长径比与边界条件在使用三维耦合动态相场模型模拟形状记忆合金纳米结构中的影响

形状记忆合金（SMA）纳米结构的行为受动态加载过程中应变率和温度演化的影响。温度、应变和应变率效应之间的耦合对于捕捉 SMA 固有的热机械行为至关重要。在本文中，我们提出了一种全新的完全耦合热机械三维相场模型，该模型考虑了机械（或结构）物理与热物理之间的双向耦合。该三维模型提供了对 SMA 纳米结构特性的真实描述。我们使用基于应变的 Ginzburg-Landau 势来描述立方相到四方相的相变。所开发模型的变分公式在同构分析（isogeometric analysis）框架中实现，以克服数值挑战。我们观察到，在具有极高长径比的 SMA 域中，面外马氏体变体完全消失；而在低长径比的 SMA 域中，三种变体以相等比例存在。我们从能量角度考察了不同边界条件对微观结构形貌的敏感依赖性。使用基于位移的加载对矩形棱柱纳米线进行的拉伸测试，展示了形状记忆效应和伪弹性行为。我们还观察到，较高的应变率以及较低的长径比域会导致较高的屈服应力，并且在动态轴向加载过程中，相变发生在较高的应力水平下。使用所开发模型得到的模拟结果与文献中的数值和实验结果在定性上一致。