Preview

Frontier Materials & Technologies

Расширенный поиск

О ВЫБОРЕ ГРАНИЧНЫХ УСЛОВИЙ ПРИ КОМПЬЮТЕРНОМ МОДЕЛИРОВАНИИ ФУНКЦИОНАЛЬНО-МЕХАНИЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯ ПОРИСТЫХ ОБРАЗЦОВ ИЗ СПЛАВА С ПАМЯТЬЮ ФОРМЫ

https://doi.org/10.18323/2073-5073-2017-4-26-31

Полный текст:

Аннотация

Предложена модель для описания функционально-механического поведения образца из пористого сплава с памятью формы, структурные элементы которого аппроксимированы плоскими прорезными пружинами. Такие пружины, в свою очередь, состоят из балок. В процессе деформирования балки, ориентированные перпендикулярно по отношению к направлению нагружения, вносят основной вклад в макроскопическую деформацию образца.

Исследовано влияние условий закрепления балки на результаты моделирования. Рассмотрены два типа граничных условий: шарнирное опирание и жесткое защемление. В рамках методов сопротивления материалов для указанных видов опор решены задачи статики, найдены напряжения в наиболее напряженном участке и прогибы балок. Для расчета неупругой деформации, возникающей в процессе мартенситного превращения в сплавах с памятью формы, использована микроструктурная модель, позволяющая описывать функциональные свойства этих материалов. Геометрические параметры балок выбраны на основании анализа микрофотографий пористого сплава TiNi. Выполнено моделирование поведения пористого образца из сплава с памятью формы при изотермическом сжатии при различных температурах, когда сплав с памятью формы находится в аустенитном и мартенситном состояниях. Проведен расчет деформации образца при охлаждении и нагреве под постоянным напряжением, при этом реализуются эффекты пластичности превращения и памяти формы. Показано, что выбор граничных условий имеет существенное значение при расчете поведения пористого сплава с памятью формы. Использование структурных элементов с жесткой заделкой приводит к меньшим напряжениям в моделируемом объекте и позволяет получить лучшее соответствие результатов расчета с экспериментальными данными.

Об авторах

Александр Евгеньевич Волков
Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург
Россия

доктор физико-математических наук, профессор



Маргарита Евгеньевна Евард
Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург
Россия

кандидат физико-математических наук, доцент



Елизавета Николаевна Япарова
Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург
Россия

аспирант



Список литературы

1. Liang C., Davidson F., Scjetky L.M., Straub F.K. Applications of torsional shape memory alloy actuators for active rotor blade control: opportunities and limitations // Proceedings of SPIE – The International Society for Optical Engineering. 1996. Vol. 2717. P. 91–100.

2. Garner L.J., Wilson L.N., Lagoudas D.C., Rediniotis O.K. Development of a shape memory alloys actuated biomimetic vehicle // Smart Materials and Structures. 2000. Vol. 9. № 5. P. 673–683.

3. Gunther V.E., Dambaev G.Ts., Sysolyatin P.G. Delay law and new class of materials and implants in medicine. Northampton: STT, 2000. 432 p.

4. Bansiddhi A., Sargeant T.D., Stupp S.I., Dunand D.C. Porous NiTi for bone implants: A review // Acta Biomaterialia. 2008. Vol. 4. № 4. P. 773–782.

5. Entchev P., Lagoudas D. Modeling porous shape memory alloys using micromechanical averaging techniques // Mechanics of Materials. 2002. Vol. 34. № 1. P. 1–24.

6. Benveniste Y. A new approach to the application of Mori-Tanaka’s theory in composite material // Mechanics of Materials. 1987. Vol. 6. P. 147–157.

7. Budiansky B. On the elastic moduli of some heterogeneous materials // Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 1965. Vol. 13. № 4. P. 223–227.

8. Nemat-Nasser S., Hori M. Micromechanics: Overall Properties of Heterogeneous Materials. North-Holland: Elsevier, 1993. 113 p.

9. Qidwai M.A., Entchev P.B., Lagoudas D.C., DeGiorgi V.G. Modeling of the thermomechanical behavior of porous shape memory alloys // International journal of solids and structures. 2001. Vol 38. № 48-49. P. 8653–8671.

10. Entchev P.B., Lagoudas D.C. Modeling of transformation-induced plasticity and its effect on the behavior of porous shape memory alloys. Part I, II // Mechanics of Materials. 2004. Vol. 36. № 9. P. 865–913.

11. Tanaka K. Thermomechanical sketch of shape memory effect: One-dimensional tensile behavior // Res Mechanica: International journal of structural mechanics and materials science. 1986. Vol. 18. № 3. P. 251–263.

12. Zhao Y., Taya M., Kang Y.S., Kawasaki A. Compression behavior of porous NiTi shape memory alloy // Acta Materialia. 2005. Vol. 53. P. 337–343.

13. Xue L., Dui G., Liu B., Xin L. A phenomenological constitutive model for functionally graded porous shape memory alloy // International journal of engineering science. 2014. Vol. 78. P. 103–113.

14. Sayed T., Gurses E., Siddiq A. A phenomenological two-phase constitutive model for porous shape memory alloys // Computational Materials Science. 2012. Vol. 60. P. 44–52.

15. Ravari M., Kadkhodaei M., Ghaei A. Effects of asymmetric material response on the mechanical behavior of porous shape memory alloys // Journal of Intelligent Material Systems and Structures. 2016. Vol. 27. № 12. P. 1687–1701.

16. Ashrafi A., Argavani J., Naghdabadi R., Sohrabpour S. A 3-D constitutive model for pressure dependent phase transformation of porous shape memory alloys // Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. 2016. Vol. 42. P. 292–310.

17. Panico M., Brinson L.C. Computational modeling of porous shape memory alloys // International Journal of Solids Structures. 2008. Vol. 45. № 21. P. 5613–5626.

18. Li B.Y., Rong L.J., Li Y.Y., Gjunter V.E. Synthesis of porous NiTi shape memory alloys by self-propagating high-temperature synthesis: reaction mechanism and anisotropy in pore structure // Acta Materialia. 2000. Vol. 48. P. 3895–3904.

19. Kaya M., Orhan N., Tosun G. The effect of the combustion channels on the compressive strength of porous NiTi shape memory alloy fabricated by SHS as implant material // Current Opinion in Solid State and Materials Science. 2010. Vol. 14. P. 21–25.

20. Zanotti C., Giuliani P., Bassani P., Passaretti F., Tuissi A. Characterization of porous NiTi alloys produced by SHS // Proceedings of the International Conference on Shape Memories and Superelastic Technologies. 2006. P. 373–380.

21. Volkov A.E., Evard M.E., Iaparova E.N. Modeling of functional properties of porous shape memory alloy // MATEC Web of Conferences. 2015. Vol. 33. P. 02006.

22. Волков А.Е., Евард М.Е., Япарова Е.Н. Деформация пористого образца из сплава с памятью формы с поперечной ориентацией пор относительно оси нагружения // Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и техническое науки. 2016. T. 21. № 3. С. 913–916.

23. Volkov A.E., Evard M.E., Iaparova E.N. A beam model of porous shape memory alloy deformation // Materials Today: Proceedings. 2017. Vol. 4. P. 4631–4636.

24. Evard M.E., Volkov A.E. Modeling of martensite accommodation effect on mechanical behavior of shape memory alloys // Journal of Engineering Materials and Technology. 1999. Vol. 121. № 1. P. 102–104.


Рецензия

Для цитирования:


Волков А.Е., Евард М.Е., Япарова Е.Н. О ВЫБОРЕ ГРАНИЧНЫХ УСЛОВИЙ ПРИ КОМПЬЮТЕРНОМ МОДЕЛИРОВАНИИ ФУНКЦИОНАЛЬНО-МЕХАНИЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯ ПОРИСТЫХ ОБРАЗЦОВ ИЗ СПЛАВА С ПАМЯТЬЮ ФОРМЫ. Вектор науки Тольяттинского государственного университета . 2017;(4):26-31. https://doi.org/10.18323/2073-5073-2017-4-26-31

For citation:


Volkov A.E., Evard M.E., Yaparova E.N. THE COMPUTER MODELLING OF FUNCTIONAL-MECHANICAL BEHAVIOR OF POROUS SHAPE MEMORY ALLOY SAMPLES. Science Vector of Togliatti State University . 2017;(4):26-31. (In Russ.) https://doi.org/10.18323/2073-5073-2017-4-26-31

Просмотров: 15


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2782-4039 (Print)
ISSN 2782-6074 (Online)