● 摘要
航空发动机中有许多故障是由于联接构件在微动环境下失效引起的，这极大地限制着发动机的使用可靠性和寿命，因此研究联接结构的微动疲劳有重要的工程应用价值。NiTi形状记忆合金除了具有形状记忆效应（SME）、超弹性（PME）和高阻尼特性外，同时还具有良好的耐磨性和抗疲劳特性。由此我们提出一种发动机联接构件抗微动疲劳的新方法，即对联接构件表面喷涂NiTi合金涂层，利用NiTi合金的各种独特性质，对微动疲劳损伤进行抑制。论文系统的论述了形状记忆合金的特性及其原理，并对目前形状记忆合金的众多本构模型进行归纳综述。详细介绍了本文用到的2种SMA的本构模型的数学原理并在有限元软件中对上述2种模型进行数值模拟，结果表明这2种模型都可以很好的描述NiTi-SMA的SME、PME特性，可以应用于复杂的数值模拟中。对NiTi-SMA涂层抑制基体表面裂纹进行了三维有限元分析。详细的介绍了复合模型的参数化建模方法，解决了一系列建模的难点；分别对NiTi-SMA涂层的SME主动控制效果和PME的被动控制效果进行了有限元数值模拟。结果表明，SME主动控制抑制基体裂纹损伤效果显著而PME被动控制抑制效果较弱。另外，随着温度的升高，PME抑制效果有微弱的增强；随着裂纹的扩展，NiTi涂层的抑制效果显著增强。目前，国内外对于形状记忆合金的有限元研究还以一维的丝、带等应用居多，而对于三维应用特别是三维有限元分析还十分少见。论文详细介绍了微动损伤的基本概念和机理，在深入理解NiTi-SMA特性的基础上，综合分析了PME、SME以及阻尼特性对于抑制微动损伤的机理。对目前应用广泛的微动疲劳寿命预测方法进行了综述，结合这些方法，将微动磨损作为影响微动疲劳寿命的重要因素加入寿命模型中。进而设计了研究微动疲劳损伤的桥式试验装置，并建立了接触摩擦的模型对该试验装置进行了数值模拟（普通试件及NiTi-SMA试件），得到了详细的微动疲劳数据。通过计算综合参数（FFD）找到微动疲劳裂纹萌生的位置，采用新的模型进行了低周微动疲劳寿命的预测。结果表明，该模型对微动疲劳寿命的预测是合理有效的。