摘 要

本文为研究不同端部形状、不同埋入深度、是否加热对镍钛形状记忆合金拔出力的影响，选定直径为0.5mm的镍钛形状记忆合金为研究对象，利用热风枪和线切割制作的模具制作出了不同端部形状、不同埋入深度的形状记忆合金-混凝土材料，待试样养护28 d以后，选定一部分置入恒温炉中设置21.8℃，保温一小时，等待冷却后，测试设备采用力学实验中心的Instron 5848 micro tester微力材料测试系统，将试样放置于铝合金板中间并用螺栓固定，然后将铝合金板夹在下夹头上，上夹头夹住纤维施加拉力，进行单丝拔出实验，由Instron 5848 micro tester微力材料测试系统自行得出应力应变曲线。同时利用ABAQUS进行有限元模拟，对比模拟和实验的结果。

研究结果表明：具有端部记忆异性的SMA丝拔出力高于不加工SMA丝；且端部记忆形状越复杂，拔出力越高；埋入深度越大，SMA丝拔出力越大；热处理后的SMA丝的拔出力高于普通SMA丝。

关键词：形状记忆合金；纤维增强混凝土；力学性能；拔出

Abstract

This article for the study of different end shape, embedment depth, whether the heating on the output capacity of NiTi shape memory alloy pull, selected a diameter of 0.5 mm of NiTi shape memory alloy as the research object, using the heat gun and wire cutting production mold to produce the different end shape and buried depth of concrete materials, shape memory alloys for sample after curing 28 d, part selected in constant temperature in the furnace set 21.8 ℃, heat preservation for an hour, wait for after cooling, test equipment using Instron 5848 micro mechanics experiment center tester micro material test system, The sample was placed in the middle of the aluminum alloy plate and fixed with bolts, then the aluminum alloy plate was clamped on the bottom clamp head, and the upper clamp head clamped on the fiber to exert tension, and the single-wire pulling experiment was conducted. The stress-strain curve was obtained by Instron 5848 micro tester micro-force material testing system. At the same time, ABAQUS was used for finite element simulation, and the results of simulation and experiment were compared.

The results showed that the output of SMA wire with end memory was higher than that without processing. The more complex the shape of the end memory, the higher the output; The greater the embedding depth, the greater the output of SMA wire; The drawing capacity of SMA wire after heat treatment is higher than that of normal SMA wire.

Key Words：Shape memory alloy; Fiber reinforced concrete; Mechanical properties; Pull out

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 形状记忆合金界面粘结强度及应力分布 3

第2章 形状记忆合金性能及试样制备 5

2.1 形状记忆合金基本性能的测试 5

2.1.1 DSC测试 5

2.1.2 相变温度分析 5

2.1.3 形状记忆性能 6

2.2 混凝土材料配比 7

2.3 试样的制备 7

2.3.1 SMA纤维丝 7

2.3.2 混凝土 8

第3章 实验过程及结果分析 9

3.1 实验仪器和方法 9

3.2 结果汇总分析 10

第4章 单丝拔出模拟有限元分析 12

4.1 有限元模拟单元 12

4.1.1 界面单元 12

4.1.2 内聚力模型 12

4.2 单丝拔出模拟有限元分析 14

4.2.1 Cohesive单元材料属性定义 14

4.2.2 SMA属性定义 15

4.2.3 Concrete属性定义 16

4.2.4 约束 16

4.2.5 单丝拔出的过程 17

4.3 单丝拔出模拟有限元结果汇总 19

4.4 实验结果与模拟结果数据的对比分析 21

第5章 结论与展望 23

5.1 结论 23

5.2 展望 23

参考文献 25

致 谢 27

第1章 绪论

1.1 研究背景

随着混凝土技术的发展，制作生产强度高、工作性良好的混凝土已经不存在较大的问题，水泥混凝土修筑的构造物设计寿命一般长达几十年。工程实践表明，由于承载力不足而导致的混凝土失效问题，在大约80％的混凝土结构中已不存在，反而是环境温度湿度的变化使得混凝土材料产生非荷载应力，从而引起裂缝失效。正因为如此，各界的研究者们逐渐将研究重点放在了对材料的抗裂性能评价上，并用研究的出的具体成果作为设计者设计、施工者施工与原材料选用的重要依据，以此来保证建筑物在不同服役环境下都能满足规定的使用年限。

上世纪七十年代，研究者们发现了一种具有“记忆”形状功能的合金。形状记忆合金是一种具有特殊性能的金属棒，它能够在常温状态下轻易被弯曲，如若将其置入周围为高温的环境中，金属棒将会逐步恢复原始形态。这种材料被称为形状记忆合金。

形状记忆合金（shape memory alloy，简称为SMA）是一类可以记住它初始形状的智能合金材料。形状记忆合金由于其微观相变机制使得其具有两种特殊的宏观力学性能：（1）形状记忆效应(shape memory effect，SME)；（2）超弹性（super elasticity，SE）。