Skip to main content
SUPERVISOR
Mahmoud Kadkhodaei
محمود کدخدایی الیادرانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Maedeh Hesami
مائده حسامی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392

TITLE

Rotary Bending Fatigue Analysis of Shape Memory Alloys
Rotary bending is a kind of cyclic loading in which a straight beam is bent into a curved shape and is forced to rotate around its longitudinal axis. Thus, each point of the sample section is subjected to repeated tension-compression cycles until fracture occurs as a result of fatigue failure. Rotary bending fatigue (RBF) behavior of shape memory alloys (SMAs) is a fascinating research field especially in endodontic rotary files. In the present work, one dimensional constitutive model is used to study RBF behavior of SMA beams. The stress and strain distributions in a beam section are driven numerically for both pure bending and rotary bending to show the basic differences between the two loading fashions. In order to verify the numerical results, tests were performed on NiTi specimens with an imposed bending angle using a bending apparatus. Since the specimens show significant stress plateau for forward and backward transformation in their stress-strain response, an enhanced stress-temperature phase diagram is proposed in which different slopes are considered for the start and finish of each transformation strip. In order to study low cycle fatigue of SMAs during rotary bending, the stabilized dissipated energy is calculated from numerical solution. A power law for variations of the fatigue life with the stabilized dissipated energy is obtained for the studied specimens to predict their fatigue life. The numerical predictions of the present approach are shown to be in a good agreement with the experimental findings for rotary bending fatigue. Keywords : Rotary bending, Fatigue, Shape memory alloy, Stabilized dissipated energy, Modified phase diagram.
با توجه به رشد سریع تکنولوژی در جهان امروز، استفاده از آلیاژهای حافظه دار به دلیل دارا بودن خواص منحصر به فرد در علوم مختلف بسیار متداول است. شناخت محدود رفتار خستگی این مواد سبب شده است که پژوهشگران بسیاری توجه خود را به بررسی این رفتار معطوف نمایند. یکی از پرکاربردترین موارد استفاده ی این مواد در خستگی، کاربرد در مته های دندان پزشکی است که در حین چرخش در کانال دندان دچار خستگی و شکست می شوند. از آنجا که بارگذاری خمشی چرخشی عامل اصلی وقوع شکست در این مته ها می باشد، شناخت دقیق این رفتار بسیار بااهمیت است. در این پژوهش رفتار خستگی آلیاژ نیکل-تیتانیوم تحت بارگذاری خمشی چرخشی مورد مطالعه قرار گرفته است. انتخاب آلیاژ نایتینول از بین انواع آلیاژهای حافظه دار به دلیل خواص ویژه و متمایزی است که سبب کاربرد آن در ساخت مته های دندان پزشکی نیز می شود. با توجه به مطالعات اخیر انجام شده در زمینه ی خمش چرخشی، می توان دریافت که تاکنون معادلات ساختاری آلیاژهای حافظه دار در تئوری خمش چرخشی وارد نشده است. در این تحقیق با اعمال معادلات ساختاری یک بعدی، نحوه ی توزیع تنش و کرنش در مقطع تیر خمیده ی چرخان تعیین شده است. سپس با حل عددی به کمک نرم افزار متلب مسئله ی خمش چرخشی شبیه سازی شده است و نتایج حل عددی به صورت منحنی گشتاور خمشی برحسب زاویه ی خمیدگی در مقطع بحرانی تیر به دست آمده است. براساس آزمایش های انجام شده برای تعیین خواص نمونه ی نایتینولی مورد مطالعه، وقوع تبدیل فاز در این آلیاژها به صورت تدریجی رخ داده است و بنابراین لازم است دیاگرام فازی چهار خطی متداول اصلاح گردد و دیاگرام فازی چهار خطی جدیدی شامل چهار شیب متفاوت که دارای کلیت بیشتری است ارائه گردد. نتایج تجربی در مدل خمش به صورت منحنی گشتاور خمشی برحسب زاویه ی خمیدگی به دست آمده است. برای مقایسه با حل عددی نیاز است رابطه ی بین زاویه ی خمیدگی و انحنا استخراج گردد. به این منظور از طریق روش اجزا محدود مسئله ی خمش در نرم افزار آباکوس شبیه سازی شده است و رابطه ی زاویه خمیدگی برحسب انحنا استخراج شده است. در ادامه نتایج حل عددی با نتایج تجربی مقایسه شده است و با توجه به تطابق خوب بین نتایج، درستی مدل عددی تأیید شده است. در تحلیل خستگی ابتدا انرژی اتلافی پایدار شده با کمک حل عددی استخراج شده و با استفاده از تنها معیار خستگی موجود برای آلیاژهای حافظه دار، فرمولی برای پیش بینی عمر خستگی نمونه تحت بارگذاری خمشی چرخشی محاسبه شده است. در نهایت با کمک نتایج آزمایش های خستگی انجام شده در این زمینه از صحت فرمول به دست آمده اطمینان حاصل شده است. کلمات کلیدی: آلیاژهای حافظه دار، بارگذاری خمشی چرخشی، معادلات ساختاری یک بعدی، شبیه سازی عددی، رابطه ی زاویه خمیدگی و انحنا، تخمین عمر خستگی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی

100%