مطالعه نظری و تجربی رفتار فنرهای حافظه دار

آلیاژهای حافظه دار دسته ای از مواد هوشمند با دو ویژگی منحصربه فرد حافظه داری و شبه الاستیک می باشند که این دو ویژگی ناشی از استحاله ی فازی مارتنزیت تحت بارگذاری های ترمومکانیکی مختلف است. بسته به این دو ویژگی ذکر شده آلیاژهای حافظه دار در فرم های مختلفی به عنوان عملگر مورد استفاده قرار می گیرند که فنرها از پرکاربردترین این عملگرها هستند. برای ساخت نمونه های حافظه دار با شکل مشخص (مانند فنرها، چنگک ها و واشرها) با استفاده از نمونه اولیه (مانند میله ها، سیم ها و ورق ها) نیاز به انجام فرآیندی به نام تثبیت شکل است. فرآیند تثبیت شکل شامل تغییر شکل نمونه ی اولیه به شکل مورد نظر، مقید کردن نمونه و عملیات حرارتی است. در این پژوهش دو نوع سیم از جنس نایتینول استفاده می شود که یکی از آن ها در دمای محیط دارای خاصیت حافظه داری و دیگری دارای خاصیت شبه الاستیک است. عملیات حرارتی با استفاده از کوره لوله ای تحت اتمسفر (گاز آرگون) انجام می شود و فنرهایی با شرایط مختلف ساخته می شود. تأثیر دمای عملیات حرارتی و گام فنر بر روی دماهای استحاله و رفتار مکانیکی فنرهای مارپیچ حافظه دار بررسی می شود. دماهای استحاله با استفاده از آزمون dsc اندازه گیری می شود و رفتار مکانیکی سیم ها و فنرهای ساخته شده با استفاده ازآزمون فشار و کشش در دماهای مختلف به دست می آید. سختی فنرهای ساخته در شرایط مختلف اندازه گیری می شود و تغییرات سختی فنرها در هنگام استحاله بررسی می شود. هم چنین پارامترهای لازم برای مدل سازی با استفاده از نتایج آزمایشگاهی به دست می آید. در این پژوهش برای بررسی رفتار فنرهای حافظه دار، مدلی ارائه می شود که هر دو ویژگی حافظه داری و شبه الاستیک فنرهای مارپیچ حافظه دار را به خوبی نشان می دهد. از معادلات ساختاری اصلاح شده ی برینسون، معادلات تعادل استاتیکی فنر و سازگاری هندسی در این مدل استفاده شده است و با استفاده از معیار تسلیم فون میزز مدل یک بعدی برینسون به مدل قابل استفاده برای فنرهای حافظه دار تعمیم داده شده است. در این مدل، ضریب پواسون برخلاف کارهای قبلی برابر 5/0 فرض نمی شود و می تواند مقدار دلخواهی داشته باشد؛ علاوه بر این، حداکثر کرنش ماندگار در کشش و برش یکسان فرض نمی شوند. صحت نتایج حاصل از مدل در قیاس با نتایج آزمایشگاهی، مورد ارزیابی قرار می گیرد و نتایج حاصل از مدل با نتایج حاصل از آزمون های انجام شده مقایسه می شود. در پایان، اثر پارامترهای مختلف آلیاژهای حافظه دار مانند مدول الاستیک و شیب نمودار فازی بر رفتار مکانیکی فنرهای مارپیچ حافظه دار با استفاده از نتایج مدل ارائه شده بررسی می شود.