[发明专利]一种SMA波浪弹簧驱动器役前热力学训练过程仿真方法

摘要

本发明提出一种形状记忆合金波浪弹簧驱动器役前热力学训练过程仿真方法，在理论层面建立了考虑大变形周期循环载荷条件下残余变形累积与材料热力学性能退化的SMA本构模型，数值方面通过二次开发将模型集成到商用有限元软件中并形成一套SMA波浪弹簧驱动器役前训练过程仿真方法。仿真预测结果能够准确描述SMA波浪弹簧驱动器役前训练过程中相变域扩张、残余变形累积、内应力集中等现象，可为SMA构件在提高尺寸设计精确性和增强双向记忆效应方面提供重要参考。

主权项

1.一种形状记忆合金波浪弹簧驱动器役前热力学训练过程仿真方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：测定材料力学性能：选取与波浪弹簧驱动器同材质的SMA丝进行单轴周期循环加卸载实验，测定应变率、环境温度和最大应力对SMA材料力学响应的影响规律，得到SMA材料在不同载荷条件下的热力学特性，包括应力‑应变关系、最大残余变形、最大可恢复变形和稳定循环次数；步骤2：建立材料模型：在有限变形与一致性热力学框架下，建立SMA材料周期循环加卸载条件下热力学本构模型，所述本构模型可表征的SMA热力学特性包括：残余变形累积、材料性能退化、温度和应变率敏感性、光滑性转变以及热力耦合；通过有限元软件中的自定义材料子程序实现所述本构模型的数值开发和有限元集成，在有限元软件中创建相应的SMA材料模型；步骤3：确定模型参数：依据步骤1中的实验数据，确定步骤2中所创建SMA材料模型的模型参数；模型参数包括弹性常数、热常数、相变温度、初始状态参数、稳定状态参数和演化率参数；步骤4：建立有限元模型：依据几何参数建立SMA波浪弹簧驱动器几何模型，应用8节点实体单元划分有限元网格；并依据建立的材料模型以及模型参数定义材料参数，并且定义分析步、位移边界、热边界和初始温度场；施加周期循环力载荷；步骤5：仿真结果分析：输出有限元分析结果，在有限元软件后处理模块绘制马氏体体积分数、温度、应力、应变数据，分析SMA波浪弹簧驱动器上由役前训练引发的热力学现象：包括相变域扩张、温度变化、内应力集中和残余变形累积，获取马氏体体积分数演化规律、最大温升值及温度影响规律、内应力集中点及最大内应力值、残余变形分布云图及最大残余变形值；步骤6：建立几何修正模型选取SMA波浪弹簧驱动器几何尺寸为参变量，依据步骤4和步骤5进行不同尺寸条件下SMA波浪弹簧驱动器役前训练过程参数化有限元仿真；依据仿真结果，建立几何参数与残余变形之间的定量关系；基于定量关系建立SMA波浪弹簧驱动器几何修正模型，将役前训练过程中残余变形作为设计因素引入SMA波浪弹簧驱动器设计优化过程。