形狀記憶合金應(yīng)用
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2026-01-04
形狀記憶合金應(yīng)用的視頻教程
Workbench形狀記憶合金案例和視頻
采用workbench做記憶合金梁結(jié)構(gòu)的分析，附件包含視頻文件和案例源文件。主要介紹內(nèi)容如下： 記憶合金材料屬性 材料參數(shù)輸入介紹（發(fā)生塑性變形） 網(wǎng)格劃分 約束和載荷添加 后處理，結(jié)構(gòu)恢復(fù)原狀
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Abaqus材料模型-形狀記憶合金彈性本構(gòu)
一、視頻內(nèi)容介紹 二、形狀記憶合金彈性本構(gòu)理論 三、ABAQUS中形狀記憶合金彈性本構(gòu)參數(shù)標(biāo)定方法 四、形狀記憶合金仿真案例
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基于UMAT的形狀記憶合金本構(gòu)（Lagoudas模型）
優(yōu)點(diǎn)： 可適用于1D、2D和3D問題； 包含多種本構(gòu)，可以自由切換Tanaka模型、Liang-Rogers模型和Boyd-Lagoudas模型； 可以模擬形狀記憶效應(yīng)和超彈性！ 包含預(yù)應(yīng)變！可通過定義馬氏體體積分?jǐn)?shù)來模擬預(yù)拉伸應(yīng)變； 課程資料包含：1.
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形狀記憶合金應(yīng)用的實(shí)例教程
形狀記憶合金在發(fā)生了塑性變形后，加熱到一定溫度，還可以恢復(fù)原狀。
合金，是由兩種或兩種以上的金屬與非金屬經(jīng)過一定方法所合成的具有金屬特性的物質(zhì)。根據(jù)組成元素的數(shù)目，可分為二元合金、三元合金和多元合金。中國是世界上最早研究和生產(chǎn)合金的國家之一，在商朝青銅（銅錫合金）工藝就已非常發(fā)達(dá)。我們常聽到的有鋁合金、鈦合金等，但是，有一種類型的合金具有神奇的“記憶”本領(lǐng)，稱為形狀記憶合金，這你知道嗎？
一般的金屬材料在外力作用下會產(chǎn)生永久性的塑性變形。但是形狀記憶合金在發(fā)生了塑性變形后，加熱到一定溫度，還可以恢復(fù)原狀。
1932年，瑞典人奧蘭德在金鎘合金中首次觀察到“記憶”效應(yīng)。1963年，美國海軍軍械研究所的研究人員在一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中需要一些鎳鈦合金絲，但他們拿到的合金絲都是彎彎曲曲的，不符合實(shí)驗(yàn)要求。于是，他們就把這些細(xì)絲拉直。但是在實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)溫度升到一定值的時候，這些被拉直的合金絲又突然恢復(fù)到原來彎曲的形狀。他們反復(fù)做了多次試驗(yàn)，結(jié)果都一樣。后來還陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，某些其他合金也有類似的功能。
記憶合金
原來，在這類記憶合金中，金屬原子按一定的方式排列起來。這些金屬原子受到一定的外力作用時，可以離開自己原來的位置到另一個位置去。當(dāng)這些合金受熱升溫后，由于獲得了一定的能量，這種金屬原子又會回到原來的位置。這就是記憶合金在加熱到一定溫度后又恢復(fù)原狀的原因。
事實(shí)上，每種以一定元素按一定重量比組成的形狀記憶合金都有一個轉(zhuǎn)變溫度。在這一溫度以上將該合金加工成一定的形狀，然后將其冷卻到轉(zhuǎn)變溫度以下，人為地改變其形狀后再加熱到轉(zhuǎn)變溫度以上，該合金便會自動地恢復(fù)到原先在轉(zhuǎn)變溫度以上加工成的形狀。
形狀記憶合金最早的應(yīng)用是在管接頭和緊固件上。
展開 研究背景
形狀記憶合金被制成薄膜、泡沫或線材的形式時，在小型器件(如微機(jī)電系統(tǒng)或微執(zhí)行器)中顯示出潛在的應(yīng)用前景。在熱循環(huán)過程中，通過馬氏體相變產(chǎn)生的可逆自發(fā)形狀變化被稱為雙程形狀記憶效應(yīng)(two-way shape memory effect, TWSME)。TWSME的機(jī)理通常歸因于立方相中各向異性或內(nèi)應(yīng)力的存在。把記憶合金制作的元件在外加應(yīng)力作用下，反復(fù)加熱和冷卻。當(dāng)合金加熱，恢復(fù)到它原來的形狀時，即可輸出力而做功。通常這種合金的雙程記憶效應(yīng)，配上偏置彈簧制成各種驅(qū)動器。TWSME的強(qiáng)度和可逆性取決于樣品的微觀結(jié)構(gòu)。目前，在傳感器中的應(yīng)用主要是在熱循環(huán)應(yīng)力作用下完成。Ti-Ni合金優(yōu)異的TWSME已經(jīng)得到了廣泛的研究，并在實(shí)際應(yīng)用中得到了廣泛的應(yīng)用。在Ni-Mn-Ga塊體單晶和多晶薄膜中也觀察到了TWSME，作為具有超細(xì)晶結(jié)構(gòu)之一的Ni-Mn-Ga小尺寸纖維，因其特殊的尺寸和微結(jié)構(gòu)特征表現(xiàn)出與塊體合金、薄帶及薄膜所不同的優(yōu)異功能或有趣的物理現(xiàn)象，引起了學(xué)術(shù)界的廣泛興趣與關(guān)注。
展開 研究背景
形狀記憶合金被制成薄膜、泡沫或線材的形式時，在小型器件(如微機(jī)電系統(tǒng)或微執(zhí)行器)中顯示出潛在的應(yīng)用前景。在熱循環(huán)過程中，通過馬氏體相變產(chǎn)生的可逆自發(fā)形狀變化被稱為雙程形狀記憶效應(yīng)(two-way shape memory effect, TWSME)。TWSME的機(jī)理通常歸因于立方相中各向異性或內(nèi)應(yīng)力的存在。把記憶合金制作的元件在外加應(yīng)力作用下，反復(fù)加熱和冷卻。當(dāng)合金加熱，恢復(fù)到它原來的形狀時，即可輸出力而做功。通常這種合金的雙程記憶效應(yīng)，配上偏置彈簧制成各種驅(qū)動器。TWSME的強(qiáng)度和可逆性取決于樣品的微觀結(jié)構(gòu)。目前，在傳感器中的應(yīng)用主要是在熱循環(huán)應(yīng)力作用下完成。Ti-Ni合金優(yōu)異的TWSME已經(jīng)得到了廣泛的研究，并在實(shí)際應(yīng)用中得到了廣泛的應(yīng)用。在Ni-Mn-Ga塊體單晶和多晶薄膜中也觀察到了TWSME，作為具有超細(xì)晶結(jié)構(gòu)之一的Ni-Mn-Ga小尺寸纖維，因其特殊的尺寸和微結(jié)構(gòu)特征表現(xiàn)出與塊體合金、薄帶及薄膜所不同的優(yōu)異功能或有趣的物理現(xiàn)象，引起了學(xué)術(shù)界的廣泛興趣與關(guān)注。
展開 一種可用于形狀記憶合金（SMA）的UMAT子程序 ￥29.99
1、 引言
形狀記憶合金（SMA）因具有形狀記憶效應(yīng)和超彈性等獨(dú)特力學(xué)行為，在航空航天、生物醫(yī)學(xué)、智能結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。然而，其力學(xué)響應(yīng)涉及奧氏體 - 馬氏體相變的復(fù)雜耦合，傳統(tǒng)商用有限元軟件的內(nèi)置材料模型難以精準(zhǔn)描述。
本文提出的 UMAT 子程序（用戶自定義材料子程序）可有效模擬 SMA 的力學(xué)行為，核心優(yōu)勢包括：
1) 支持自定義材料屬性，靈活適配不同類型 SMA（如 NiTi 合金）的相變特性；
2) 基于多尺度本構(gòu)理論，可復(fù)現(xiàn) SMA 的超彈性循環(huán)、形狀記憶效應(yīng)等關(guān)鍵行為；
3) 與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比顯示，力 - 位移曲線、應(yīng)變分布等結(jié)果與文獻(xiàn)數(shù)據(jù)趨勢高度吻合，驗(yàn)證了模型的可靠性。
2、 SAM理論基礎(chǔ)
SMA 的宏觀力學(xué)行為源于微觀尺度的奧氏體 - 馬氏體相變，其理論框架需融合相變熱力學(xué)、動力學(xué)及多尺度耦合機(jī)制。本 UMAT 子程序主要基于以下理論基礎(chǔ)：
1. 相變熱力學(xué)
SMA 的相變過程（奧氏體→馬氏體為正向相變，反之為反向相變）由熱力學(xué)驅(qū)動力控制。當(dāng)應(yīng)力或溫度達(dá)到臨界值時，相變啟動，伴隨自由能變化。核心變量包括：
1) 馬氏體體積分?jǐn)?shù)（tfv）：描述相變程度的關(guān)鍵狀態(tài)變量，取值范圍為 0（全奧氏體）到 1（全馬氏體）；
2) 相變臨界應(yīng)力：正向相變（σ_f）和反向相變（σ_s）的應(yīng)力閾值，隨溫度和應(yīng)變率變化；
3) 相變應(yīng)變：相變引起的非彈性應(yīng)變，與馬氏體體積分?jǐn)?shù)直接相關(guān)。
2.
展開 并且我發(fā)現(xiàn)他的形狀記憶合金只涉及奧氏體和馬氏體，并沒有對馬氏體進(jìn)行孿晶馬氏體和去孿晶馬氏體的區(qū)分，這樣的話在仿真形狀記憶效應(yīng)的時候初始狀態(tài)和結(jié)束狀態(tài)馬氏體體積分?jǐn)?shù)為0，但是其實(shí)并不是這樣，請問會不會有問題。
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形狀記憶合金應(yīng)用的最新內(nèi)容
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)
01 什么是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)？
結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) (optimumstructural design)在給定約束條件下（如結(jié)構(gòu)體積、固有頻率），按某種目標(biāo)函數(shù)(如結(jié)構(gòu)剛度最大、質(zhì)量最低)求出最好的設(shè)計(jì)方案，如以結(jié)構(gòu)的重量最小為目標(biāo)，則稱為最小重量設(shè)計(jì)。
結(jié)構(gòu)優(yōu)化按照改變結(jié)構(gòu)原始狀態(tài)的程度分為：結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化、結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化、結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化。
1.結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化
1、 引言
形狀記憶合金（SMA）因具有形狀記憶效應(yīng)和超彈性等獨(dú)特力學(xué)行為，在航空航天、生物醫(yī)學(xué)、智能結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。然而，其力學(xué)響應(yīng)涉及奧氏體 - 馬氏體相變的復(fù)雜耦合，傳統(tǒng)商用有限元軟件的內(nèi)置材料模型難以精準(zhǔn)描述。
本文提出的 UMAT 子程序（用戶自定義材料子程序）可有效模擬 SMA 的力學(xué)行為，核心優(yōu)勢包括：
1) 支持自定義材料屬性，靈活適配不同類型 SMA（如 NiTi
為提高裝甲抗沖擊性能，當(dāng)前世界各國的步兵戰(zhàn)車普遍開始了重型化的發(fā)展趨勢，但隨之而來的是車輛機(jī)動性的減弱。在面對裝甲車輛機(jī)動性和防護(hù)性能之間的矛盾時，鋁合金裝甲因其比強(qiáng)度高于一般合金鋼，能夠達(dá)到較好的均衡性。裝甲材料性能要求不僅僅是在受到彈體沖擊時必須具備的抗沖擊性能，還要求有抗板后破碎的綜合性能，也就是不但要防止被擊穿，還要防止碎裂。因此，需要對鋁合金板在彈體沖擊下的彈道極限和失效模式進(jìn)行分析，采用的方法大致可分為實(shí)驗(yàn)
激光金屬沉積（送粉）
以功能梯度材料制造復(fù)雜幾何形狀的產(chǎn)品
預(yù)混合不同的粉末，形成定制合金
零件尺寸精度高
仿真有助于粉末噴出速率和激光參數(shù)的工藝優(yōu)化
激光金屬沉積（送粉）FLOW-3D AM仿真
案例研究：應(yīng)用數(shù)值模擬和回歸分析于熔覆路徑幾何形狀預(yù)測
Shuhao Wang, et al. Multi-physics
本文翻譯自DEVELOPMENT Electric Motors (Further Development of Electric Motor Housings)
作者：Prof. Dr.-Ing. Franz Josef Feikus (R&D Manager at the Nemak Europe GmbH), Paul Bernsteiner(Nemak Linz GmbH),
我用comsol進(jìn)行sma彈簧仿真，固定彈簧一端邊界，另一端邊界給了一個力載荷，拉伸彈簧發(fā)生了不正確的彈簧變形，不知道問題在哪里，老師們可否解答一二。
并且我發(fā)現(xiàn)他的形狀記憶合金只涉及奧氏體和馬氏體，并沒有對馬氏體進(jìn)行孿晶馬氏體和去孿晶馬氏體的區(qū)分，這樣的話在仿真形狀記憶效應(yīng)的時候初始狀態(tài)和結(jié)束狀態(tài)馬氏體體積分?jǐn)?shù)為0，但是其實(shí)并不是這樣，請問會不會有問題。
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近年來，熱成形鋼在汽車白車身中的應(yīng)用逐年增加，為進(jìn)一步改善該鋼的強(qiáng)塑性，微合金化處理被廣泛應(yīng)用于熱成形鋼中。
Nb元素對熱成形鋼的組織性能調(diào)控作用顯著，可以有效細(xì)化原始奧氏體晶粒，形成的納米第二相會釘扎位錯，同時提高材料的強(qiáng)度與塑性。
LIANGJ等研究了Nb微合金化對商用38MnB5鋼組織性能的影響，發(fā)現(xiàn)添加Nb后，尺寸為20~50 nm的(Nb,Ti)c均勻分布在基體上
該示例問題提出了兩種形狀記憶合金（SMA）模擬：脊柱間隔植入物和彈簧致動器。
突出顯示了以下特性和功能：
• 使用馬氏體和奧氏體（鎳鈦化合物）的SMA材料模型
• 熱載荷下的SMA行為
介紹
形狀記憶合金（SMA）是一種材料，在經(jīng)受機(jī)械加載/卸載循環(huán)之后，能夠經(jīng)受大變形而不顯示殘余應(yīng)變（偽彈性），或者能夠通過溫度變化從大變形中恢復(fù)（形狀記憶效應(yīng)
