Skip to main content
SUPERVISOR
Mahmoud Kadkhodaei,Peiman Mosaddegh
محمود کدخدایی الیادرانی (استاد راهنما) پیمان مصدق (استاد مشاور)
 
STUDENT
Fatemeh Zare baghdadabady
فاطمه زارع بغدادآبادی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390

TITLE

Investigation of Creep and Stress Relaxation in Shape Memory Alloy
In shape memory alloys (SMAs), the shape memory effect and superelastic characteristics appear owing to the martensitic transformation (MT). In practical applications of SMAs, they are subjected to various thermomechanical loadings. When an SMA is subjected to a mechanical load, especially at high strain rates, its temperature varies due to thermomechanical coupling in the response of these materials. In thermomechanical loadings, the mechanical loading/unloading and thermal heating/cooling processes in which the MT is completed are called full-loop loadings or complete-loop loadings. If the loading directions vary during the MT, before the MT is completed, the loading processes are called subloop loadings or internal loop loadings. Creep and stress relaxation are induced by the MT according to variations in temperature under subloop loadings. Thus, if strain is kept constant during the transformation, temperature change will cause stress to decrease during loading and to increase during unloading. A decrease in stress under constant strain indicates stress relaxation, and an increase in stress indicates stress recovery. Similarly, if stress is kept constant during the transformation, temperature change will cause strain to increase during loading and to decrease during unloading. An increase in strain under constant stress indicates creep, and a decrease in strain indicates creep recovery. In this thesis, a 1-D thermo-mechanical model is proposed and equations are extracted in continuum mechanics framework for stress-controlled and strain-controlled loadings to study stress relaxation and creep in SMA wires. Numerical analysis is done by developing a code in MATLAB. To study stress relaxation and creep in an SMA wire, three steps are considered: for stress relaxation, in the first step, strain-controlled loading at the specified strain rate is done up to a particular strain during transformation. In the second step, strain is kept constant and decrease in stress is seen indicating stress relaxation. In the last step, the applied strain is again increased at the same strain rate as the first step until the transformation is completed. Similarly, to study stress recovery, loading followed by incomplete unloading is first done. Then strain is kept constant leading to increase in the stress of an SMA wire. At last, unloading continues to the complete removal of the applied strain. For creep, firstly, stress-controlled loading is done up to a particular stress during transformation. In the second step, stress is kept constant and increase in strain is seen indicating creep. In the last step, the applied stress is again increased until the transformation is completed. In the same way, to study creep recovery, loading followed by incomplete unloading is first done. Then stress is kept constant leading to decrease in the strain. At last, unloading continues to the complete removal of the applied stress. Various relaxation and creep experiments were also performed on NiTi wires. For this aim, fabricating some equipment was required. Thus, the second part of this thesis corresponds to the manufacture of this equipment. Finally, various relaxation and creep experiments at different ambient temperatures and applied strain rates were done, and the empirical findings were found to coincide with the numerical results. The results indicate that increase in the applied strain rate as well as radius of an SMA wire gives rise to more pronounced stress relaxation and stress recovery. Moreover, increase in the applied strain rate and decrease in the radius of an SMA wire gives rise to more pronounced creep and creep recovery. Key Words Shape Memory Alloy Wire, Thermomechanical, Stress relaxation, Stress recovery, creep, creep recovery.
: آلیاژهای حافظه دار خواص ترمومکانیکی سوپرالاستیسیته و حافظه داری دارند و به دلیل سودمند بودن این خواص، کاربرد این آلیاژها جهانی شده است. خواص اساسی آلیاژهای حافظه دار بر پایه ی استحاله ی مارتنزیتی رخ داده در آن ها، ظاهر می شوند. در استفاده های کاربردی آلیاژهای حافظه دار، المان های آلیاژ در معرض بارهای ترمومکانیکی متنوعی هستند. دما در طول استحاله تغییر می کند. از این رو اگر کرنش در طول استحاله در نقطه ای ثابت نگه داشته شود، تغییرات دما سبب کاهش تنش در طول بارگذاری یک آلیاژهای حافظه دار به ویژه در نرخ کرنش های بالا، به دلیل وجود کوپلینگ ترمومکانیکی موجود در این آلیاژها، در بارگذاری یا وارفتگی و افزایش تنش در باربرداری یا بهبود وارفتگی می شود. به همین صورت، اگر تنش در طول استحاله در نقطه ای ثابت نگه داشته شود، تغییرات دما سبب افزایش کرنش در بارگذاری یا خزش و کاهش کرنش در باربرداری یا بهبود خزش می شود. در قسمت نخست این تحقیق با استفاده از مدل کدخدایی و همکاران معادلات حرارتی- مکانیکی در چارچوب مکانیک محیط های پیوسته برای دو حالت تنش کنترل و کرنش کنترل تحلیل شده است و معادلات مربوط به پدیده های خزش و وارفتگی استخراج شده اند. با نوشتن برنامه ای به زبان متلب، معادلات خزش و وارفتگی به صورت عددی حل شده اند. روند حل برای هر پدیده در بارگذاری و باربرداری هرکدام طی سه مرحله انجام شده است. برای وارفتگی، ابتدا برنامه ی کرنش کنترل تا رسیدن به کرنش موردنظر مابین استحاله، اجرا و در مرحله ی بعد معادلات وارفتگی حل و میزان کاهش تنش در کرنش ثابت محاسبه شده و در انتها با حل مجدد برنامه ی کرنش کنترل فرایند تا پایان استحاله ادامه یافته است. فرایند باربرداری هم مانند بارگذاری بود، با این تفاوت که افزایش تنش در کرنش خاص دیده شده است. حل برنامه ی خزش هم روندی مانند آن چه برای وارفتگی ذکر شد، دارد با این تفاوت که، برنامه ی تنش کنترل تا رسیدن به تنش موردنظر مابین استحاله اجرا و در ادامه با حل برنامه ی خزش افزایش کرنش در بارگذاری و کاهش کرنش در باربرداری که به ترتیب خز ش و بهبود خزش هستند، محاسبه شده است. در مرحله ی بعد، انجام تست های آزمایشگاهی متنوع برای بررسی صحت و دقت مدل های خزش و وارفتگی استخراج شده، مدنظر بوده است. برای رسیدن به این هدف، انجام یک سری اقدامات آزمایشگاهی و ساخت تجهیزات لازم بود. از این رو قسمت دوم ، اختصاص به توضیح روند اقدامات آزمایشگاهی انجام شده برای انجام تست های مربوط به خزش و وارفتگی وهمچنین نحوه ی ساخت تجهیزات لازم و کالیبره کردن دستگاه های مورد استفاده دارد. در نهایت، با انجام تست های گوناگون وارفتگی در دما و نرخ های متنوع و تست های دما محیط خزش، دقت مدل ها مورد بررسی قرار گرفته اند. با توجه به نتایج حاصل از تست و مدل، تطابق خوبی بین این دو مشاهده شده است. در ادامه تاثیر برخی عوامل از جمله نرخ کرنش، زمان و شعاع سیم آلیاژ حافظه دار در میزان خزش و وارفتگی مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به یافته های حاصل با افزایش میزان نرخ کرنش، خزش و وارفتگی هردو زیاد می شوند. در نتیجه، اگر کمترین میزان خزش مدنظر است باید تا جایی که امکان دارد از نمونه های قطورتر تحت نرخ های پایین تر استفاده کرد. این در حالی است که برای حصول کمترین میزان وارفتگی، باید از نمونه های با کمترین شعاع ممکن تحت نرخ های پایین تر استفاده کرد. کلمات کلیدی : سیم آلیاژهای حافظه دار، ترمومکانیکی، وارفتگی، بهبود وارفتگی، خزش، بهبود خزش.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی