توصيفگر ها :
آلياژهاي حافظه‌دار , فنرهاي موج‌دار , سوپرالاستيك , سفتي منفي , فروجهش , تنظيم شكل
چكيده فارسي :
خاصيت حافظه¬داري و سوپرالاستيك در آلياژهاي حافظه‌دار، باعث شده است كه از آلياژهاي حافظه‌دار براي ساخت انواع فنرها استفاده شود. از طرف ديگر اتلاف انرژي بالا و رفتار ترمومكانيكي فنرهاي آلياژ حافظه‌دار باعث شده است كه از آن¬ها به عنوان يك جاذب انرژي و يا عملگر استفاده شود. از آنجايي كه امروزه از مكانيزم¬هاي سفتي منفي به منظور اتلاف بيشتر انرژي در جاذب¬هاي انرژي استفاده مي¬شود، مي¬توان از سفتي منفي در كنار آلياژ حافظه‌دار به اتلاف انرژي بالايي رسيد. يكي از راه¬هاي رسيدن به سفتي منفي رخ دادن فروجهش در تيرهاي كمانش يافته است؛ از اين رو با تركيب مكانيزم¬هاي فروجهش در تيرهاي كمانش يافته در فنرهاي موج¬دار با آلياژ حافظه‌دار مي¬توان به يك جاذب انرژي با خواص منحصر به فرد و بازدهي بسيار بالا دست يافت. در اين تحقيق براي اولين بار طراحي فنرهاي موج‌دار آلياژ حافظه‌دار با سفتي منفي انجام شده است. ابتدا با بررسي فروجهش و عوامل مؤثر بر آن در تيرهاي كمانش يافته، يك ساختار هندسي مشخص جهت رخ دادن استحاله¬ي فازي در آلياژهاي حافظه‌دار و تنظيم سفتي حاصل شد. سپس طراحي و مدل¬سازي در سازه¬هاي دو بعدي و فنر موج¬دار انجام شده است همچنين نحوه¬ي چيدمان در اين نوع سازه¬ها مورد بررسي قرار گرفت. نتايج براي سه ماده با رفتار الاستيك، الاستوپلاستيك و آلياژ حافظه‌دار به¬دست آمد. با مقايسه¬ي اين سه ماده ديده شد كه در مواد الاستوپلاستيك با بروز سفتي منفي و رخ دادن فروجهش در المان¬هاي فنر، كرنش پسماندي حدوداً 9 درصدي درون جسم پديدار مي¬شود. اين كرنش¬هاي پسماند درون فنر باعث تكرار ناپذير شدن فروجهش درون فنر خواهد شد، چرا كه علاوه بر يكسان نشدن پاسخ¬ها با تكرار فروجهش، تقارن تيرهاي موجود در فنر نيز از بين خواهد رفت. از اين رو استفاده از موادي با رفتار الاستوپلاستيك در اين فنرها گزينه¬ي مناسبي نمي¬تواند باشد. براي فنري با رفتار الاستيك ديده شد كه سطح تنش و نيروها نسبت به ديگر مواد به شدت افزايش مي¬يابد. همچنين براي بازگشت فنر به حالت اوليه به نيروي بيشتري نياز خواهد بود، در حالي كه در مسير برگشت، فروجهش معكوس و شوك نيز به فنر وارد مي¬شود. نتايج به¬دست آمده نشان مي¬دهد كه با افزايش 5/3 برابري ارتفاع اوليه در يك تير كمانش يافته، مواد الاستيك افزايش نيروي 18 برابري را نشان مي-دهد در حالي كه اين افزايش نيرو در آلياژهاي حافظه‌دار 6 برابر خواهد بود. فنرهاي موج¬دار حافظه¬دار بر خلاف مواد الاستوپلاستيك قادر به تكرار پذيري و بازگشت كامل كرنش خواهند بود. همچنين سطح تنش¬ها و نيروي مورد نياز براي بازگشت به حالت پايدار اوليه، در اين فنر كمتر از مواد الاستيك است و هيچگونه شوكي به فنر وارد نمي¬شود. در فنرهاي حافظه¬دار با افزايش تنش دورن جسم استحاله¬ي مارتنزيتي رخ خواهد داد و باعث تنظيم پذيري سفتي فنر با افزايش يا كاهش سطح تنش درون جسم خواهد شد. در پايان نتايج به¬دست آمده براي يك تير كمانش يافته¬ي نيكل-تيتانيوم و تير آلومينيومي صحت سنجي شد.
چكيده انگليسي :
nowadays Shape memory alloys (SMAs) are expanding due to their unique properties. Their damping ability and thermomechanical response have imported them into a wide range of applications such as sensors and actuators. They are used in different fields including aerospace, automotive, and robotic industries. shape memory effect (SME) and pseudoelasticity (PE) properties of these materials have led to the use of memory alloys to make all kinds of springs. On the other hand, the high energy loss and thermomechanical behavior of memory alloy springs have caused them to be used as energy absorbers or actuators. On the other, wavy springs are known as springs with uniform force distribution and a high range of motion compared to other springs, and due to the high area-to-volume ratio in these springs, the cooling time of the spring is lower than the others. This feature makes using these springs with SMA easier and better. Since negative stiffness mechanisms are used today in order to dissipate more energy in energy absorbers, it is possible to achieve high energy dissipation from negative stiffness in addition to the SMA. One of the ways to achieve negative stiffness is the occurrence of snap-through in buckling beams. Therefore, by combining snap-through in buckled beams in wavy springs with SMA, it is possible to create an energy absorber with unique properties and very high efficiency. In this research, Modeling and adjusting stiffness in negative-stiffness shape memory alloy wave springs has been done. By investigating the snap-through in buckled beams, the modeling of the wavy spring has been done. The results were obtained for three materials with elastic, elastoplastic, and SMA behavior. By comparing these three materials, it was seen that in elastoplastic materials, when negative stiffness occurs, residual strain appeared inside the object. Residual strains in the spring will cause asymmetry and unrepeatability. In the spring with elastic behavior, it was seen that the level of stresses and forces increases strongly compared to other materials. Also, more force will be needed to return the spring to its initial state, while on the way back, reverse snap-through and shock will be applied to the spring. SMA wave springs, unlike elastoplastic materials, will be able to repeat and fully return the strain. Also, the level of stress is lower than in elastic materials and no shock is applied to the spring. SMA springs, the martensitic transformation will occur with the increase of the stress and will cause the stiffness of the spring to be adjusted by increasing or decreasing the stress level inside the object.
