بررسی تجربی و عددی ارتعاشات ورق کامپوزیتی کمانش یافته تقویت شده با سیم آلیاژ حافظه‌دار تحت عملیات حرارتی

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، مهندسی مکانیک، آزمایشگاه سازه‌های هوشمند و کامپوزیتی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد

2 استاد، مهندسی مکانیک، آزمایشگاه سازه‌های هوشمند و کامپوزیتی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد

10.22044/jsfm.2020.8932.3024

چکیده

آلیاژهای حافظه‌دار عنوان گروهی از مواد هوشمندند با رفتار تنش- کرنش غیرخطی که شامل پدیده‌های حافظه‌داری و شبه‌الاستیک که مبتنی بر تغییرات فاز آستنیت به مارتنزیت و بالعکس می‌باشد. اثرات عملیات حرارتی بر خواص آلیاژهای حافظه‌دار و در نتیجه ارتعاشات غیرخطی ورق کامپوزیتی کمانش یافته تقویت شده با این آلیاژها مورد تحقیق و بررسی قرار گرفته است. اثرات عملیات حرارتی بر خواص آلیاژ حافظه‌دار به صورت آزمایشگاهی مشخص شده و دماهای استحاله با استفاده از آنالیز گرما سنجی افتراقی (DSC) بدست آمده‌اند. با توجه به عدم تعریف اولیه آلیاژهای حافظه‌دار در نرم‌افزار آباکوس، با توسعه و استفاده از زیرروال یومت (UMAT) بر پایه مدل بوید و لاگوداس، امکان استفاده از امکانات نرم‌افزار جهت تحلیل آلیاژهای حافظه‌دار در این نرم‌افزار فراهم شده و انجام گرفته است. در پایان این تحقیق، اثرات حضور آلیاژ حافظه‌دار، مقدار پیش فشردگی و تغییر خواص آن در اثر عملیات حرارتی بر ارتعاشات ورق کامپوزیتی قبل و بعد از کمانش حرارتی مورد بررسی قرار گرفته است.

کلیدواژه‌ها


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

[2]  Sadrnezhaad K, Mashhadi F, Sharghi R (1997) Heat treatment of Ni-Ti alloy for improvement of shape memory effect. Mater Manuf Process 12(1): 107-115.

[3]  Miller DA, Lagoudas DC (2001) Influence of cold work and heat treatment on the shape memory effect and plastic strain development of NiTi. Mater Sci Eng A 308(1): 161-175.

[4]  Morgan NB, Broadley M (2004) Taking the art out of smart! - forming processes and durability issues for the application of Niti shape memory alloys in medical devices. ASM International.

[5]  Drexel M, Selvaduray G, Pelton A (2007) The effects of cold work and heat treatment on the properties of nitinol wire. ASME 2007 2nd Frontiers in Biomedical Devices Conference 89-90.

[6]  Vojtech D (2010) Influence of heat treatment of shape memory NiTi alloy on its mechanical properties. International Conference Metals 18-20.

[7]  Abdy A, Sadiq H, Al-Mahaidi R (2014) Effect of heat treatment on the recovery stresses generated by super-elastic NiTi shape memory alloy wires. 23rd Australasian Conference on the Mechanics of Structures and Materials .

[8]  Al-Haidary JT, Mustafa AM, Hamza AA (2017) Effect of heat treatment of Cu-Al-Be shape memory alloy on microstructure, shape memory effect and hardness. J Mater Sci Eng 6(6): 1-7.

[9]  Ansari M, Golzar M and Behravesh AH (2014) Exact solution for nonlinear thermal stability of geometrically imperfect hybrid laminated composite timoshenko beams embedded with SMA fibers. Compos Struct 108(1): 811-822.

[10] Tanaka K (1986) A thermomechanical sketch of shape memory effect: One-dimensional tensile behavior. Res Mech 18: 251-263.

[11] Liang C, Rogers CA (1990) One-dimensional thermomechanical constitutive relations for shape memory materials. J Intell Mater Syst Struct 8(4): 285-302.

[12] Brinson LC (1993) One-dimensional constitutive behavior of shape memory alloys: Thermomechanical derivation with non-constant material functions and redefined martensite internal variable. J Intell Mater Syst Struct 4(2): 229-242.

[13] Auricchio F, Sacco E (1997) A one-dimensional model for superelastic shape-memory alloys with different elastic properties between austenite and martensite. Int J Non Linear Mech 23(6): 1101-1114.

[14] 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.

[15] 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.

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

[17] Batat Y, Ekhteraei Tousi H (2019) Analytical layerwise solution of nonlinear thermal instability of SMA hybrid composite beam under nonuniform temperature condition. Mech Adv Mater Struct 1-14.

 [18] Soltani Gerdefaramarzi M, Bozorg M, Zakerzadeh MR (2015) Robust estimation of spring stiffness in a shape memory alloy actuator using extended kalman filter. Journal of Solid and Fluid Mechanics 5(4): 69-81.

[19] Ansari M, Golzar M, Behravesh AH (2013) Experimental studies of training stress effect on NiTi SMA performance in higher and lower stress than training stress. Modares Mechanical Engineering 13(10): 14-24.

[20] Khorramabadi R, Rezaeepazhand J (2017) Effects of initial twist on critical buckling load and frequency response of SMA tubes. Journal of Solid and Fluid Mechanics 7(3): 17-28.

[21] Li H, Liu Z, Ou J (2008) Experimental study of a simple reinforced concrete beam temporarily strengthened by SMA wires followed by permanent strengthening with CFRP plates. Eng Struct 30(3): 716-723.

[22] Park JS, Kim JH, Moon SH (2004) Vibration of thermally post-buckled composite plates embedded with shape memory alloy fibers. Compos Struct 63(2): 179-188.

[23] Samadpour M, Sadighi M, Shakeri M, Zamani HA (2015) Vibration analysis of thermally buckled SMA hybrid composite sandwich plate. Compos Struct 119: 251-263.

[24] Asadi H, Bodaghi M, Shakeri M, Aghdam MM (2014) Nonlinear dynamics of SMA-fiber-reinforced composite beams subjected to a primary/secondary-resonance excitation. Acta Mech 226(14): 1-19.

[25] ABAQUS Analysis user’s manual materials. Other plasticity models. Concrete (2010).

[26] Leo DJ (2007) Engineering analysis of smart material systems. Wiley, New York.

[27] Fernandes FMB (2013) Shape memory alloys: Processing, characterization and applications. Intechopen, Lisboa.

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

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