镍钛铌记忆合金宏细观力学行为研究

针对镍钛铌形状记忆合金管接头的应用，研究其在典型热力载荷作用下的宏观响应特性、相变过程及微结构形态，发展计及变形与相变微结构的本构模型，它能反映各组分（母相、马氏体相及其变体、β-Nb颗粒等）的特性及其变化、不同组分间的相互作用、主要微结构的几何特征及其变化等对材料宏观响应特性的影响。通过镍钛铌形状记忆合金在典型热力循环载荷下的实验，分析材料特性的变化、微缺陷的形核和发展规律，研究材料疲劳失效的微结构机理及其影响因素，建立材料的循环蠕变/松弛、损伤与疲劳失效模型。基于对微结构和主要影响因素作用机理的研究，引入具有深刻物理内涵的内变量，采用不可逆热力学框架和混合物理论建立工程实用的本构模型，为复杂热力载荷作用下镍钛铌形状记忆合金响应特性的分析提供有效的方法。为镍钛铌形状记忆合金管接头的设计、分析提供新的方法和技术途径。课题具有重要的科学意义和应用背景。

全面完成了预定的研究内容和研究目标。结合NiTiNb SMA管接头的装配过程较系统地进行了NiTiNb形状记忆合金及其NiTi基体在不同温度比例与非比例加载下响应特性测试。发展了三个本构模型：（1）基于动态变化体积分数的马氏体和奥氏体两相混合物和Voigt假设的NiTi基体的本构模型和基于Mori-Tanaka方法的含NiTi基体和铌相颗粒的SMA本构描述；（2）基于动态变化的体积分数并考虑马氏体和奥氏体两相片层状微结构及其相互作用的NiTi基体的本构模型和基于Mori-Tanaka方法的含NiTi基体和铌相颗粒的SMA本构描述；（3）基于含内变量的不可逆热力学的工程实用的现象学模型。并发展了基于马氏体变体特性及其演化的SMA本构分析。模型能反映各组分（母相、马氏体相及其变体、β-Nb颗粒等）特性及其变化、不同组分的相互作用、主要微结构几何特征及其变化等对材料宏观响应特性的影响，不同热力加载条件下的材料的力学性能及其微结构依赖性。发展了相应的数值分析算法及程序，基于ABAQUS平台发展了用户材料子程序UMAT，可为模拟分析NiTiNb SMA管接头的设计、加工、装配和服役分析提供支撑。