TiNi相变悬臂梁的横向冲击特性试验研究3.PDF

　第 27 卷 　第 4 期 爆 炸 与 冲 击 Vol . 27 , No . 4 　 　2007 年 7 月 EXPL O SION AND SHOC K WAV ES J uly . , 2007 　 文章编号 : 100 11455 (2007) Ti Ni 相变悬臂梁的横向冲击特性实验研究 唐志平 , 卢艰春 , 张兴华 ( 中国科学技术大学中科院材料力学行为和设计重点实验室 ,安徽 合肥 230027) 　　摘要 : 利用改装的霍普金森压杆装置对 TiNi 形状记忆合金圆截面悬臂梁进行了横向冲击实验研究 ,并 与 45 # 钢悬臂梁的实验结果进行了对比, 目的是探索相变对结构动态响应的影响 。结果表明:在同样冲击条 件下 , TiNi 悬臂梁的吸能效率优于钢悬臂梁 ;发现冲击过程中 , TiNi 试件根部内侧可能形成局部“相变铰”,使 阻力曲线的斜率发生变化 ;卸载后“相变铰”消失 , TiNi 悬臂梁试件基本回复原状 ,钢试件则留下显著的残余 变形 。TiNi 悬臂梁的冲击特性受热弹性马氏体相变和逆相变的支配 ,不同于传统的弹塑性机制 。 　　关键词 : 固体力学 ;冲击相变 ;横向冲击 ; TiNi 悬臂梁 ;相变铰 ;形状记忆合金 　　中图分类号 : O344 　　　国标学科代码 : 130 ·1515 　　　文献标志码 : A 1 　引　言 ( ) 　　形状记忆合金 SMA 作为一种新型功能材料受到了材料科学和工程界的普遍重视 ,其冲击响应主 要受热弹性马氏体相变的支配[ 1 ] 。如今 K. Wil de 等[2 ] , R . De sRoche s 等[3 ] 、意大利 M . Dolce 等[4 ] 已经 着手研究 TiNi 形状记忆合金在桥梁抗震方面的应用 , 由于一定条件下 SMA 相变时产生的滞回特性具 有良好的吸能效应 ,将形状记忆合金丝和圆杆用在桥梁的关键部位 ,可大大减小桥梁在地震时的振幅及 [ 5 ] 位移 。J . S. N . Paine 等 用实验的方法研究了低速冲击下含 SMA 纤维的复合材料梁的动力响应 ,发现 [ 6 ] 尽管 SMA 纤维的体积含量仅为 2 . 8 % ,却能大大提高梁的抗冲击破坏的能力 。V . Bir man 等 研究了 低速冲击下复合材料板的整体变形问题 ,指出同等载荷下含 SMA 纤维的碳/ 环氧层合板的挠度可以减 少 1/ 3 。D . C. L agou da s 等[ 7 ] 曾利用 M T S 对 TiNi 薄壁圆管组成的多孔结构进行横向准静态压缩实验 , 圆管在压缩下呈现多种变形模态 ,当外力撤消后 ,圆 管形状能完全恢复 。然而迄今为止 ,有关 SMA 结 构的动态冲击响应 尚未有系统的研究报道 。TiNi 合金是一种典型的形状记忆合金 。在本文中 ,尝试 对 TiNi 合金悬臂梁进行横向冲击实验 ,研究其冲击 变形的基本模式和吸能特性 ,并与 45 # 钢作对比, 探讨其响应特点和机理 。 2 　实验装置和试件 　　实验在中国科学技术大学 14 . 5 mm 口径的 经改造的分离式 Hop kin son 压杆[ 8 ] 上进行 ,实验示 意图如图 1 所示 。试件为直径 8 mm 的 TiNi 合金 圆杆 ,总长 180 mm ,其中夹持部分长 20 mm ,悬臂 图 1 悬臂梁实验示意图 部分长 L = 160 mm 。TiNi 合金棒材从上海钢铁研