Research progress in experimental and theoretical studies on mechanical behavior of superelastic nickel-titanium shape memory alloy in hydrogen-rich environments

镍钛形状记忆合金是一类典型的智能材料, 在航空航天、轨道交通、土木工程、生物医学、固态制冷等领域有着广泛的应用. 然而, 随着应用领域的不断拓展, 镍钛形状记忆合金器件面临着越来越多的极端服役环境, 如富氢环境. 如何对富氢环境下相关器件进行设计和可靠性评估成为工程领域的迫切需求. 同时, 由于富氢环境下该合金的变形行为包含多种非弹性变形机制, 且非线性程度高, 同时还涉及力-扩散耦合效应, 构建相应的理论模型存在很大困难, 是固体力学的前沿问题. 为此, 本文从实验和理论两个方面评述了近年来超弹性镍钛形状记忆合金在富氢环境下力学行为的研究进展. 首先, 总结了实验观察揭示的单次变形与拉伸断裂行为、循环变形与疲劳失效行为, 阐述了氢对镍钛形状记忆合金力学行为影响的微观机理. 然后, 对现有本构模型进行了评述, 包括宏观唯象本构模型和基于晶体塑性理论的细观本构模型, 并简要介绍了代表性模型及其预测能力. 最后, 本文对相关问题的进一步研究提出建议, 旨在推动该领域的发展.