اثرات پیچش بر نیروی بحرانی کمانش و فرکانس طبیعی لوله ساخته‌شده از آلیاژ حافظه‌دار

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد

2 استاد، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد

چکیده

آلیاژ‌های حافظه‌دار عنوان گروهی از مواد هوشمند می‌باشند که خواص متمایز و برتری نسبت به سایر آلیاژها دارند. رفتار تنش- کرنش این مواد دو پدیده غیرخطی اثر حافظه‌داری و اثر شبه‌الاستیک را در برمی‌گیرد. در این پژوهش اثرات پیچش و تغییر فاز اتفاق افتاده در آلیاژ حافظه‌دار بر نیروی بحرانی کمانش و همچنین فرکانس طبیعی لوله‌ای از جنس آلیاژ حافظه‌دار مورد بررسی قرار خواهد گرفت. لازم به ذکر است که تمام تحلیل‌ها با استفاده از نرم‌افزار آباکوس صورت گرفته است. با توجه به عدم تعریف اولیه آلیاژ حافظه‌دار در نرم‌افزار آباکوس، با توسعه و استفاده از زیرروال یومت (UMAT) سه‌بعدی بر پایه سه مدل بوید و لاگوداس، لیانگ و راجرز و همچنین تاناکا در نرم‌افزار ، تحلیل سه‌بعدی آلیاژهای حافظه‌دار ممکن شده است. تهیه زیرروال یومت خواص آلیاژ حافظه‌دار امکان هرگونه استفاده از امکانات نرم‌افزار جهت تحلیل رفتار سازه‌های هوشمند ساخته شده با آلیاژ حافظه‌دار را برای طراح فراهم می‌سازد. در پایان این تحقیق، اثرات تغییر قطرهای داخلی و خارجی لوله، با شرط ثابت ماندن وزن، در تسریع و تاخیر شروع و پایان تغییرفاز و همچنین در میزان تغییر مقادیر نیروی بحرانی کمانش و فرکانس طبیعی مورد بررسی قرار گرفته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  Lagoudas DC (2008) Shape memory alloys: Modeling and engineering applications. Springer, Texas.

[2]  Tobushi H, Tanaka K (1991) Deformation of a shape memory alloy helical spring (analysis based on stress-strain-temperature relation). JSME Int J Ser. 1, Solid Mech Strenght Mater 34(1): 83-89.

[3]  Choi SSW, Lee JJ, Lee DC, Seo DC (1999) The active buckling control of laminated composite beams with embedded shape memory alloy wires. Compos Struct 47(1): 679-686.

[4]  Lee JJ, Choi S, Ju J (1999) Thermal buckling and postbuckling analysis of a laminated composite beam with embedded SMA actuators. Compos Struct 47(1): 695-703.

[5]  Cunfu H, Bin W, Baoqi T, Jiang J (2000) Theoretical and experimental studies of torsion deformation of a thin-walled tube with wound and pasted shape memory alloy wires. Smart Mater Struct 9(5): 660-664

[6]  Qidwai MA, Lagoudas DC (2000) Numerical implementation of a shape memory alloy thermomechanical constitutive model using return mapping algorithms. Int J Numer Methods Eng 47(6): 1123-1168.

[7]  Roh JH, Han JH, Lee I (2005) Finite element analysis of adaptive inflatable structures with SMA strip actuator, Smart Struct. Mater., 460–471.

[8]  Li H, Liu Z, Ou L (2008) Experimental study of a simple reinforced concrete beam temporarily strengthened by SMA wires followed by permanent strengthening with CFRP plates. Eng Struct 30: 716-723.

[9]  Icardi U, Ferrero L (2009) Preliminary study of an adaptive wing with shape memory alloy torsion actuators. Mater Des 30(10): 4200-4210.

[10] Kuo SY, Shiau LC, Chen KH (2009) Buckling analysis of shape memory alloy reinforced composite laminates. Compos Struct 90(2): 188-195.

[11] Li SR, Yu WS, Batra RC (2010) Free vibration of thermally pre/post-buckled circular thin plates embedded with shape memory alloy fibers. J Therm Stress 33(2): 79-96.

[12] Shiau LC, Kuo SY, Chang SY (2011) Free vibration of buckled SMA reinforced composite laminates. Compos Struct 93(11): 2678-2684.

[13] Mirzaeifar R, DesRoches R, Yavari A, Gall K (2012) Coupled thermo-mechanical analysis of shape memory alloy circular bars in pure torsion, Int. J. Non. Linear. Mech, 47(3):118–128.

[14] Tobushi H, Pieczyska E, Miyamoto K, Mitsui K (2013) Torsional deformation characteristics of TiNi SMA tape and application to rotary actuator. J Alloys Compd 577: 745-748.

[15] Barzegari MM, Dardel M, Fathi A (2013) Vibration analysis of a beam with embedded shape memory alloy wires. Acta Mech Solida Sin 26(5): 536-550.

[16] Forouzesh F, Jafari AS (2015) Nonlinear forced vibration of pseudoelastic shape memory alloy cylindrical hell subjected to the time and space dependant internal pressure. Scientific Research Monthly Journal of Modares Mechanical Engineering 15(7): 353-360

[17] Shakki S, Zakerzadeh MR (2016) Modeling and control of a shape memory alloy actuator using fuzzy sliding mode controller. Scientific Research Monthly Journal of Modares Mechanical Engineering 16(7): 1-12

[18] ABAQUS Analysis User’s Manual Materials. (2010) Other plasticity models. Concrete.

[19] Brinson LC, Huang MS (1996) Simplifications and Comparisons of shape memory alloy constitutive models. J Intell Mater Syst Struct 7(1): 108-114.

[20] Liang C, Rogers CA (1990) One-dimensional thermomechanical constitutive relations for shape memory materials. J Intell Mater Syst Struct 1(2): 207-234.

[21] Lagoudas DC, Bo Z, Qidwai MA (1996) A unified thermodynamic constitutive model for SMA and finite element analysis of active metal matrix composites. Mech Compos Mater Struct 3(2): 153-179.

[22] Ben Hatira F, Saidane K (2011) A Thermo-mechanical behavior simulation of a NiTi staple used for the correction of idiopathic scoliosis. J Biomater Nanobiotechnol 3(1): 61-69.

[23] Liang C (1990) The constitutive modeling of shape memory alloys. PhD Thesis, Faculty of the Virginia Polytechnic Institute and State University, Blacksburg.

[24] Khorramabadi R (2014) Modeling the shape memory alloys behavior using UMAT. M.Sc thesis, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad.