弹性力学材料模型：超弹性材料：超弹性材料的疲劳与断裂技术教程.docx资源-CSDN文库

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弹性力学材料模型：超弹性材料：超弹性材料的疲劳与断

裂技术教程

1 超弹性材料概述

1.1 超弹性材料的定义与特性

超弹性材料，也被称为形状记忆材料，是一种在特定条件下能够恢复其原

始形状的材料。这种特性源于材料内部的相变过程，当材料受到外力作用变形

后，即使外力去除，材料也能通过加热或其他方式恢复到初始状态。超弹性材

料的相变通常发生在两种晶体结构之间：奥氏体（Austenite）和马氏体

（Martensite）。奥氏体是材料在较高温度下的稳定相，而马氏体则是在较低温

度下的稳定相。

1.1.1 特性

� 超弹性：在一定温度范围内，材料可以承受较大的变形而不产生

永久性损伤，当外力去除后，能够迅速恢复原状。

� 形状记忆效应：材料在低温下变形后，加热至某一温度以上，能

够恢复到高温下的原始形状。

� 高能量吸收能力：超弹性材料在变形过程中能够吸收大量能量，

这使得它们在缓冲和减震应用中非常有效。

� 良好的生物相容性：某些超弹性材料，如镍钛合金（Nitinol），具

有良好的生物相容性，适用于医疗领域。

1.2 超弹性材料的分类

超弹性材料主要可以分为两大类：金属基超弹性材料和非金属基超弹性材

料。

1.2.1 金属基超弹性材料

� 镍钛合金（Nitinol）：最著名的超弹性材料之一，具有优异的超弹

性和形状记忆效应。

� 铜基合金：如 Cu-Zn-Al 和 Cu-Al-Ni 合金，也表现出超弹性特性。

� 铁基合金：如 Fe-Mn-Si 合金，具有较低的成本和较高的强度。

1.2.2 非金属基超弹性材料

� 聚合物：如聚氨酯（Polyurethane）和聚硅氧烷

（Polydimethylsiloxane），在软体机器人和可穿戴设备中应用广泛。

� 陶瓷：虽然陶瓷本身脆性大，但通过特殊设计和处理，可以实现

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