Skip to main content
SUPERVISOR
Mehdi Salmani tehrani,Mahmoud Kadkhodaei
مهدی سلمانی تهرانی (استاد مشاور) محمود کدخدایی الیادرانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Yadollah Mohammad Hashemi
یداله محمدهاشمی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394

TITLE

Fatigue Analysis of Shape Memory Alloy Helical Springs
Shape Memory Alloys (SMAs) are a class of smart materials that, through recognizing different aspects of their behavior, different applications have been simultaneously found for them in last decades. Shape Memory Effect and Pseudoelasticity are main responses of SMAs, and they are employed in different configurations such as wire, spring and tube. SMA springs tolerate higher recoverable strains in comparison to traditional springs. Their damping ability and thermomechanical response have imported them into wide range of applications such as sensors and actuators. They are used in different fields including aerospace, automotive and robotic industries. Due to the growth of SMA spring applications, their fatigue analysis also needs to be investigated. Fatigue life estimation of SMA springs under different loading conditions can be achieved by determining related fatigue curves. Various methods such as stress-life and strain-life are used to estimate fatigue life of SMAs. According to important advantages of energy approach, it has been used in this research for analyzing fatigue life of SMA springs. Due to the effect of geometric characteristics on dissipated energy, effective geometric factors have been also investigated, and conditions in which geometrical characteristics need to be optimized is also presented. Required specimens were fabricated and tensile and fatigue tests were conducted. Force-displacement response of specimens have been obtained by rate-dependent modeling for SMA springs. By using the values of dissipated energy in stabilized cycle and number of cycles to failure (which was acquired by fatigue tests), fatigue curves have been finally presented. Through given correlation (which has been acquired by statistic approach), a user can be able to estimate the fatigue life. Also the effect of large deformation, convective heat transfer coefficient and mean applied displacement on SMA springs have been studied. Seeing good agreements of the numerical results with empirical findings, it can be concluded that energy approach is an applicable and appropriate method for fatigue analyzing of SMA springs. Keywords: Shape Memory Alloy, fatigue, helical spring, rate-dependent model, large deformations,pseudoelasticity.
آلیاژهای حافظه‌دار گروهی از مواد هوشمند به‌حساب می‌آیند که با گسترش شناخت جنبه‌های مختلف رفتارشان، هم‌زمان کاربردهای بسیار زیادی در دهه‌های اخیر پیداکرده‌اند. پاسخ حافظه‌داری و شبه‌الاستیک ازجمله پاسخ‌های اساسی این آلیاژها است. ویژگی‌هایی چون اتلاف انرژی و رفتار ترمومکانیکی فنرهای آلیاژ حافظه¬دار ما را قادر می‌سازد تا از آن‌ها به‌عنوان جاذب‌های انرژی و عملگر استفاده کنیم. با توجه به افزایش روزافزون کاربرد این‌گونه فنرها، بررسی خستگی این دسته از محصولات حافظه‌دار نیز نیاز به توسعه و گسترش دارد. در میان روش¬هایی که برای بررسی خستگی آلیاژهای حافظه¬داراستفاده می¬شود، روش انرژی که به استفاده از نمودار انرژی-عمر برای آلیاژهای حافظه‌دار می‌پردازد، به‌عنوان روش انتخابی برای تخمین عمر فنرهای آلیاژ حافظه‌دار در این پژوهش استفاده‌شده است. عوامل هندسی تأثیرگذار بر روی اتلاف انرژی فنرهای آلیاژ حافظه‌دار (از جمله قطر سیم، قطر پیچه و تعداد پیچه) و نیاز و یا عدم نیاز بهینه‌سازی تأثیر هر یک از پارمترهای هندسی بر انرژی اتلافی بررسی‌شده است. به کمک بررسی اثر هندسه بر انرژی اتلافی کاربر می¬تواند روند طراحی هندسه فنری با میزان انرژی اتلافی ماکزیمم را با توجه به شرایط بارگذاری به¬دست آورد. همچنین با ارائه مدل وابسته¬به¬نرخ برای فنرهای حافظه‌دار، نمودار نیرو-جابجایی، استخراج‌شده و با ساخت نمونه‌های موردنیاز و انجام آزمایش‌های خستگی، درنهایت نمودار خستگی فنرهای آلیاژ حافظه‌دار به‌دست‌آمده است. اثر فرکانس بارگذاری بر خستگی و عمر فنرهای آلیاژ حافظه دار با بررسی تجربی خستگی در دو نرخ کرنش برشی مختلف مشاهده و گزارش شده¬است. به کمک نتایج پردازش آماری ارائه شده، کاربر قادر خواهد بود عمر فنر را بر اساس شرایط بارگذاری تخمین بزند. مزیت استفاده از این روش این است که کاربر نیازی به اطلاع از نحوه مدل¬سازی آلیاژهای حافظه¬دار و انجام روند مورد نیاز برای استخراج انرژی اتلافی ندارد و می¬تواند تنها با وارد¬کردن مقادیر مرتبط با شرایط بارگذاری در رابطه ارائه شده، انرژی اتلافی را محاسبه نماید. اثر تغییر شکل‌های بزرگ نیز با لحاظ¬کردن تغییرات قطر پیچه در حین بارگذاری و اثر زاویه مارپیچ فنر، در نظر گرفته¬ شده و بر مدل¬های شبه¬استاتیک و وابسته به نرخ فنرها اعمال شده است. تاثیر ضریب انتقال حرارت جابجایی و جابجایی میانگین از دیگر مواردی هستند که در این پژوهش به آن‌ها پرداخته‌شده است. با افزایش مقدار جابجایی میانگین وارده به فنر، میزان انرژی اتلافی افزایش و در نهایت عمر فنر کاهش می¬یابد. درمجموع می‌توان گفت به کمک بررسی خستگی انجام شده در این پایان¬نامه می¬توان با تقریب خوبی عمر فنرهای آلیاژحافظه¬دار را در بارگذاری¬های مکانیکی پیش¬بینی کرد. واژه‌های کلیدی: آلیاژ حافظه‌دار، خستگی، فنر مارپیچ، مدل وابسته به نرخ، تغییر شکل‌های بزرگ، شبه‌الاستیک

ارتقاء امنیت وب با وف بومی