Моделирование эффекта мартенситной неупругости в плоских композиционных пружинах, выполненных из сплава с эффектом памяти формы
Авторы: Бутрина А.А., Ганыш С.М., Гаврюшин С.С.
Опубликовано в выпуске: #1(121)/2022
DOI: 10.18698/2308-6033-2022-1-2142
Раздел: Механика | Рубрика: Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры
Разработана математическая модель плоской композиционной пружины, работающей в области малых перемещений, обладающей эффектом памяти формы. Для описания поведения материала применен феноменологический подход, основанный на диаграмме фазовых переходов. В качестве модели материала выбрана феноменологическая модель Бринсон. Предложены соотношения для определения приведенных механических характеристик монослоя, эквивалентного композиционному слою в пружине. Эффект памяти учтен с помощью дополнительного внутреннего силового фактора — момента памяти формы при изгибе, являющегося результатом ориентации мартенсита по сечению. Для получения упругой характеристики плоской пружины использован конечно-элементный подход, в котором момент памяти формы выступает в качестве дополнительной узловой нагрузки. Представлен алгоритм построения зависимости между изгибающим моментом в сечении и моментом памяти формы для изотермического нагружения в зоне стабильности мартенсита. Получены зависимости момента памяти формы при изгибе от изгибающего момента для различных конфигураций поперечного сечения плоской пружины.
Литература
[1] Jani J.M., Leary M., Subic A., Gibson M.A. A review of shape memory alloy research, applications and opportunities. Materials & Design, 2015, vol. 56, pp. 1078–1113.
[2] Narahari P.S., Wanhill R.J.H. Aerospace materials and material technologies. Springer Science+Business Media, 2017, vol. 1, pp. 1–14.
[3] Zhang Y., Zhao Y.-P. A study of composite beam with shape memory alloy arbitrarily embedded under thermal and mechanical loadings. Materials & Design, 2007, vol. 28 (4), pp. 1096–1115.
[4] Rasid Z.A., Zahari R. The deflection of the shape memory alloy composite beams using finite element method. Applied Mechanics and Materials, 2014, vol. 695, pp. 135–138.
[5] Saraswat Y., Yadav S., Parihar H.S. The effect of shape memory alloy in composite beam. International Journal of Innovative Technology and Exploring Engineering, 2019, vol. 8, pp. 130–134.
[6] Тихомирова К.А. Изотермическое деформирование сплава с памятью формы в разных температурных интервалах. Случай одноосного растяжения. Механика композиционных материалов и конструкций, 2017, т. 23, № 2, c. 263–282.
[7] Cisse C., Zaki W., Zineb T.B. A review of modeling techniques for advanced effects in shape memory alloy behavior. Smart Materials and Structures, 2016, vol. 25 (10), pp. 1–36.
[8] Poorasadion S., Arghavani J., Naghdabadi R., Sohrabpour S. An improvement on the Brinson model for shape memory alloys with application to two-dimensional beam element. Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 2013, vol. 25, pp. 1905–1920.
[9] Гаврюшин С.С., Ганыш С.М. Расчет элементов коммутационных и исполнительных устройств, выполненных из сплава с памятью формы. Проблемы машиностроения и надежности машин, 2019, № 7, c. 6–14.
[10] Кузьмин М.А., Лебедев Д.Л., Попов Б.Г. Прочность, жесткость, устойчивость элементов конструкций. Теория и практикум. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012, 344 с.
[11] Гаврюшин С.С., Ганыш С.М. Построение упругих характеристик для плоских и винтовых цилиндрических пружин, выполненных из сплава с эффектом памяти формы. Сб. науч. трудов: Математическое моделирование и экспериментальная механика деформируемого твердого тела. Тверь, 2018, т. 2, с. 21–25.
[12] Гаврюшин С.С., Ганыш С.М. Применение метода конечных элементов для расчета плоских пружин, выполненных из сплавов с памятью формы. Сб. науч. трудов: Современные вопросы устойчивости, пластичности и ползучести в механике деформируемого твердого тела, Тверь, 2020, с. 94–105.
[13] Sayyaadi H., Zakerzadeh M.R., Salehi H. A comparative analysis of some one-dimensional shape memory alloy constitutive models based on experimental tests. Scientia Iranica, 2012, vol. 19 (2), pp. 249–257.