形状记忆合金在航天器上应用前景分析

1963年，人类发现了NiTi合金记忆效应原理，又经过20多年的艰苦研究；人们才搞清了它的相变行为和记忆效应机理，并将其成功地用于能源、汽车、电子、机械、医疗器械、航空航天等许多领域。而用形状记忆合金（SMA）开发航天器展开、分离机构则是最有发展潜力、最具有吸引力的工作。利用在常温下接处于奥氏体状态的形状加工的SMA在高温加热后可采用机械加工方式加工成所希望的形态（这时材料的内部形态为马氏体），然后使其恢复常温，即可恢复原来的奥氏体形态（SMA中预先记忆好马氏体形态），当再满足高温条件时即可呈现出记忆的马氏体…     

形状记忆合金增强复合材料的一维σ－ε－T关系

分形状记忆合金（ＳＭＡ）相变前和相变过程中两阶段，推导了形状记忆合金增强复合材料（ＳＭＡＲＣ）的一维应力、应变和温度的关系。实验研究包括：ＮｉＴｉｎｏｌＳＭＡ丝自由回复时的回复应变与温度、受限回复下的回复应力与温度的关系，玻璃纤维／环氧树脂复合材料和ＳＭＡＲＣ试件的单向拉伸，一定应变下ＳＭＡＲＣ拉伸试件的应力与温度的关系，恒定外载下ＳＭＡＲＣ拉伸试件和纯弯曲试件在触发ＳＭＡ前后应变的变化。结果表明，ＳＭＡＲＣ除了具备传统结构材料承载的功能之外，还具有改善和增强材料本身性能的能力。     

形状记忆合金鼓包的挠度控制研究

激波控制鼓包(Shock Control Bump,SCB)是一种被动式的减小激波阻力的方法。针对近年来提到的可变挠度鼓包,提出具有双程记忆效应的形状记忆合金(Shape Memory Alloy,SMA)鼓包,可以通过控制SMA鼓包的温度改变其挠度,优化SCB的减阻性能。为了达到精确控制挠度的目标,提出了一种基于Preisach理论的温度–挠度迟滞模型。对鼓包进行基于该模型的PID控制,试验结果表明该模型可用于SMA鼓包的挠度控制中,4个目标点的最大相对误差为5.17%,优于无模型的PID控制。     

NiTi合金榫接结构微动疲劳研究及数值模拟

利用NiTi合金的独特性质,提出了将NiTi合金作为压气机榫接结构的材料.通过有限元软件MSC.Marc进行数值模拟,研究在低周、高低周复合载荷作用下NiTi合金抗微动疲劳特性,并提出利用节点的微动综合参数(FFD)值确定危险点,用名义应力法预测构件的微动疲劳寿命的方法.结果表明:提出的微动疲劳寿命预估方法是合理有效的,NiTi形状记忆合金的抗微动疲劳特性明显优于TC11等普通材料.      

自锁式形状记忆合金馈源锁紧机构

提出了一种形状记忆合金（Shape memory alloy, SMA）丝驱动的自锁式馈源组件锁紧机构。该锁紧机构利用自锁原理实现锁紧,采用双路冗余的SMA丝实现解锁。为校验该锁紧机构的功能及性能,完成了原型机的生产,并开展了锁紧试验、电性能试验和高温环境试验。结果表明,该机构在1700N的载荷下仍能保证可靠自锁,在2.5~4.0A电流下均可正常工作,对应的解锁时间为15.8~4.2s,功耗为140 ~95J,此外,机构能在小于92℃的高温环境下正常工作。基于上述试验结果,该机构具有突出的锁紧性能、宽松的工作电流范围以及良好的高温性能,在空间旋转结构的锁紧方面具有非常大的工程应用潜力。     

形状记忆合金扭力驱动器的力学模型和实验研究

扭力驱动是自适应翼面驱动技术中的一个关键问题。将镍钛形状记忆合金 (Ni Ti SMA)丝与薄壁圆管相结合,可以构成 SMA扭力驱动器。介绍了 SMA扭力驱动器的构造,建立了扭力驱动器在激励过程中的力学模型,分析了驱动器的扭转角与温度之间的关系,并进行了实验验证。     

EEA/DCP材料的形状记忆特性研究

对以过氧化二异丙苯(DCP)为交联剂的乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA)体系进行了研究,结果发现DCP的用量对形状回复率、形状固定率、回复响应温度、拉伸强度和断裂延伸率有很大的影响,并由此确定了当DCP用量为0.5%时,EEA体系具有优良的形状记忆性能;此外对材料动态性能的测试,指出了随着DCP用量的增加,室温模量逐步降低,而高温模量逐步提高,该实验同时还揭示了形状记忆高分子的高弹平台特性.      

轧制变形对TiNiFe形状记忆合金组织结构及力学性能的影响

对不同变形量轧制和不同温度热处理的Ti₅₀Ni₄₇Fe₃合金的组织结构、力学性能进行了研究。X射线衍射结果表明,随着轧制变形量的增加,Ti₅₀Ni₄₇Fe₃合金在轧制方向上出现了择优取向;Ti₅₀Ni₄₇Fe₃合金的晶粒尺寸随着轧制变形量的增加而减小,随着热处理温度的升高而增大;Ti₅₀Ni₄₇Fe₃合金的抗拉强度和屈服强度随着轧制变形量的增加而增大,随热处理温度的升高而降低。     

SMA智能复合材料结构的有限元分析与实验研究

建立了嵌入形状记忆合金(SMA)丝作为智能驱动器的智能复合材料层板结构模型,并对结构变形进行了分析。对SMA的本构关系进行了推导,得到了不同温度下的应力应变关系,并加入了界面的柔化折算,采用数值方法求解。驱动器镶嵌于层板表面或内部,根据电阻反推得到准确的温度。不同温度下的驱动变形计算结果同试验结果吻合较好。对结构的振动特性进行了测试,得到了不同温度下的模态频率变化。     

形状记忆合金在航天器分离机构上的应用

形状记忆合金是一种新型的功能材料 ,利用其形状记忆效应可以在分离释放机构上用作执行元件。文章介绍了形状记忆合金的特性和相关应用技术。