آلیاژهای حافظه شکل (SMA) به دلیل توانایی آنها در بازیابی شکل اولیه خود در هنگام گرم شدن و به دلیل پسماندهایی که در طول یک چرخه بارگذاری-تخلیه قبل از بازیابی حالت اولیه خود نشان می دهند، در طیف گسترده ای از کاربردها استفاده می شوند. این دو ویژگی که اثر حافظه شکل و شبه الاستیسیته نامیده می شود، این آلیاژها را برای بسیاری از کاربردهای صنعتی مانند هوافضا، حمل و نقل و صنایع پزشکی جالب می کند.

این مدل نمونه رفتار SMA را تحت بارگذاری تک محوری نشان می دهد. سه مطالعه انجام شده است: یک جارو بار مرزی اثر شبه الاستیسیته را در دماهای ثابت مختلف نشان می‌دهد، یک جابجایی جابجایی تجویز شده اثر شبه الاستیسیته را با یک حلقه تخلیه جزئی-بارگذاری جزئی نشان می‌دهد، و اثر حافظه شکل پس از افزایش دما به تصویر کشیده می‌شود.

آلیاژهای حافظه دار در دو ساختار کریستالی وجود دارند. آستنیت در دمای بالاتر و مارتنزیت در دماهای پایین تر وجود دارد. تبدیل از یک فاز به فاز دیگر علت رفتار خاص SMAها است. در حالت کلی، ماده دارای هر دو فاز آستنیت و مارتنزیت است که به دلیل تبدیل ناقص است. نرخ تبدیل با کسر حجمی مارتنزیت ξ نشان داده می شود .

با توجه به Ref. 1 ، تکامل تبدیل توسط شرایط کوهن تاکر بر روی نیروی ترمودینامیک عمومی مزدوج به ξ محاسبه می‌شود :

جایی که

سیلندر ساخته شده از آلیاژ نیکل تیتانیوم (NiTi) در معرض کشش محوری قرار می گیرد. این توسط یک مستطیل در یک هندسه متقارن محور دو بعدی مدل شده است. گره Shape Memory Alloy برای استفاده از مدل Lagoudas SMA تنظیم شده است. خواص مواد برای هر فاز به شرح زیر است:

پارامترهای تبدیل فاز عبارتند از:

مطالعه اول یک جارو پارامتریک را برای چهار دمای مختلف تجویز شده اجرا می کند. دو تا از دماها (328 کلوین، 308 کلوین) بالاتر از دمای پایان آستنیت، یک دما (276 کلوین) بین دمای شروع و پایان آستنیت و یک دما (260 کلوین) زیر دمای شروع آستنیت قرار دارد. بار مرزی یک چرخه بارگیری-تخلیه تا 850 مگاپاسکال برای مطالعه اول و تا 300 مگاپاسکال برای مطالعه سوم است، به شکل 1 مراجعه کنید .

مطالعه دوم یک جابجایی پارامتریک بر روی جابجایی محوری با دمای ثابت 298 کلوین انجام می‌دهد. جابجایی تجویز شده روی یک وجه اعمال می‌شود تا به مقدار کرنش محوری 0.07 برسد. پس از رسیدن به این مقدار حداکثر، جابجایی محوری تا 40 درصد مقدار خود کاهش می یابد، سپس تا 80 درصد حداکثر افزایش می یابد تا در نهایت به 0 کاهش یابد، شکل 2 را ببینید .

مطالعه سوم در دمای ثابت 260 کلوین انجام می شود که کمتر از دمای شروع آستنیت است. پس از یک چرخه مکانیکی مطابق شکل 1 ، دما به طور یکنواخت به 300 کلوین افزایش می یابد تا تبدیل معکوس به آستنیت در شکل 3 حاصل شود .

در شکل 4 ، منحنی‌های دماهای بالا (328 کلوین و 308 کلوین) اثر شبه الاستیسیته را نشان می‌دهند: رابطه تنش-کرنش تا حد تنش وابسته به دما خطی است. بالاتر از این حد، تبدیل مارتنزیت شروع می شود و در نتیجه ماده ای با سفتی کمتر ایجاد می شود. تبدیل با رسیدن به حداکثر کرنش کامل می شود، سپس ریزساختار آلیاژ 100% مارتنزیت است و سفتی مماس از مدول یانگ مارتنزیت گرفته می شود. در طول تخلیه، تبدیل معکوس در سطح تنش کمتر از حد تنش برای تبدیل رو به جلو رخ می دهد.

منحنی تنش-کرنش محوری برای دمای تعیین شده 276 K (بین دمای شروع و پایان آستنیت) نشان می‌دهد که تبدیل‌های رو به جلو و معکوس در سطوح تنش پایین‌تر رخ می‌دهند. همچنین، هنگامی که تنش به طور کامل رها شود، تبدیل معکوس کامل نیست. این را می توان در شکل 5 مشاهده کرد که در آن تبدیل رو به جلو زودتر رخ می دهد، یعنی در سطح تنش کمتر. دگرگونی رو به عقب دیرتر شروع می شود و در پایان جارو کردن کامل نمی شود. در دمای پایین تر، تبدیل رو به جلو در سطح تنش کمتر رخ می دهد و تبدیل معکوس حتی شروع نمی شود و منجر به کرنش های باقیمانده می شود.

اولین مرحله بارگیری و اولین مرحله تخلیه مشابه موارد در مطالعه قبلی است. در مقدار کرنش 0.028، ماده دوباره بارگذاری می شود که منجر به افزایش تنش با سفتی بالا می شود همانطور که در شکل 6 مشاهده می شود . این قسمت از منحنی با یک فلات در شکل 7 نشان داده شده است . با رسیدن به حد تنش تسلیم، تبدیل رو به جلو ادامه می یابد و همان مسیر بار اول را دنبال می کند. هنگامی که ماده تخلیه می شود، تنش کاهش می یابد و ماده دچار تبدیل معکوس به آستنیت خالص می شود. در نهایت استرس به صفر کاهش می یابد.

چرخه بارگذاری و تخلیه مکانیکی مانند مطالعه اول است (260 K). در این مرحله کرنش باقیمانده 0.056 است. همانطور که در شکل 8 نشان داده شده است، افزایش دما از 260 کلوین به 300 کلوین، کرنش باقیمانده را به 0 کاهش می دهد .

از منوی File ، New را انتخاب کنید .

در پنجره جدید ، روی  Model  Wizard کلیک کنید .

یک تابع درون یابی برای اعمال چرخه بار ایجاد کنید.

در نوار ابزار Mesh ، روی  Mapped کلیک کنید .

اکنون یک مطالعه با چرخه تخلیه-بارگیری جزئی انجام دهید. ابتدا تابع بار را تعریف کنید.

نمودارهای موجود را برای بازتولید شکل 6 و شکل 7 کپی کنید .

برای نشان دادن اثر حافظه شکل، باید یک جارو بر روی بار مکانیکی و سپس روی دما اعمال کنید.

گره Shape Memory Alloy 1 را کپی کنید تا دمای تعریف شده توسط تابع درون یابی اعمال شود.

نمودار سوم را برای بازتولید شکل 8 کپی کنید .

اگر می‌خواهید دوباره آن‌ها را اجرا کنید، باید گره‌های زیر را در مطالعات غیرفعال کنید.