1、功能梯度形狀記憶合金(Functionally Graded Shape Memory Alloy，簡(jiǎn)稱FG-SMA)是一種新興的功能材料，其不僅具有功能梯度材料(Functionally GradedMaterial，簡(jiǎn)稱FGM)的連續(xù)變化的材料特性，能夠消除普通層合材料中的應(yīng)力集中，還具有形狀記憶合金(Shape Memory Alloy，簡(jiǎn)稱SMA)的獨(dú)特的形狀記憶效應(yīng)和超彈性。FG-SMA以其獨(dú)特的物理力學(xué)性能引起了材料界的廣泛

2、關(guān)注和研究，并開始被應(yīng)用到許多不同的實(shí)際工程領(lǐng)域，這些實(shí)際應(yīng)用必須以該材料的物理力學(xué)性能為前提。本文對(duì)不同載荷作用下的不同結(jié)構(gòu)形式的FG-SMA的力學(xué)性能進(jìn)行了研究，主要內(nèi)容如下:
　　首先對(duì)由彈性材料和彈塑性材料組成的FGM簡(jiǎn)支梁受均布載荷作用的彈塑性變形行為進(jìn)行分析，得到這種FGM梁受力變形的理論解。文中采用冪函數(shù)來(lái)描述FGM梁中組分材料體積分?jǐn)?shù)的變化情況，應(yīng)用細(xì)觀力學(xué)平均化的方法確定材料的整體性能。這種方法可以避免直接假設(shè)F

3、GM的整體性能的變化，而且可以考慮不同材料的泊松比的影響。此外，對(duì)于本文研究的FGM梁，只有一相材料（彈塑性材料）發(fā)生屈服，屈服函數(shù)完全由彈塑性材料的應(yīng)力確定，而非FGM的整體應(yīng)力。這種方法更加接近材料的真實(shí)情況，而已有的直接假設(shè)FGM整體性能變化的方法無(wú)法真實(shí)模擬該情況。
　　通過(guò)充分考慮組分材料各自的本構(gòu)關(guān)系，本文給出了FG-SMA復(fù)合材料梁在純彎曲載荷作用下的受力變形行為的理論解。其中SMA的本構(gòu)關(guān)系由分段線性模型確定，這種

4、方法可以避免直接考慮馬氏體體積分?jǐn)?shù)的復(fù)雜的變化形式，有效的簡(jiǎn)化計(jì)算，并考慮了SMA的拉壓不對(duì)稱特性。數(shù)值計(jì)算結(jié)果顯示，與普通FGM(不含SMA)梁相比，F(xiàn)G-SMA梁能顯著降低梁內(nèi)的最大應(yīng)力。通過(guò)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比可知，上述方法能夠較好的模擬FG-SMA復(fù)合材料的力學(xué)行為。
　　將熱傳導(dǎo)的理論與復(fù)合材料力學(xué)的理論相結(jié)合，本文對(duì)受梯度溫度載荷作用的FG-SMA復(fù)合材料板的熱力學(xué)性能進(jìn)行了研究，給出了確定板內(nèi)某位置處相變狀態(tài)的相變函數(shù)和計(jì)

5、算板內(nèi)熱應(yīng)力的方法。研究結(jié)果表明，在不同的上下表面溫度作用下，板內(nèi)的溫度場(chǎng)呈非線性的分布;由于溫度和材料性能的不同，板內(nèi)首先發(fā)生馬氏體相變的位置和區(qū)域并不固定，需要研究特定溫度下的相變函數(shù)來(lái)確定板內(nèi)某位置處的相變狀態(tài)。與已有文獻(xiàn)對(duì)比顯示，本文給出的研究FG-SMA熱力學(xué)性能的方法是準(zhǔn)確有效的。
　　功能梯度多孔形狀記憶合金(Functionally Graded Porous Shape MemoryAlloy，簡(jiǎn)稱FGP-SMA

6、)是一種特殊的多孔SMA，其材料內(nèi)部的孔隙率沿著梯度方向不斷變化。本文應(yīng)用細(xì)觀力學(xué)的理論，充分考慮材料的微觀組成和組分材料之間的相互作用，建立了一個(gè)FGP-SMA的細(xì)觀力學(xué)本構(gòu)模型，該模型可預(yù)測(cè)FGP-SMA在外力和溫度等復(fù)雜載荷作用下的力學(xué)行為。應(yīng)用該模型對(duì)FGP-SMA圓柱在單軸壓縮下的力學(xué)行為進(jìn)行了研究。
　　通過(guò)對(duì)多孔SMA的相變機(jī)理進(jìn)行研究，本文提出了一個(gè)新的考慮了靜水壓力的相變勢(shì)函數(shù)，建立了一個(gè)FGP-SMA的宏觀唯象

7、模型。此外，針對(duì)FGP-SMA材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，介紹了一種能夠用于研究FGP-SMA力學(xué)性能的有限元建模方法。數(shù)值計(jì)算結(jié)果顯示，與單一孔隙率多孔SMA的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線類似，F(xiàn)GP-SMA的平均應(yīng)力隨著應(yīng)變的增大而平滑的增大，沒(méi)有明顯的相變轉(zhuǎn)折點(diǎn)。此外，有限元分析結(jié)果顯示，材料內(nèi)部的馬氏體相變首先發(fā)生在孔隙周圍的高應(yīng)力集中區(qū)域，并逐漸向其它區(qū)域擴(kuò)展。
　　文中建立的細(xì)觀力學(xué)模型、宏觀唯象模型和有限元模型均能較好的模擬FGP-SM