功能梯度形状记忆合金复合梁的力学行为

作者：康泽天; 周博^*; 薛世峰

来源：复合材料学报, 2019, 36(08): 1901-1910.

DOI：10.13801/j.cnki.fhclxb.20181114.003

• 功能梯度材料
• 形状记忆合金
• 悬臂梁
• 复合材料力学
• 力学模型

功能梯度形状记忆合金(Functionally graded shape memory alloy,FGSMA)兼具功能梯度材料和形状记忆合金材料的双重特性,广泛应用于微机电、航空航天等工程领域。为研究FGSMA复合梁的弯曲行为,本文对形状记忆合金(SMA)力学本构方程进行简化处理,并根据复合材料层合板理论建立了FGSMA复合梁的力学模型,据此研究了SMA体积分数沿厚度方向呈线性变化的FGSMA悬臂梁内SMA纤维铺设角度对悬臂梁横截面应变、中面轴向位移、中性面高度和相变层高度的影响以及悬臂梁中面应变、曲率、SMA马氏体相变临界层高度和中性面高度随弯矩载荷的变化规律。研究结果表明:在弯矩载荷作用下,悬臂梁中性面位置与中面位置不重合,且悬臂梁上下层SMA马氏体相变临界层位置不对称;截面轴向应变绝对值随铺设角度增大而增大,截面纵向应变绝对值随铺设角度增大先增大后减小,中面轴向位移随铺设角度增大先增大后减小;随着铺设角度增大,悬臂梁中性面高度逐渐增大,拉伸状态下相变结束临界层高度先减小后增大,压缩状态的趋势相反;随着弯矩载荷绝对值逐渐增大,中性面位置高度表现出先稳定后减小然后逐渐增大的趋势,相变临界层逐渐向中性面位置靠拢;中面正应变和挠曲率随着弯矩载荷绝对值逐渐增大而发生变化,且变化率先增大后减缓。

• 单位
  建筑工程学院; 中国石油大学（华东）