鐵磁形狀記憶合金力磁耦合的各向異性模型研究

《鐵磁形狀記憶合金力磁耦合的各向異性模型研究》是依託江蘇大學，由朱玉萍擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：鐵磁形狀記憶合金力磁耦合的各向異性模型研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：朱玉萍
• 依託單位：江蘇大學

項目摘要

鐵磁形狀記憶合金（FSMA）是一種新型的功能材料。它除了具有傳統的溫控和應力控制記憶合金的一般特點外，還可以在磁場的作用下輸出應變，極大地拓展了傳統的形狀記憶合金套用前景。由於其具有強鐵磁性、大磁致伸縮、明顯的形狀記憶效應，回響頻率接近壓電陶瓷，輸出應變與應力接近溫控形狀記憶合金等特點，所以FSMA在軍工﹑航空航天等領域中非常具有發展潛力的功能材料。然而，到目前為止人們對FSMA力學特性的研究還屬於初步探索階段，對其本構特性認識還不夠充分。本項目擬對FSMA在力、磁耦合場作用下的力學性能進行測試，觀察相應的相變微結構特徵，獲得各種力學性能參數和微結構演化規律。進一步結合細觀力學方法和熱動力學原理，考慮材料的各向異性，提出能充分考慮材料微細觀結構和磁力學路徑影響的實用精確的FSMA力學本構模型，然後編寫有限元程式進行數值模擬，並把該模型推廣到複雜結構、複雜外場的情況。

結題摘要

鐵磁形狀記憶合金（FSMA）是一種新型的功能材料。它除了具有傳統的溫控和應力控制記憶合金的一般特點外，還可以在磁場的作用下輸出應變，極大地拓展了傳統的形狀記憶合金套用前景。由於其具有強鐵磁性、大磁致伸縮、明顯的形狀記憶效應，回響頻率接近壓電陶瓷，輸出應變與應力接近溫控形狀記憶合金等特點，所以FSMA在軍工﹑航空航天等領域中是非常具有發展潛力的功能材料。然而，到目前為止人們對FSMA力學特性的研究還屬於初步探索階段，對其本構特性認識還不夠充分。本項目以單晶鐵磁形狀記憶合金Ni2MnGa為研究對象，測試試樣的材料常數，分別沿FSMA試樣晶軸的三個不同方向進行了單軸向壓縮試驗，測量了應力-應變曲線；力-磁耦合作用時，測量了不同方向的磁場強度-應變曲線。以單晶Ni2MnGa為研究對象，採用熱力學方法推導了鐵磁形狀記憶合金在兩軸向磁場作用下的力學本構模型，分析Ni2MnGa單晶試樣在雙向磁場作用下的非線性力學行為和滯後效應；以Ni2MnGa單晶壓縮試驗為基礎，基於細觀力學的理論和熱力學原理，建立單晶鐵磁形狀記憶合金在應力作用下的本構模型；選取合適的內變數，並考慮單晶材料的各向異性，分析了鐵磁形狀記憶合金的各向異性相互作用能，並建立鐵磁形狀記憶合金各向異性本構關係。數值分析表明，Ni2MnGa單晶試樣的力學行為呈現很強的各向異性；當磁場垂直於應力時，磁場方向的磁致應變要遠小於應力方向的磁致應變；當磁場平行於應力時，磁場方向產生的磁致應變要小於垂直於磁場方向的應變；考慮基體的各向異性時，鐵磁形狀記憶合金的互動作用能及磁致應變的值均比近似各向同性基體時的值大，更接近於實驗。所以本項目的模型可以很好地描述鐵磁形狀記憶合金的複雜的力學行為。