بررسی رفتار سیم حافظه دار در بارگذاری های چرخه ای

آلیاژهای حافظه دار به دلیل دو ویژگی حافظه داری و شبه الاستیکی که از خود بروز می دهند بسیار مورد توجه هستند. این آلیاژها اغلب به صورت سیم مورد استفاده قرار می گیرند و در برخی کاربردها تحت بار چرخه ای قرار می گیرند. از این جمله موارد می توان به فرآیند تربیت برای ایجاد خاصیت حافظه داری دوطرفه اشاره کرد. تربیت عموماً به صورت اعمال بارهای چرخه ای تا زمان حصول پاسخ تثبیت شده و در نتیجه تثبیت کرنش های غیرالاستیک درون یک آلیاژ حافظه دار به عنوان یکی از موثرترین روش های اکتساب خاصیت حافظه داری دوطرفه است. همچنین استفاده از این آلیاژها به عنوان میراگر جهت کنترل ارتعاشات مکانیکی به دلیل ظرفیت بالای میرایی که از خود بروز می دهند نمونه دیگری از موارد قرارگیری آلیاژهای حافظه دار تحت بار چرخه ای است. لذا اهمیت مطالعه و شناخت دقیق رفتار این آلیاژها در بارگذاری چرخه ای بیش از پیش مورد توجه قرار می گیرد. وابستگی حرارتی- مکانیکی موجود در آلیاژهای حافظه دار و تاثیر آن در نرخ کرنش های بالا عامل اصلی ایجاد تغییرات دما در آلیاژهای حافظه دار هنگام بارگذاری چرخه ای است. تغییرات دمایی آلیاژدر هر چرخه یکی از اصلی ترین دلایل وابستگی پاسخ های چرخه ای آلیاژهای حافظه دار در هر چرخه به چرخه های قبلی است. از این رو در بررسی پاسخ های چرخه ای، چه در حالت گذرا و چه در حالت ماندگار نیاز به حل کامل تمام چرخه های ماقبل است که اغلب منجر به حل معادلات پیچیده و وقت گیر می گردد. اگر چه در بیشتر مطالعات انجام شده روی این آلیاژها شرایط بارگذاری شبه استاتیک فرض شده، اما در بحث بررسی رفتار چرخه ای توجه به مدل های وابسته به نرخ اجتناب ناپذیر است. در قسمت نخست این تحقیق با استفاده از مدل کدخدایی و همکاران معادلات حرارتی- مکانیکی در چارچوب مکانیک محیط های پیوسته برای دو حالت تنش-کنترل و کرنش-کنترل تحلیل شده است. با نوشتن برنامه ای به زبان متلب، مساله مقدار مرزی به صورت عددی حل و پاسخ های چرخه ای استخراج شده با نتایج کدخدایی و همکاران مقایسه گردیده است. با انجام آزمون آزمایشگاهی روی سیم نایتینولی در شرایط بارگذاری تنش-کنترل و کرنش-کنترل اعتبار روابط و نتایج استخراج شده سنجیده شده است. با مقایسه ی نتایج بدست آمده تطابق خوبی بین نتایج تجربی و شبیه سازی شده مشاهده گردید. در قسمت دوم برای حل مشکل وابستگی پاسخ ها به دما و همچنین حدس تعداد چرخه های لازم برای رسیدن به پاسخ تثبیت شده، بدون حل معادلات، ایده ای به این صورت ارائه گردیده که در آن فرض شده در بارگذاری چرخه ای دما تغییر نمی کند و اثرات تغییر دما برروی سایر خصوصیات فیزیکی آلیاژ لحاظ شده است. به عبارت دیگر در تحلیل رفتار چرخه ای سیم حافظه دار به جای لحاظ کردن تغییرات دما، با ثابت فرض کردن درجه حرارت سیم با مساله بار گذاری غیراستاتیکی همانند حالت شبه استاتیک رفتار شده، با این تفاوت که ثابت های ماده به گونه ای تغییر داده می شوند تا پاسخ غیراستاتیک در هر لحظه برآورده شود. در ادامه الگویی برای تغییرات خواص یادشده با رویکرد ارتباط آن ها با تعدادچرخه ها و نرخ کرنش اعمالی بیان گردیده و تعداد چرخه های بارگذاری تا رسیدن به حالت پایدار در نرخ کرنش های مختلف و شرایط بارگذاری متفاوت محاسبه گردیده است. در ادامه روابط مربوط به نحوه ی تغییرات خواص مذکور و محاسبه میزان حساسیت ضرائب روابط به شرایط بارگذاری نیز مطالعه گردیده است. در انتها تاثیر ویژگی های ساختاری و ابعادی سیم نایتینولی اعم از دماهای تغییر فاز و قطر سیم بر پارامترهای مورد بحث بررسی شده است.