شبیه سازی رفتارهای حافظه داری و فراکشسانی با مدلهای میکرومکانیکی مختلف، در بارگذاری های ساده و سیکلی مکانیکی و حرارتی

نوع مقاله: مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، قطب علمی سازه‌های هوشمند و سامانه های دینامیکی، تهران

2 دانشجوی دکترا، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران

چکیده

در مقاله کنونی، دقت مدلهای میکرومکانیکی مختلف برای شبیه سازی رفتارهای فراکشسانی (سوپرالاستیک) و حافظه­داری یک بعدی بررسی گردیده است. در این زمینه، مدل برینسون بر پایه تغییرات کسر حجمی مارتنزیت وابسته به مسیر بارگذاری، گسترش یافته است. مسیرهای بارگذاری پیچیده متعددی شامل تغییرات تکی، ترکیبی و سیکلی دما و تنش در نظر گرفته شده­اند. ویژگیهای مکانیکی مواد در بارگذاریهای کششی و فشاری، در حالت کلی متفاوت پنداشته شده­اند. نتایج پیش­بینی مدول الاستیسته آلیاژ حافظه­دار، توسط مدلهای میکرومکانیکی: رویس، وویت و موری تاناکا (با ضرایب شکل کروی و بیضوی) ارزیابی شده­اند. همچنین، صحت کد نوشته شده، با نتایج آزمونهای تجربی مراجع دیگر، تایید شده است. نتایج آشکار می­سازند که تفاوت­های نتایج چهار مدل میکرومکانیکی، در بارگذاری سیکلی قابل توجه­ می­باشند.

کلیدواژه‌ها


[1]      Auricchio, F., Taylor, R.L., and Lubliner, R.L., “Shape Memory Alloys: Macro Modeling and Numerical Simulations of the Super Elastic Behavior”, Computer Methods in Applied Mechanics and Enginnering, Vol. 146, pp. 281-312, (1997).

 

[2]      Shariyat, M., Moradi, M., and Samaee, S., “Enhanced Model for Nonlinear Dynamic Analysis of Rectangular Composite Plates with Embedded SMA Wires, Considering the Instantaneous Local Phase Changes”, Compsite Structures, Vol. 109, pp. 106-118, (2014).

 

[3]      Shariyat, M., and Morad, M., “Enhanced Alghorithm for Nonlinear Impact of Rectangular Composite Plates with SMA Wires, Accurately Tracing the Instantaneous and Local Phase Changes”, Compsite Structures, Vol. 108, pp. 834-847, (2014).

 

[4]      Auricchio, F., and Sacco, E., “A Temperature-dependent Beam for Shape Memory Alloys: Constitutive Modeling, Finite Element Implementation and Numerical Simulations”, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, Vol. 174, pp. 171-190, (1999).

 

[5]      Paine, J.S., and Rogers, C.A., “Shape Memory Alloys for Damage Resistant Composite Structures,” Active Materials and Smart Structures, Vol. 2427, pp. 358-371, (1995).

 

[6]      Kim, E.H., Lee, I., Roh, J.H., Bae, J.S., Choi, I.H., and Koo, K.N., “Effects of Shape Memory Alloys on Low Velocity Impact Characteristics of Composite Plate”, Composite Structures, Vol. 93, pp. 2903–2909, (2011).

 

[7]      Liang, C., and Rogers, C.A., “A Multi-dimensional Constitutive Model for Shape Memory Alloys”, Journal of Engineering Mathematics, Vol. 26, pp. 429–443, (1992).

 

[8]      Brinson, L.C., “One-dimensional Constitutive Behavior of Shape Memory Alloys: Thermomechanical Derivation with Non-constant Material Functions and Redefined Martensite Internal Variable”, Journal of Intelligent Material Systems and Structures, Vol. 4, pp. 229–242, (1993).

 

[9]      Zak, A., Cartmell, J.M.P., and Ostachowicz, W., “Dynamics of Multilayered Composite Plates with Shape Memory Alloy Wires”, Journal of Applied Mechanics, Vol. 70, pp. 313-327, (2003).

 

[10]  Bekker, A., and Brinson, L.C., “Phase Diagram Based Description of the Hysteresis Behavior of Shape Memory Alloys”, Acta Materialia,  Vol. 46, pp. 3649–3665, (1998).

 

[11]  Lagoudas, D.C., Boyd, J.G., and Bo, Z., “Micromechanics of Active Composites with SMA Fibers”, Journal of Engineering Materials and Technology, Vol. 116, pp. 337–347, (1994).

 

[12]  Hetnarski, R.B., and Eslami, M.R., “Thermal Stresses – Advanced Theory and Applications”, Springer, (2009).

 

[13]  Brocca, M., Brinson, L.C., and Bazant, Z.P., “Three-dimensional Constitutive Model for Shape Memory Alloys Based on Microplane Model”, Journal of the Mechanics and Physics of Solids, Vol. 50, pp. 1051-1077, (2002).

 

[14]  Auricchio, F., “Shape Memory Alloys: Application, Micromechanics, Macromecjanics and Numerical Simulations”, A Dissertation Submitted in Partial Satisfacation of the Requirements for the Degree of Doctor of Philosophy in Engineering- Civil Engineering in the Graduated Division of the University of California at Berkeley, (1995).

 

[15]  Lagoudas, D.C., ”Shape Memory Alloys, Modeling and Engineering Applications”, Springer, New York, (2008).

 

[16]  Tanaka, K., and Nagaki, S., “A Thermomechanical Description of Materials with Internal Variablesin the Process of Phase Transitions”,  Ing. Arch. Vol. 51, pp. 2987-2991, (1982).

 

[17]  Liang,  C., “The Constitutive Modeling of Shape Memory Alloys”, Ph.D. Thesis, Department of Mechanical Engineering, Virginia Tech, Blacksburg, Virginia, (1990).

 

[18]  Dye, T.E., “An Experimental Investigation of the Behavior of Nitinol”, MS Thesis, Department of Mechanical Engineering, Virginia Tech, Blacksburg, Virginia, (1990).

 

[19]  Birman, V., “Review of Mechanics of Shape Memory Alloy Structures”, Applied Mechanics Reviews, Vol. 50, pp. 629–645, (1997).

 

[20]  Paskal, Y.I., and Monasevich, L.A., “Hysteresis Features of the Martensitic Transformation of Titanium Nicklide”, Physics of Metals and Metallography, Vol. 53, pp. 95-99, (1981).