嵌入形状记忆合金丝复合材料梁热屈曲分析

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采用理论分析和定量计算相结合的办法,研究了嵌入形记忆合金丝复合材料梁在均匀升温下的热屈曲问题。研究了如何利用SMA在约束状态下的形状回复力来提高梁的热屈曲临界温度和减小过屈曲变形。 首先分析和总结了NiTi形状记忆合金的基本力学行为,如形状记忆效应、超弹性效应和弹性模量随温度变化等特性。讨论了SMA的一维本构关系模型,针对Brinson一维模型分析了SMA在恒温下的应力与应变、自由回复状态下的应变与温度和完全约束状态下的应力与温度之间的特性关系,并通过计算给出了相应的关系曲线。基于复合材料细观力学混合率公式,利用Brinson本构关系模型推导出了嵌入SMA纤维复合材料梁的物理方程。采用梁的精确几何非线性理论和嵌入SMA纤维复合材料梁的热弹性本构关系,建立了嵌入SMA丝复合材料梁在变温和机械载荷共同作用下的过屈曲几何非线性模型。利用打靶法数值求解所得强非线性常微分方程两点边值问题,分别获得了均匀加热的SMA复合材料梁在三种不同边界条件(pinned-pinned,fixed-fixed,pinned-fixed)的热屈曲响应,给出了相应的过屈曲时的平衡路径和平衡构形。结果表明,利用SMA纤维的形状回复力可以明显地提高了梁的热屈曲临界温度,而且梁的临界温度随着SMA纤维所占的体积含量的增多而单调增加。在某一给定的温度下,SMA的嵌入可以抑制梁的过屈曲变形。
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