تحلیل غیرخطی رفتار ترمومکانیکی مواد مرکب فعال شده بوسیله الیاف آلیاژ حافظه دار
Subject Areas : Journal of Simulation and Analysis of Novel Technologies in Mechanical Engineeringسیامک مقبلی 1 , محمدجواد محمودی 2
1 - دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی
2 - استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی
Keywords: آلیاژ حافظهدار, میکرومکانیک, خاصیت حافظه‌شکلی, کامپوزیت فعال‌شده,
Abstract :
رفتار عمومی ترمومکانیکی مواد مرکب تقویتشده با الیاف آلیاژ حافظهدار با استفاده از یک روش تحلیلی میکرومکانیکی سهبعدی بهمنظور درنظرگرفتن اثر فعالشدن الیاف پیشبینی میشود. کامپوزیت بهواسطه این روش میکرومکانیکی میتواند تحت بارگذاریهای عمومی مکانیکی شامل بارگذاری عمودی و برشی و همچنین حرارتی قرار بگیرد که نهایتاً سبب فعالشدن الیاف آلیاژ حافظهدار در زمینه پلیمری میگردد. با توجه به قابلیتهای مدل میکرومکانیکی ارائه شده، آرایش الیاف در زمینه بهصورت توزیع مریعی شبیهسازی میگردد. المان حجمی نمایندهی کامپوزیت از دو فاز شامل الیاف آلیاژ حافظهدار و زمینه پلیمری تشکیل میشود و تحت بارگذاری مکانیکی چرخهای محوری قرار میگیرد. بهمنظور نمایش اثر فعالشدن الیاف بر پاسخ کلی کامپوزیت، رفتار زمینه پلیمر بهصورت الاستیک در نظر گرفته میشود و الیاف آلیاژ حافظهدار بهصورت غیرخطی غیرالاستیک بر اساس مدل سه بعدی لاگوداس شبیهسازی میگردد. این مدل قادر پیشبینی اثرات استحاله فاز آلیاژ حافظهدار و رفتار سوپرالاستیک آنها میباشد. در راستای بسط معادلات ترمومکانیکی آلیاژ حافظهدار در مدل سلول واحد، از روش حل عددی غیرخطی نیوتن- رافسون استفاده میگردد. در قسمت نتایج ابتدا اثرات پارامترهای مهم بر پاسخ ترمومکانیکی کامپوزیت بررسی میگردد و سپس پاسخهای ترمومکانیکی کامپوزیت در دو بازه دمایی زیاد و کم نشان داده میشود و اثر فعالشدن سیم آلیاژ حافظهدار درون کامپوزیت نمایش داده میشود. نتایج بیانگر این نکته میباشند که با افزایش دما کرنش باقیمانده در باربرداری مکانیکی در کامپوزیت کاهش مییابد بهگونهای که هنگامی که دما بالاتر از ناحیه اتمام تشکیل آستنیت باشد کرنش باقیمانده در کامپوزیت به صفر میل میکند. مقایسه نتایج تحقیق حاضر با تحقیقات موجود در دسترس پیشین، تطابق بسیار خوبی را نشان میدهد.
[1] Lagoudas D.C., ShapeMemory Alloys: Modeling and Engineering Applications, Springer, 2008
[2] Birman V., Review of mechanics of shape memory alloy structures, Applied Mechanics Reviews, 506, 1997, pp. 29-45.
[3] Ostachowicz W.M., Krawczuk M., and Zak A., Dynamics and buckling of multilayer composite plates with embedded SMA weirs, Journal of Composite Structures, 48, 2000, pp. 163-167.
[4] Birman V., Saravanos D.A. and Hopkins D.A., Micromechanics of Composites With Shape Memory Alloy Fibers in Uniform Thermal Fields, American Institute of Aeronautics and Astronautics Journal, 34(9), 1998, pp. 1905-1912.
[5] Lagoudas D.C., BO, Z. Qidwai M.A., Micromechanics of Active Metal Matrix Composites with Shape Memory Alloy Fibers, in Inelasticity and Micromechanics of Metal Matrix Composites, Studies in Applied Mechanics, G.Z. Voyiadjis and J-W. Ju, eds., Vol. 41, Elsevier, Amsterdam, pp. 163-190, 1994.
[6] Cherkaoui M., Sun Q.P. and Song G.Q., Micromechanics modelling of composite with ductile matrix and shape memory alloy reinforcement, International Journal of Solids and Structures, 37, 2000, pp. 1577-1594.
[7] Aboudi J., Micromechanical analysis of composites by the method of cells, Applied Mechanics Reviews, 49, 1996, pp. 83-91.
[8] Paley M. and Aboudi j., Micromechanical Analysis of Composites by the Generalized Cells Model, Mechanics of Materials, 14, 1992, pp. 127-139.
[9] Jarali C.S., Raja S. and Upadhya A.R., Micro-mechanical behaviors of SMA composite materials under hygro-thermo-elastic strain fields, International Journal of Solids and Structures, 45, 2008, pp .2399-2419.
[10] Aboudi J, Micromechanically based constitutive equations for shape memory fiber composites undergoing large deformations. Smart Material and Structure, 13, 2004, pp. 828-837.
|
[11] Auricchio F., A robust integration-algorithm for a finite-strain shape-memory- alloy super elastic model, International Journal of plasticity, 17, 2001, pp. 971-990. |
|
[12] Freed Y. and Aboudi J., Thermo mechanically coupled micromechanical analysis of shape memory alloy composites undergoing transformation induced plasticity. Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 20(23), 2009, pp. 23-38. |
|
[13] Auricchio F., Reali A. and Stefanelli U., A three-dimensional model describing stress-induced solid phase transformation with permanent inelasticity. International Journal of plasticity, 23, 2007, pp. 207-226. |
|
[14] Marfia S. and Sacco E., Analysis of SMA composite laminates using a multiscale modelling technique. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 70, 2007, pp. 1182-1208. |
[15] Sepe V., Marfia, S. and Sacco, E., A non-uniform TFA homogenization technique based on piecewise interpolation functions of the inelastic field, International Journal of Solids and Structures, 50, 2013, pp.725-742.
[16] Evangelista V., Marfia S. and Sacco E., Phenomenological 3D and 1D consistent models for SMA materials, Computational Mechanics. 44, 2009, pp. 405-421.
[17] Damanpack A.R., Aghdam M.M., Shakeri M., Micro-mechanics of composite with SMA fibers embedded in metallic/ polymeric matrix under off-axial loadings, European Journal of Mechanics A/Solids. 49, 2015, pp. 467-480.
[18] Aghdam M.M., Smith D. J. and Pavier M. J., Finite Element Micromechanical Modelling of Yield and Collapse behavior of Metal Matrix Composites, Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 48(3), 2000, pp. 499-528.
[19] Mahmoodi M. J., Aghdam M. M. and Shakeri M., Micromechanical modeling of interface damage of metal matrix composites subjected to off-axis loading, Materials & Design. 31(2), 2010, pp. 829-836.
[20] Gilat R. and Aboudi J., Dynamic response of active composite plates: shape memory alloy fibers in polymeric/metallic matrices, International Journal of Solids and Structures, 41, 2004, pp.5717-5731.
[21] Chapra S.C., Applied Numerical Methods with Matlab for Engineers and Scientists, 3rd Ed, Raghothaman Srinivasan, 2012.
