مدل‌سازي و تنظيم ميزان سفتي در فنرهاي موج‌دار آلياژ حافظه‌دار با سفتي منفي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

كارشناسي ارشد

خاصيت حافظه¬داري و سوپرالاستيك در آلياژهاي حافظه‌دار، باعث شده است كه از آلياژهاي حافظه‌دار براي ساخت انواع فنرها استفاده شود. از طرف ديگر اتلاف انرژي بالا و رفتار ترمومكانيكي فنرهاي آلياژ حافظه‌دار باعث شده است كه از آن¬ها به عنوان يك جاذب انرژي و يا عملگر استفاده شود. از آنجايي كه امروزه از مكانيزم¬هاي سفتي منفي به منظور اتلاف بيشتر انرژي در جاذب¬هاي انرژي استفاده مي¬شود، مي¬توان از سفتي منفي در كنار آلياژ حافظه‌دار به اتلاف انرژي بالايي رسيد. يكي از راه¬هاي رسيدن به سفتي منفي رخ دادن فروجهش در تيرهاي كمانش يافته است؛ از اين رو با تركيب مكانيزم¬هاي فروجهش در تيرهاي كمانش يافته در فنرهاي موج¬دار با آلياژ حافظه‌دار مي¬توان به يك جاذب انرژي با خواص منحصر به فرد و بازدهي بسيار بالا دست يافت. در اين تحقيق براي اولين بار طراحي فنرهاي موج‌دار آلياژ حافظه‌دار با سفتي منفي انجام شده است. ابتدا با بررسي فروجهش و عوامل مؤثر بر آن در تيرهاي كمانش يافته، يك ساختار هندسي مشخص جهت رخ دادن استحاله¬ي فازي در آلياژهاي حافظه‌دار و تنظيم سفتي حاصل شد. سپس طراحي و مدل¬سازي در سازه¬هاي دو بعدي و فنر موج¬دار انجام شده است همچنين نحوه¬ي چيدمان در اين نوع سازه¬ها مورد بررسي قرار گرفت. نتايج براي سه ماده با رفتار الاستيك، الاستوپلاستيك و آلياژ حافظه‌دار به¬دست آمد. با مقايسه¬ي اين سه ماده ديده شد كه در مواد الاستوپلاستيك با بروز سفتي منفي و رخ دادن فروجهش در المان¬هاي فنر، كرنش پسماندي حدوداً 9 درصدي درون جسم پديدار مي¬شود. اين كرنش¬هاي پسماند درون فنر باعث تكرار ناپذير شدن فروجهش درون فنر خواهد شد، چرا كه علاوه بر يكسان نشدن پاسخ¬ها با تكرار فروجهش، تقارن تيرهاي موجود در فنر نيز از بين خواهد رفت. از اين رو استفاده از موادي با رفتار الاستوپلاستيك در اين فنرها گزينه¬ي مناسبي نمي¬تواند باشد. براي فنري با رفتار الاستيك ديده شد كه سطح تنش و نيروها نسبت به ديگر مواد به شدت افزايش مي¬يابد. همچنين براي بازگشت فنر به حالت اوليه به نيروي بيشتري نياز خواهد بود، در حالي كه در مسير برگشت، فروجهش معكوس و شوك نيز به فنر وارد مي¬شود. نتايج به¬دست آمده نشان مي¬دهد كه با افزايش 5/3 برابري ارتفاع اوليه در يك تير كمانش يافته، مواد الاستيك افزايش نيروي 18 برابري را نشان مي-دهد در حالي كه اين افزايش نيرو در آلياژهاي حافظه‌دار 6 برابر خواهد بود. فنرهاي موج¬دار حافظه¬دار بر خلاف مواد الاستوپلاستيك قادر به تكرار پذيري و بازگشت كامل كرنش خواهند بود. همچنين سطح تنش¬ها و نيروي مورد نياز براي بازگشت به حالت پايدار اوليه، در اين فنر كمتر از مواد الاستيك است و هيچگونه شوكي به فنر وارد نمي¬شود. در فنرهاي حافظه¬دار با افزايش تنش دورن جسم استحاله¬ي مارتنزيتي رخ خواهد داد و باعث تنظيم پذيري سفتي فنر با افزايش يا كاهش سطح تنش درون جسم خواهد شد. در پايان نتايج به¬دست آمده براي يك تير كمانش يافته¬ي نيكل-تيتانيوم و تير آلومينيومي صحت سنجي شد.

221167

طراحي كاربردي

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان