形狀記憶合金（SMA）能夠在發(fā)生大變形后不產(chǎn)生殘余應(yīng)變（偽彈性），并且可以通過(guò)溫度變化從大變形中恢復(fù)（形狀記憶效應(yīng)）。偽彈性和形狀記憶效應(yīng)使其特別適用于航空航天、生物醫(yī)學(xué)和結(jié)構(gòu)工程等領(lǐng)域。本仿真模擬了將形狀記憶合金用作脊柱間隔器的過(guò)程。

目標(biāo)

• 熟悉形狀記憶合金
• 理解考慮熱效應(yīng)的形狀記憶合金建模流程

建模步驟

1. 在 ANSYS Workbench 中創(chuàng)建靜力結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。定義形狀記憶合金的材料屬性（表 1）。

表 1. 脊柱間隔器材料屬性

2、導(dǎo)入幾何模型。脊柱間隔器植入物的幾何形狀如圖 1 所示。由于對(duì)稱性，僅創(chuàng)建1/4 模型。在ANSYS Mechanical 中對(duì)幾何體進(jìn)行網(wǎng)格劃分。

圖 1. 四分之一間隔器幾何模型示意圖

3、定義分析設(shè)置和邊界條件。共創(chuàng)建六個(gè)分析步。

3.1 第一步，在剛性板上施加-3.375mm 的位移以壓縮脊柱間隔器；第二步開始時(shí)，移除位移，使間隔器可以自由變形。

3.2 從第三步開始施加熱載荷，溫度從23.85℃ 升高到 37.85℃。在此期間，由于未發(fā)生相變，間隔器的形狀保持不變。第四步，溫度從 37.85℃ 升高到 50.85℃，由于此步中未發(fā)生主要的相變，計(jì)算再次快速收斂。第五步，溫度升高到 51.85℃，收斂速度變慢，大部分形狀恢復(fù)發(fā)生在此步中。第六步，將溫度冷卻至 37.85℃，間隔器的形狀保持不變。

圖 2. 溫度條件示意圖

4、運(yùn)行仿真。不同溫度下間隔器的變形和應(yīng)力云圖如圖3所示。

圖 3. 不同溫度下的應(yīng)力云圖

（a）23.85℃ 時(shí)的等效應(yīng)力云圖

（b）51.85℃ 時(shí)的等效應(yīng)力云圖

總結(jié)

本仿真演示了如何模擬由形狀記憶合金制成的脊柱間隔器。通過(guò)力學(xué)加載和溫度變化，模擬了變形過(guò)程和形狀恢復(fù)過(guò)程。

<< 觀看案例視頻教程 >>