طراحی و ساخت صفحه‏ی کامپوزیتی موج‏دار هوشمند با عملگری سیم آلیاژ حافظه‏دار

آلیاژ‏های حافظه‏دار، دسته‏ای از مواد هوشمند هستند که بواسطه داشتن خواص ترمومکانیکی، بعنوان یکی از پرکاربردترین مواد در تغییر شکل هوشمند سازه مطرح می‏باشند. این آلیاژها در ترکیب با سازه‏های انعطاف‏پذیر می‏توانند یک تغییر شکل پیوسته را بوجود آورند که این تغییر شکل در سازه‏های تطبیق‏پذیر، بال هوشمند، کنترل مساحت و ... کاربرد دارد. ساختار موج‏دار بدلیل داشتن خواص بشدت غیر‏همگن همواره بعنوان یک کاندیدا جهت بکارگیری در پوسته‏ی تطبیق پذیر بال هوشمند مطرح بوده است. از این رو در این پایان‏نامه، طراحی و ساخت صفحه‏ی کامپوزیتی موج‏دار با مقطع ذوزنقه‏ای تحت عملگری سیم آلیاژ حافظه‏دار به انجام رسید. بدین منظور، سیم آلیاژ حافظه¬دار بر روی صفحه کامپوزیتی و در راستای عمود بر اعوجاج نصب گردید. با توجه به ابعاد نمونه مورد بررسی، این ترکیب بصورت یک تیر یک¬سر¬درگیر تصور می¬شود که تحت بار خارج از مرکزی سیم آلیاژ حافظه¬دار، دچار خمش می¬گردد. بدین ترتیب رفتار خمشی سازه‏ی ترکیبی با استفاده از روش اجزاء محدود شبیه‏سازی گردید. در این راستا خواص مکانیکی ماده‏ی مرکب، از نمونه‏های آزمایش بدست آمد. همچنین شبیه¬سازی رفتار ترمومکانیکی سیم آلیاژ حافظه¬دار بر اساس مدل ساختاری برینسون انجام شد و پارامتر‏های ثابت این مدل یک بعدی با استفاده از روش‏های آزمایشگاهی تعیین گردید. برای وارد¬کردن مدل برینسون در روش اجزاء محدود، یک زیربرنامه به زبان فرترن نوشته شد. از آنجایی که ورودی این زیربرنامه‏ از نوع دما می‏باشد، با حل معادلات انتقال حرارت سیم، پاسخ زمانی عملگر حافظه‏دار به تحریک الکتریکی بدست آمد. بدین ترتیب در مدل یک بعدی انتقال حرارت، پارامتر ضریب انتقال حرارت جابجایی بصورت یک چند جمله‏ای بر حسب دما محاسبه شد و ظرفیت گرمایی نیز بصورت تابعی از تنش و دما تعیین گردید. بدلیل اینکه دقت شبیه‏سازی پاسخ رفتار سازه‏ی ترکیبی به جریان الکتریکی تحت تاثیر پارامتر‏های متعددی قرار دارد، به یک روش سیستماتیک، مدل اجزاء محدود صفحه‏ی کامپوزیتی، مدل اجزاء محدود سیم آلیاژ حافظه‏دار و مدل انتقال حرارت سیم بطور جداگانه مورد ارزیابی قرار گرفت و در هر مرحله شبیه‏سازی‏های عددی به تایید نتایج آزمایش رسید. در انتها با استفاده از دستگاه داده‏برداری، سازه‏‏ی ترکیبی توسط جریان الکتریکی تحریک شد و پاسخ سازه شامل تغییر مکان انتهایی، دما و تنش سیم آلیاژ حافظه‏دار نسبت به زمان ثبت گردید. در این آزمایشات مشاهده گردید که سیم عملگر حافظه¬دار، نیروی لازم برای تغییر شکل سازه را تامین می¬کند و در مقابل، سازه انرژی کرنشی لازم برای بازیابی شکل اولیه خود را پس از تحریک خواهد داشت. مقایسه‏ی نتایج عددی و داده‏های تجربی نشان می¬دهد که اولا مدل اجزاء محدود می¬تواند با دقت خوبی رفتار سازه¬های تحریک شده با آلیاژ حافظه¬دار را پیش¬بینی نماید؛ ثانیا این ساختار می‏تواند در بال هوشمند بکار گرفته شود؛ و نهایتا روش اجزاء محدود می¬تواند در تخمین پارامتر‏های طراحی سازه¬های تحریک شده توسط آلیاژ حافظه¬دار مفید واقع شود.