本文采用试验和有限元计算相结合的方法,主要分析了超弹性NiTi形状记忆合金的疲劳断裂性能以及在多轴循环加载下的力学行为。模拟计算采用了基于广义塑性原理的Ferdinando Auricchio唯象学模型。得到的主要结论如下: 1.通过NiTi合金丝的一系列单轴拉仲试验得到了在不同温度下的超弹性应力应变曲线,从而得到了Aurrichio超弹性模型所用的参数,并对模型进行了验证,有限元模拟结果和试验结果吻合较好。 2.研究了无裂纹试样缺口根部以及不同裂纹长度的试样裂纹尖端的相变场。主要分析了室温下不同载荷水平下试样的相变场,以及温度对相变场的影响。研究表明裂纹的存在导致马氏体的体积分数以及相变区域显著增大,但是相变区域集中在裂纹尖端附近。马氏体的体积分数以及相变区域随着裂纹长度的增加而显著增大。对于无裂纹试样,不同温度下引发马氏体相变所需的加载载荷随温度的增加而增大,而有裂纹试样则基本不变。温度的影响没有裂纹的影响那么显著。随着温度的增加,无论是无裂纹试样还是有裂纹试样,马氏体相变区域都显著减小。研究还表明,马氏体相变场不仅仅和载荷有关而且还和加载路径有关。 3.分析了在弯曲载荷作用下,NiTi合金丝的超弹性行为。讨论了TiC夹杂对试样横截面应力分布的影响,并对旋转弯曲疲劳(BRF)试验的结果给出了初步解释。试件横截面上的最大应力和夹杂位置有关,也和载荷大小和加载卸载状态有关。对于无夹杂试样,最大应力也不总是在试件表面处。最大应力随着夹杂距中性轴的距离增大而增大,特别是夹杂位于试件表面时,最大应力急剧增大,其结果易于裂纹的萌生。 4.对预加扭曲载荷的NiTi合金丝在弯曲载荷作用下的力学行为进行了模拟。结果表明,在BRF试验中加载很小的扭转角,可以显著的改变试件表面的应力状态。在相同的弯矩载荷下,应力在试件横截面上的分布和纯弯曲有很大的不同。 5.为了了解NiTi合金在多轴加载下的力学响应,进行了薄壁圆筒的纯扭转试验西北工业大学硕士学位沦文 以及拉一扭组合试验。纯扭转加载和单轴拉伸加载一样,相变开始和结束的应 力随着循环次数的增加逐渐减小,和单轴拉伸不同的是纯扭转加载在相变开 始时没有出现应力的显著下降。拉一扭组合试验中,保持扭转角不变,随着 拉伸位移的增加,正应力增大而剪应力下降到原来的一半左右,随后卸载拉 伸位移,剪应力不能完全恢复。在双轴加载的作用下,等效应力一应变曲线不 是一条光滑曲线。6.进行了某种国产NITi合金断裂韧性测试试验,得到了材料的断裂韧性Klc。关键词:NITi形状记忆合金,超弹性,Auricchio模型,疲劳断裂,拉扭组合。