Skip to main content
SUPERVISOR
Mahmoud Kadkhodaei
محمود کدخدایی الیادرانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Farzaneh Siavashi
فرزانه سیاوشی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395
With the advancement of technology, applications of shape memory alloys have been considered in various industries such as aerospace, biomedical, automotive and robotics due to their unique properties, which is mainly due to phase transformation (austenite to martensite transformation or vice versa). These alloys are subjected to fatigue loading in various applications. Fatigue loads are applied as cyclic tensile, torsional, pure bending, rotary bending or combination of them. Rotary bending is more delicate compared to other one-dimensional loadings. One of the most commonly applications of these alloys under rotary bending fatigue is endofiles. Failure of these endofiles in the root canal occurres without any signs. Therefore, prediction of their fatigue life is very important. In this research, the low-cycle fatigue of shape memory alloys under pseudo-elastic rotary bending has been investigated. In fact, the reason of studying the low cycle fatigue in these alloys is that the occurrence of transformation has led to a distinct behavior compared to other metals, so these alloys should be investigated under the conditions in which they are transformed. On the other hand, this phase transformation causes significant changes in the temperature of the material; therefore, the frequency or, in other words, the loading rate affects the stress-strain response and the fatigue life of these materials. In the present study, a fully coupled thermomechanical model in the continuum mechanics framework is presented to obtain stress-strain response of SMA wires under rotary bending and pure bending cyclic loadings. Then, using the properties of nickel-titanium, stress, strain and temperature at each point of the wire cross section has been determined; then, the required bending moment in this loading has been obtained. Next, a relation between fatigue life and stabilized dissipated energy in rotary bending is presented. The results of the numerical solution presented in this study have been validated with experimental results presented in previous papers. At the end, using the developed model, the effects of factors such as loading speed, radius of curvature and wire diameter on fatigue life in rotary bending have been investigated. The results showed that increasing the rotational speed and wire diameter would reduce the fatigue life and increase the bending radius of curvature, resulting in longer fatigue life. Keywords: Shape memory alloys, Rotary bending, Fatigue life, Stabilized dissipated energy , Loading frequency.
با پیشرفت تکنولوژی، استفاده از آلیاژهای حافظه‌دار به دلیل دارا بودن ویژگی‌های منحصر به فردی که عمدتاً ناشی از استحاله‌ی فازی (تبدیل آستنیت به مارتنزیت یا برعکس) می‌باشد، در صنایع گوناگونی چون هوافضا، زیست‌پزشکی، خودروسازی و رباتیک مورد توجّه قرار گرفته است. این آلیاژها در کاربردهای مختلف تحت بارگذاری‌های خستگی‌زا قرار می‌گیرند. بارگذاری خستگی‌زا می‌تواند به‌صورت بارگذاری‌های چرخه‌ای کششی، پیچشی، خمش خالص و خمشی-چرخشی یا به‌صورت ترکیبی اعمال گردد. بارگذاری خمشی-چرخشی نسبت به سایر بارگذاری‌های یک‌بعدی دارای ظرافت‌هایی است. یکی از پرکاربردترین موارد استفاده ی این آلیاژها در بارگذاری خستگی‌زای خمشی-چرخشی، کاربرد آن ها در مته‌های دندان‌پزشکی می‌باشد. شکست این مته‌ها در کانال دندان بدون هیچ‌گونه نشانه‌ای صورت می‌گیرد. ازاین‌رو تخمین عمر خستگی آن‌ها اهمیّت به‌سزایی دارد. در این پژوهش، رفتار خستگی کم‌چرخه‌ی آلیاژهای حافظه‌دار تحت بارگذاری شبه‌کشسان خمشی-چرخشی مورد بررسی قرار گرفته است. در واقع، علت بررسی خستگی کم‌چرخه در این آلیاژها این است که رخداد استحاله مسبب بروز رفتاری متمایز نسبت به سایر فلزات شده است. بنابراین این آلیاژها باید تحت شرایطی که استحاله در آن‌ها حضور داشته باشد مورد بررسی قرار گیرند. از طرفی، این استحاله‌ی فازی باعث ایجاد تغییرات محسوسی در دمای جسم می‌شود؛ بنابراین فرکانس یا به عبارت دیگر سرعت بارگذاری در پاسخ تنش-کرنش و در نتیجه، عمر خستگی این آلیاژها تأثیرگذار است. در پژوهش حاضر یک مدل کوپله‌ی ترمومکانیکی در چارچوب مکانیک محیط‌های پیوسته برای به‌دست آوردن پاسخ تنش-کرنش نمونه های سیمی از جنس آلیاژ حافظه‌دار تحت بارگذاری خمشی-چرخشی و بارگذاری چرخه‌ای خمش خالص ارائه شده است. در ادامه با استفاده از خواص آلیاژ نیکل-تیتانیوم به‌عنوان ورودی، تنش، کرنش و دما در هر نقطه از مقطع نمونه‌ی سیمی محاسبه گردیده و سپس گشتاور مورد نیاز در این بارگذاری به‌دست آورده شده است. پس از آن، با استفاده از معیاری برپایه‌ی انرژی اتلافی در چرخه‌ی پایدار، رابطه‌ای برای تخمین عمر خستگی در بارگذاری خمشی-چرخشی ارائه شده است. نتایج حاصل از حل عددی ارائه شده در این پژوهش با نتایج تجربی موجود در مقالات اعتبارسنجی شده است. در پایان با استفاده از مدل توسعه‌یافته، تأثیر عواملی چون سرعت بارگذاری، شعاع انحنا و قطر نمونه بر روی عمر خستگی در بارگذاری خمشی-چرخشی بررسی شده است. نتایج نشان داد که افزایش سرعت چرخش و افزایش قطر سیم، موجب کاهش عمر خستگی نمونه گردیده و افزایش شعاع انحنای خم، افزایش عمر خستگی را در پی دارد. کلمات کلیدی: 1- آلیاژهای حافظه‌دار، 2- بارگذاری خمشی-چرخشی، 3- عمر خستگی، 4- انرژی اتلافی، 5- فرکانس بارگذاری

ارتقاء امنیت وب با وف بومی