Skip to main content
SUPERVISOR
شبنم رسولی یزدی(ارباب شیرانی) (استاد مشاور) محمود کدخدایی الیادرانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Shima Sameallah
شیما سمع اله

FACULTY - DEPARTMENT

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

TITLE

Numerical Simulation and Experimental Study of Fatigue in Shape Memory Alloy Wires
Shape memory alloys are used in medical domain and engineering fields’ especially in aeronautic industries, robatics, civil and loom engineering due to their distinguished features than ordinary metals. The lack of knowledge caused by the inability of their fatigue life prediction extremely shows off due to the pace of technological developement and vast technological use of these alloys. In recent decades, many researchers concentrate on study of their behavior. Recently, investigation of their fatigue and the effective parameters on this phenomenon has become a popular research topic. Accordingly, fatigue of CuAlBe alloy and the influence of parameters like stress and loading frequency on its fatigue life are studied in this thesis. Study of the loading frequency effect is one of the main aims of the present thesis, since temperature variations affect their behavior saliently and the frequency leads to significant changes in such a sample temperature. Furthermore, a few authors can observe and investigate the direct effect of this parameter. According to distinct behavior of the studied alloy than of NiTi, usual phase diagram is modified to predict phase transformation. One of the weaknesses in scientific field of studying these alloys’ cyclic behavior is the absence of a capable constitutive model to predict their behavior, thus, most results are experimentally achieved. In this regard, the only existant and used constitutive model is formed on the base of experimental observations and not in a continuum framework. This model has predicted fatigue life with use of a parameter called stabilized dissipated energy. In the present work, a fully-coupled thermomechanical model which is presented in a continuum framework is employed to predict the wire sample behavior and results of this model are compared with experimental one to verify the model. After verification of the numerical results, a cycle-dependent phase diagram is presented and used to formulate cycle-dependent parameters in this diagram as well as stabilized dissipated energy. Finally, a relation for fatigue life prediction of specimen is generated with the stabilized dissipated energy’s formula. In this relation, the effect of stress and loading frequency is clearly observed on fatigue life. Since tension-compression test is one of the most usual and simplest possible types of experiments, the experimental results are developed by applying tensile loading on the specimen. Key Words Shape memory alloys, Fatigue life prediction, Stabilized dissipated energy, Loading frequency, Cycle-dependent phase diagram, Uniaxial tension-compression loading.
آلیاژهای حافظه دار به خاطر داشتن خواصی ویژه و متمایز از سایرات فلزات، در پزشکی و صنایع مهندسی به خصوص هوافضا، رباتیک، عمران و نساجی کاربرد دارند. با توجه به سرعت رشد فناوری در جهان امروز و کاربرد فناورانه گسترده و روبه رشد این آلیاژها، خلأ ناشی از ناتوانی در پیش بینی عمر این مواد به شدت خودنمایی می کند. طی دهه های اخیر پژوهشگران زیادی توجه خود را به مطالعه و بررسی رفتار این آلیاژها معطوف داشته و اخیرا بررسی خستگی آنها و همین طور پارامترهای مؤثر بر این پدیده، موضوع داغ پژوهش ها شده است. از همین رو در این پروژه به بررسی خستگی آلیاژ مس- آلومینیوم- بریلیوم پرداخته شده و اثر پارامترهایی چون تنش و فرکانس بارگذاری بر عمر سیم مورد مطالعه قرار گرفته است. بررسی اثر فرکانس بارگذاری یکی از مهم ترین اهداف این پروژه بوده زیرا از یک سو تغییرات دمایی، اثر چشم گیر و به سزایی بر روی رفتار این گونه آلیاژها داشته و فرکانس باعث ایجاد تغییرات قابل توجهی در دمای چنین نمونه هایی می شود و از سوی دیگر تعداد محدودی از محققین توانسته اند اثر مستقیم این پارامتر را دیده و بررسی کنند. به دلیل متفاوت بودن رفتار آلیاژ مورد بررسی از آلیاژ متداول نیکل- تیتانیوم، دیاگرام فازی مرسوم برای پیش بینی تبدیل فاز نیز مورد اصلاح قرار گرفته است. یکی از ضعف هایی که در زمینه علم بررسی رفتار چرخه ای این آلیاژها وجود دارد، نبود مدلی توانا برای پیش گویی رفتار این مواد می باشد زیرا اکثر نتایج به صورت آزمایشگاهی به دست آمده اند. در حال حاضر در این زمینه تنها یک مدل ساختاری موجود و مورد استفاده است که آن هم بر اساس مشاهدات آزمایشگاهی به دست آمده و در چارچوب مکانیک محیط های پیوسته نمی باشد. مدل مذکور عمر خستگی را با استفاده از پارامتری با نام انرژی اتلافی پایدار شده پیش گویی می کند. در پروژه اخیر به کمک یک مدل ریاضی که در چارچوب مکانیک محیط های پیوسته به دست آمده و ترمومکانیکی کوپله است، به پیش بینی رفتار نمونه سیمی پرداخته شده و نتایج مدل با نتایج آزمایشگاهی مقایسه و صحت سنجی شده است. پس از اطمینان از صحت نتایج عددی، دیاگرام فازی وابسته به چرخه ارائه شده و به منظور فرمول بندی پارامترهای وابسته به چرخه در این دیاگرام و همین طور انرژی اتلافی پایدار شده به کار رفته و در نهایت به کمک فرمول انرژی اتلافی پایدار شده، قانونی برای پیش بینی عمر خستگی نمونه به دست آمده است. در این قانون، اثر تنش و فرکانس بارگذاری روی عمر خستگی به روشنی مشاهده شده است. از آنجا که آزمایش کششی- فشاری یکی از رایج ترین، ساده ترین و کم دردسرترین آزمایش های ممکن در این زمینه است، نتایج آزمایشگاهی با استفاده از بارگذاری کششی نمونه تولید گشته است. کلمات کلیدی: 1- آلیاژهای حافظه دار 2- تخمین عمر خستگی 3- انرژی اتلافی پایدار شده 4- فرکانس بارگذاری 5- دیاگرام فازی وابسته به چرخه 6- بارگذاری کششی- فشاری تک محوره

ارتقاء امنیت وب با وف بومی