学模型；其次，通过实验对力与变形之间的关系进行了验证，弯曲变形与理论结果一致；最后，通过回弹结构的动力学设计，使得该作动器能够在恢复阶段快速回到初始形态。

实验结果显示，加热用于变刚度的形状记忆合金丝可显著提升作动器的负载能力，从而达到变刚度的效果。

关键词形状记忆合金；可变刚度；本构模型；软体作动器中图分类号TP242；TH11引言机器人通常由刚性部件通过控制系统、驱动机构及关节等来完成各种复杂的动作［1］。

为适应不同的工作环境和特定的任务需求，完全由刚性部件构建的机器人则难以胜任［2］。

受到自然界生物的启发，人们越来越趋于采用具有极低刚度与高适应性的软作动器来代替刚性抓取器，如生物肌肉［3］、章鱼触手和啄木鸟的脖子［4］等。

目前，软作动器有多种驱动形式。

例如，气泵软作动器通过内部气压调节实现变形并维持形状［5］；线缆驱动的软作动器是通过电机带动线缆来驱使软作动器变形［6］。

然而，这类作动器需外置动力装置，不够轻便。

基于电活性聚合物的作动器驱动力小、寿命短且响应时间长［7］。

工业上广泛使用的压电材料也可被用于软作动器，但压电材料变形有限，同时驱动电压较高［8］。

此外，形状记忆聚合物（shape memory polymer，简称SMP）因具有变刚度的特性也被用于软作动器中，但SMP自身刚度较低，很难用于抓取大质量物体［9］。

镍钛铌形状记忆合金特性的试验与本构模型研究

镍钛铌形状记忆合金特性的试验与本构模型研究形状记忆合金因其独特的伪弹性和形状记忆效应,近几十年来受到了广泛关注。

NiTiNb形状记忆合金作为NiTi基合金的重要成员,在一定的温度(Ms+30oC)下经历一定的预变形(约16%)后可获得宽的相变滞后效应和较好的形状记忆效应,使该材料制作而成的管接头等连接件能够在常温下运输和储存,从而大大方便了应用。

另一方面,随着科技的发展,材料与结构的使役条件日益苛刻,形状记忆合金实际使用过程中不可避免的卷入塑性变形,而塑性变形对形状记忆合金的逆相变应力和滞后温度有着显著的影响。

为了更好的利用这种材料,国内外的学者对其热力学特性进行了大量的研究工作。

本文在系统地分析国内外有关形状记忆合金试验和本构行为研究现状的基础上,结合近年来有关Ni47Ti44Nb9形状记忆合金试验及本构模型的发展,对Ni47Ti44Nb9形状记忆合金的热—力学特性进行了较为系统的试验研究,在此基础上提出了一种考虑塑性变形影响和片层状微结构的跨层次形状记忆合金本构模型及Ni47Ti44Nb9形状记忆合金的细观力学模型。

取得了以下进展:1、对Ni47Ti44Nb9形状记忆合金进行了系统的试验研究:运用微观观测手段观察了合金的微观组织结构并测量了其各组成成分;运用DSC和XRD方法测量了合金的特征相变温度点和组织状态,在此基础上进行了不同温度条件下合金的单轴拉伸试验和纯扭转试验及其升温回复特性研究;研究了Ms+30oC温度下不同拉扭比例的比例加载、先拉后扭和先扭后拉三种典型路径下的力学响应及相应的升温回复特性的比较;利用XRD方法测量了不同加载路径条件下材料内部激活的不同变体。

试验结果表明,常温下基体材料由细条状的奥氏体组成,富Nb相颗粒弥散分布在NiTi基体中;材料在拉伸和扭转变形下的响应具有显著差异,包括应力应变曲线及试件表面形貌,但其相变应力都随着环境温度的升高而升高;双轴路径下材料的力学响应及升温回复特性强烈的依赖于加载路径,并在应变空间中沿最短路径回复;单轴拉伸和纯扭转加载方式在材料内部激活的马氏体变体不同,而拉—扭二维加载路径下激活的变体是二者的叠加。

形状记忆原理及应用

形状记忆机制示意图（拉应力状态）
设Ms、Mf分别表示冷却时奥氏体（又称为母相）向
马氏转变的开始温度和终了温度，、表示加热时马氏体向奥氏体逆转变的开始温度和终了温度。具有马氏体逆转变，且与温度相差（称为转变的热滞后）很小的合金，将其冷却到点以下，马氏体晶核随着温度下降逐渐长大；温度回升时，马氏体相又反过来同步地随温度上升而缩小，马氏体相的数量随温度的变化而发生变化，形状记忆效应是热弹性马氏体相变产生的低温相在加热时向高温相进行可逆转变的结果。
SATELLITE THERMAL ENVIRONMENTS
- Environmental heating
qtotal qs qa qe
qs 1350 a s cos qa 1350 ( AF)a s F cos qe Te4 ae F
: angle between the solar-flux vector and surface normal to the antenna, as: surface absorption for solar radiation, ae:surface absorption for Earth radiation AF: the solar albedo factor
主要技术指标
抗蚀性与黄铜相当疲劳寿命＞105（ε=0.005）滞后宽度＞90℃ 贮存温度＜50℃ 记忆应变＞3.5% 拉脱力＞350kg（φ8管）气密性在振动及50kgf/cm2静压下，五分钟压力不降，无泄露。
当前国内外同类课题研究水平
美国Raychem公司报道了宽滞后Cu基记忆管接头，使用的记忆合金为Cu-10Al-5Mn-4Zn，变形条件是Ms点附近（-40℃）4-5%的变形，声称滞后宽度可达90K。日本也进行了类似的报道，并应用于冰箱等管接头连接。但我们的跟踪研究表明，按Raychem公司和日本报道的条件去做，可供利用的有效滞后宽度实际上难以达到90K，合金延伸率也偏低，仅为6%，扩孔时经常开裂，且合金难以冷加工，尚不能真正实用化。我们新设计的产品具有独立自主的知识产权。

【2017年整理】形状记忆合金文献综述

形状记忆合金性能及其应用综述引言：形状记忆合金形状记忆效应、超弹性效应、高阻尼特性、电阻突变效应以及弹性模量随温度变化等一般金属不具备的力学特性，使其在仪器仪表、自动控制、机器人、机械制造、汽车、航天航空、生物医学等工程领域都能发挥重要的作用，对其本构性能和在工程应用中的性能的研究十分必要。

本文综合了自1971年以来国内外众多科学家对形状记忆合金做出的各方面的研究，并做出简要评价，提出自己的看法和本课题研究内容，为对形状记忆合金的应用研究提供一定参考。

国内外研究现状：1、SMA材料种类研究现状自上个世纪30年代人们发现Au-Cd合金具有记忆效应以来，进过几十年的研究，发现的形状记忆合金按相变特征类，可分成如下几个系列[1]：1、由热弹性马氏体相变呈现形状记忆效应的合金1) TiNi系列，发生体心立方——无公度相——菱方R相——单斜BI9相变。

包括TiNi、TiNiFe、TiNiCu、TiNiNb(宽滞后)、TiNiCo等。

2) β铜基合金系，包括:Cu-Al-Ni(Cu-Al-X=Ti或Mn),发生体心立方—近正交γ1’（2H）或单斜β1’（18R1）, γ1’—单斜β1”（18R2），β1”--单斜α1, β1’--单斜α1相变（视应力大小而定）；Cu-Zn-Al-X（Cu-Zn-Al-X，X=Mn或Ni等），发生体心立方（β2、DO3或Lα1）--单斜9R或18R相变；其它，如Cu-Zu和Cu-Zn-X （X=Si、Sn、Au等）。

3）其它有色合金系，包括：Au-Cd、Ag-Cd、In-Ti、Ti-Nb、Co-Ni、Ni-Al等。

4) Fe3Pt（γ—α’，γ—fct）和Fe-30at%Pd（γ—fct）。

5) Fe-Ni-Co-Ti系，发生时效γ一薄片状α’(bcc和bct)马氏体相变，如Fe-33Ni-l0Co-4Ti、Fe-31Ni一I0Co-3Ti及Fe-33Ni-l0Co-(3~4)Ti-Al等。

新型智能材料（形状记忆合金）论文（范文）

新型智能材料（形状记忆合金）论文（范文）第一篇：新型智能材料(形状记忆合金)论文（范文）铁素体、奥氏体、马氏体组成铁碳合金的铁具有两种晶格结构：910℃以下为具有体心立方晶格结构的α——铁，910℃以上为具有面心立方晶格结构的Υ——铁。

如果碳原子挤到铁的晶格中去，而又不破坏铁所具有的晶格结构，这样的物质称为固溶体。

碳溶解到α——铁中形成的固溶体称铁素体。

而碳溶解到Υ——铁中形成的固溶体则称奥氏体。

奥氏体是铁碳合金的高温相。

钢在高温时所形成的奥氏体，过冷到727℃以下时变成不稳定的过冷奥氏体。

如以极大的冷却速度过冷到230℃以下，这时奥氏体中的碳原子已无扩散的可能，奥氏体将直接转变成一种含碳过饱和的α固溶体，称为马氏体。

由于含碳量过饱和，引起马氏体强度和硬度提高、塑性降低，脆性增大。

高分子形状记忆合金的发展及趋势摘要：本论文主要讨论形状记忆合金相关内容,扼要地叙述了形状记忆合金的发现以及发展历史和分类, 介绍了形状记忆合金在工程中应用的现状以及发展前景。

引言形状记忆合金(Shape Memory Alloy ,SMA)是指具有一定初始形状的合金在低温下经塑性形变并固定成另一种形状后,通过加热到某一临界温度以上又可恢复成初始形状的一类合金。

形状记忆合金具有的能够记住其原始形状的功能称为形状记忆效应(Shape Memory Effect ,SME)。

研究表明, 很多合金材料都具有SME ,但只有在形状变化过程中产生较大回复应变和较大形状回复力的,才具有利用价值。

到目前为止,应用得最多的是Ni2Ti 合金和铜基合金(CuZnAl 和CuAlNi)。

形状记忆合金作为一种特殊的新型功能材料,是集感知与驱动于一体的智能材料,因其功能独特,可以制作小巧玲珑、高度自动化、性能可靠的元器件而备受瞩目,并获得了广泛应用。

二、形状记忆合金的发展史1932年,瑞典人奥兰德在金镉合金中首次观察到“记忆”效应，即合金的形状被改变之后，一旦加热到一定的跃变温度时，它又可以魔术般地变回到原来的形状，人们把具有这种特殊功能的合金称为形状记忆合金。

镍棒材料的形状记忆性能研究及其在智能材料中的应用

镍棒材料的形状记忆性能研究及其在智能材料中的应用形状记忆合金（Shape Memory Alloy, SMA）是一种具有特殊性能的智能材料，其最具代表性的成分之一就是镍棒材料。

镍棒材料的形状记忆性能是其功能的核心，具有广泛的应用前景。

本文将从形状记忆性能的基本原理、研究方法和应用领域三个方面探讨镍棒材料形状记忆性能及其在智能材料中的应用。

1. 形状记忆性能的基本原理形状记忆合金的形状记忆性能是指在经历一定的形状变化之后，能够还原到其初始形状的特性。

这种特性是由合金的微观组织和晶体结构决定的。

在镍棒材料中，主要的形状记忆效应是马氏体相变效应。

马氏体相变是指在高温下，合金呈现奥氏体结构（高温相），当温度降低到临界温度以下时，合金转变为马氏体结构（低温相）；当温度再次升高时，合金又会转变回奥氏体结构。

这种相变过程伴随着晶体结构改变和形状的变化，使得镍棒材料具有形状记忆性能。

2. 形状记忆性能的研究方法为了研究镍棒材料的形状记忆性能，科学家们采用了多种研究方法，包括实验观测、数值模拟和理论分析等。

实验观测是研究形状记忆性能的基础方法，通过测量材料在不同温度下的形状变化，可以得到其相应的形状记忆特性曲线。

实验观测结合力学性能测试和显微结构分析，能够揭示材料的形状记忆机理。

数值模拟在研究形状记忆性能中也发挥着重要的作用。

通过建立相应的数学模型，模拟材料的相变过程，并计算出其形状变化的规律。

数值模拟能够提供静态和动态形状记忆性能的预测和优化，加速新材料的开发过程。

理论分析则是在实验观测和数值模拟的基础上，通过理论推导和解析计算，深入研究形状记忆性能的机理和影响因素。

理论分析可以从材料的能量、相变热力学和弹性力学等方面，揭示形状记忆效应的本质和规律。

3. 在智能材料中的应用镍棒材料的形状记忆性能以及其与其他材料的复合，赋予了智能材料各种独特的功能，实现了在多个领域的应用。

3.1 智能结构利用镍棒材料的形状记忆性能，可以设计和制造具有自修复、自充气和自传感等功能的智能结构。

第5章-形状记忆合金

过程4：
将变形马氏体加热到As点以上，马氏体发生逆转变，因为马氏体晶体的对称性低，转变为母相时只形成几个位向，甚至只有一个位向—母相原来的位向。尤其当母相为长程有序时，更是如此。当自适应马氏体片群中不同变体存在强的力学偶时，形成单一位向的母相倾向更大。逆转变完成后，便完全回复了原来母相的晶体，宏观变形也完全恢复。
每片马氏体形成时都伴有形状的变化。这种合金在单向外力作用下，其中马氏体顺应力方向发生再取向，即造成马氏体的择优取向。当大部分或全部的马氏体都采取一个取向时，整个材料在宏观上表现为形变。对于应力诱发马氏体，生成的马氏体沿外力方向择优取向，在相变同时，材料发生明显变形，上述的24个马氏体变体可以变成同一取向的单晶马氏体。
表5-2 具有伪弹性的合金及马氏体结构
从逆转变引起形状恢复这个角度来看，形状记忆合金都会表现出超弹性(在原理上)。二者本质是相同的，区别只是变形温度与最初状态(马氏体还是母相)不同。
如果合金塑性变形的临界应力较低[如图中(B)线]，在应力较小时，就出现滑移，发生塑性变形，则合金不会出现伪弹性。
图5-9 Ti-Ni二元合金状态图
2. 时效处理作用：
时效处理一方面能提高滑移变形的临界应力，另一方面能引起R相变。R相变是B2 点阵受到沿<111>方向的菱形畸变的结果。通过时效处理、反复进行相变和逆转变及加入其它元素，当母相转变为R相时，相变应变小于1％，逆转变的温度滞后小于1.5K。
NiTi合金从高温母相冷却到通常的马氏体相变之前，要发生菱形结构的 R相变，使电阻率陡峭增高。在马氏体相变发生后，电阻率又急剧降低，形成一个独特的电阻峰，在反复进行马氏体相变的热循环之后，合金相变温度将可能发生变化。见图5-10， N为热循环数，箭头所指图5-10 热循环对NiTi合金电阻-温度曲线的影为相变点位置。由图可见，响(1273K／3.6ks固溶处理) 热循环使Ms-Mf相变温度区增大了。

形状记忆合金论述3000字论文

形状记忆合金论述摘要：形状记忆合金，是一种在加热升温后能完全消除其在较低的温度下发生的形变，恢复其形变原始形狀的合金材料。

这种合金在高温（奥氏体状态）下发生的“伪弹性”行为，表现为这种合金能承载比一般金属大几倍甚至几十倍的可恢复应变。

形状记忆合金的这些独特性质源于其内部发生的一种独特的固态相变——热弹性马氏相变体。

关键词：形状记忆合金、马氏相变体、记忆效应引言：形状记忆合金材料兼有传感和驱动的双重功能，是一种智能结构中技术成熟性很高的功能材料，可以实现机械结构的微型化和智能化。

形状记忆效应(SME)即某种材料在高温定形后，冷却到低温(或室温)，并施加变形，使它存在残余变形[1,2]。

当温加热超过材料的相变点，残余变形即可消失，恢复到高温时的固有形状，如同记住了高温下的状态。

SMA及其驱动控制系统具有许多的优点，如高功率重量比，适于微型化；集传感、控制、换能、致动于一身，结构简单，易于控制；对环境适应能力强，不受温度以外的其他因素影响等，有着传统驱动器不可比拟的性能优点。

形状记忆合金由于具有许多优异的性能，因而广泛应用于航空航天、机械电子、生物医疗、桥梁建筑、汽车工业及日常生活等多个领域。

一、发展史1932年,瑞典人奥兰德在金镉合金中首次观察到"记忆"效应，即合金的形状被改变之后，一旦加热到一定的跃变温度时，它又可以魔术般地变回到原来的形状，人们把具有这种特殊功能的合金称为形状记忆合金。

记忆合金的开发迄今不过20余年，但由于其在各领域的特效应用，正广为世人所瞩目，被誉为"神奇的功能材料"。

最早关于形状记忆效应的报道是由Chang及Read等人在1952年作出的。

他们观察到Au-Cd合金中相变的可逆性。

后来在Cu-Zn合金中也发现了同样的现象，但当时并未引起人们的广泛注意。

直到1962年，Buehler及其合作者在等原子比的TiNi合金中观察到具有宏观形状变化的记忆效应，才引起了材料科学界与工业界的重视。

形状记忆合金与分析测试综合实验课程实验教学大纲

《形状记忆合金与分析测试综合实验》课程实验教学大纲课程名称：形状记忆合金与分析测试综合实验英文名称：Compre hensive Experimeut of Shape Memory Alloy and Aualysis课程编号：实验课性质：独立设课课程负责人：耿贵立开放实验项目数：6大纲主撰人：耿贵立大纲审核人：闵光辉一、学时、学分课程总学时：17 实验学时：17课程总学分：实验学分：二、适用专业及年级适用于材料方向二、三年级三、综合实验教学目标与基本要求1．在介绍了形状记忆合金的基本知识之后，让学生观察由形状记忆合金制做的涡轮型热机、偏心曲柄型热机、偏心曲柄型发电热机、划水型热机、双程记忆合金花、全程记忆合金花、双程记忆合金簧、单程记忆合金簧、医疗用于人体的各类记忆合金内支架等教学模型的动作变化。

通过由形状记忆合金制作的模型的动作实验，让学生产生好奇与兴趣。

在有了感性认识的基础上，然后以铜基形状记忆合金作为综合实验各个实验环节的分析测试材料，以热分析仪、能谱仪、扫描电镜、透射电镜、高性能金相显微镜及定量分析系统、显微硬度计、X射线衍射仪为手段，让学生了解形状记忆合金的动作温度，动作所需要的能量，马氏体相与母相的硬度区别，动作（相变）温度及记忆性能与化学成分、马氏体形貌、形态、亚结构、马氏体量及马氏体类型的依赖关系，使彼此孤立的实验联系起来，让学生了解分析测试的全过程，以体现知识的系统性、连贯性和综合性，将所学知识点全部综合起来有所升华，以达到本综合实验教学之目的。

2．通过综合实验，让学生了解和掌握综合实验所使用的差热分析仪、差示扫描量热分析仪、能谱仪、扫描电镜、透射电镜、高性能金相显微镜及定量分析系统、显微硬度计、X射线衍射仪等现代分析测试仪器设备的主要功能，以及测量方法和测量原理。

3．通过综合实验，让学生了解综合实验中每个环节的样品的制备方法和检测过程，以及操作方法。

4．通过综合实验，让学生了解综合实验中每个实验环节的必然联系。

形状记忆材料论文

形状记忆材料论文最近几年，怎样有效的提升土木工程构造的安全性、持久性是现在人们普遍关注的问题之一。

通过各国学者的不断努力和研究，针对该情况也提出了相关的解决措施，来进一步的加强结构中的安全性和稳固性。

其中，因为智能材料所融合而成的智能材料结构系统在土木工程的使用过程中，不但具有强大的吸引力，还具有鲜明的革命性。

现在，土木工程范围中使用最为普遍的就是只能材料有形状记忆合金、压电材料、光栅光纤和磁流变体等。

在丰富多样的智能材料中，形状记忆合金，简称SMA，该材料对形状具有一定的记忆性，该材料自身具有感知性、判断性和自我适应性等特征。

SMA 因为其恢复变形大、因为受限回复时可能产生大量的驱动力、电阻对应比较敏感、高阻尼性能、抗疲劳性能好，而且还可以完成多样化的变形模式，容易和混凝土、钢等材料融合起来，并且受到了人们的广泛关注，国内外很多学者对SMA在土木工程中的使用进行了相关的理论探索和实验研究。

1SMA的主要价值1.1形状记忆效用（SMA）。

相撞记忆效用主要表现在一些具有热弹性或是引发马氏体相变的材料存在于马氏体状态中，并且通过一定程度的变形，经过加热并超越了马氏体相，等到温度消失之后，材料的形状可以恢复到之前的模样和体积。

因为材料记忆效用各不相同，主要划分为单程、双程和全方位SMA，单程SMA是指材料只能进行一次动作，也就是加热之后保持高温时的状态，并且一直维持；双程SMA主要是指材料反复加热和遇冷之后，能够反复在高、低温之间进行变化；全方位SMA主要是指材料在保持双程记忆的时候，如果冷却到特别低的温度，就会呈现出和高温完全不一样的形状。

1.2超弹性(PE)。

超弹性就是指当SMA温度超越奥式体变相完成温度Af之后，加载应力达到了弹性极限，也就出现了非弹性应变，持续加载将会出现马氏体相变，但是马氏体也会因为应力的丧失而消失，虽然不加热也会出现马氏体逆相变，并且恢复到原来的材料状体，也就是奥式体相，应力效用中的整体变形也会因为逆相变的出现而完全消失。