超彈性NiTi形狀記憶合金微管的疲勞行為及損傷演化模型研究.pdf

1、NiTi形狀記憶合金由于其卓越的超彈性，形狀記憶特性和生物相容性，被廣泛應(yīng)用于航天航空和生物領(lǐng)域。超彈性NiTi合金器件常作為結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵元件，并在服役中受到循環(huán)載荷的作用。因此超彈性NiTi合金的疲勞行為是亟需關(guān)注的一個(gè)重要問題。近年來，國(guó)內(nèi)外的一些學(xué)者對(duì)于超彈性NiTi合金的疲勞行為開展了較為廣泛的實(shí)驗(yàn)觀察和疲勞失效模型研究。然而，絕大部分的實(shí)驗(yàn)均為應(yīng)變控制，并且未采用溫控裝置以保持恒溫的實(shí)驗(yàn)過程。另外，實(shí)驗(yàn)通常僅關(guān)注超彈性NiTi

2、合金的單軸和彎曲疲勞失效行為，而對(duì)非比例多軸加載下的疲勞行為報(bào)道較少;對(duì)于疲勞加載過程中的全壽命相變棘輪的研究還不夠完善，疲勞模型的建立也存在著一定的局限性。尤其是針對(duì)應(yīng)用于人體血管支架的超彈性NiTi合金微管的疲勞實(shí)驗(yàn)和失效模型的研究均非常缺乏，這對(duì)于醫(yī)用NiTi合金器件的設(shè)計(jì)存在著極大的阻礙作用。因此，有必要首先對(duì)超彈性NiTi合金微管在單軸、扭轉(zhuǎn)和非比例多軸加載下進(jìn)行系統(tǒng)的應(yīng)力控制疲勞實(shí)驗(yàn)，對(duì)其全壽命相變棘輪和疲勞失效行為進(jìn)行深入

3、分析。進(jìn)而結(jié)合不同應(yīng)力水平和加載路徑下疲勞斷口和殘余馬氏體形貌的觀察，建立合理的損傷演化模型和疲勞失效模型，提高對(duì)超彈性NiTi合金損傷演化和疲勞失效行為的預(yù)測(cè)能力。
　　為了對(duì)超彈性NiTi合金微管在應(yīng)力控制循環(huán)加載下的損傷演化和疲勞失效行為進(jìn)行系統(tǒng)的研究，本論文開展了以下研究工作:
　　1.在人體溫度310K的條件下，對(duì)于超彈性NiTi合金微管開展了系統(tǒng)的軸向、扭轉(zhuǎn)和非比例多軸應(yīng)力控制疲勞實(shí)驗(yàn)研究。歸納了不同加載方式下N

4、iTi合金全壽命相變棘輪演化的形式，討論了應(yīng)力水平，加載路徑和峰谷值應(yīng)力保持對(duì)NiTi合金單軸和多軸全壽命相變棘輪演化的影響，并分析了馬氏體相變程度對(duì)相變棘輪演化的促進(jìn)作用。對(duì)于多軸加載，同時(shí)討論了馬氏體重定向過程對(duì)于相變棘輪演化的影響。這部分研究工作為建立NiTi合金的損傷演化模型提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
　　2.對(duì)于超彈性NiTi合金微管在軸向、扭轉(zhuǎn)和非比例多軸加載下的疲勞失效行為進(jìn)行了分析，總結(jié)出材料的疲勞壽命隨應(yīng)力水平和相變程度的

5、演化規(guī)律，并對(duì)比了單軸和多軸加載下疲勞失效行為的差異，討論了馬氏體重定向?qū)Σ牧掀趬勖挠绊?同時(shí)對(duì)超彈性NiTi合金微管在不同加載方式下的疲勞斷口和殘余馬氏體形貌進(jìn)行了觀察。得到了一些關(guān)于超彈性NiTi合金微管疲勞失效行為有用的結(jié)論。這部分的研究結(jié)果對(duì)超彈性NiTi合金疲勞失效模型的建立具有重要的支持作用。
　　3.在對(duì)于宏觀和微觀疲勞實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析的基礎(chǔ)上，建立起了一個(gè)新的針對(duì)超彈性NiTi合金材料的疲勞損傷演化模型，模型同時(shí)考