بررسی خزش و وارفتگی تنش در سیم آلیاژهای حافظه دار
چکیده
آلیاژهای حافظه دار خواص ترمومکانیکی سوپرالاستیسیته و حافظه داری دارند و به دلیل سودمند بودن این خواص، کاربرد این آلیاژها جهانی شده است. خواص اساسی آلیاژهای حافظه دار بر پایه ی استحاله ی مارتنزیتی رخ داده در آن ها، ظاهر می شوند. در استفاده های کاربردی آلیاژهای حافظه دار، المانهای آلیاژ در معرض بارهای ترمومکانیکی متنوعی هستند. در طول بارگذاری یک آلیاژهای حافظه دار به ویژه در نرخ کرنشهای بالا، به دلیل وجود کوپلینگ ترمومکانیکی موجود در این آلیاژها، دما در طول استحاله تغییر میکند. از این رو اگر کرنش در طول استحاله در نقطه ای ثابت نگهداشته شود، تغییرات دما سبب کاهش تنش در بارگذاری یا وارفتگی و افزایش تنش در باربرداری یا بهبود وارفتگی میشود. به همین صورت، اگر تنش در طول استحاله در نقطه ای ثابت نگه داشته شود، تغییرات دما سبب افزایش کرنش در بارگذاری یا خزش و کاهش کرنش در باربرداری یا بهبود خزش میشود. 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 و معادلات مربوط به پدیده های خزش و وارفتگی استخراج شده اند. با نوشتن برنامه ای به زبان متلب، معادلات خزش و وارفتگی به صورت عددی حل شده اند. روند حل برای هر پدیده در بارگذاری و باربرداری هرکدام طی سه مرحله انجام شده است. برای وارفتگی، ابتدا برنامه کرنش کنترل تا رسیدن به کرنش موردنظر مابین استحاله، اجرا و در مرحله بعد معادلات وارفتگی حل و میزان کاهش تنش در کرنش ثابت محاسبه شده و در انتها با حل مجدد برنامه کرنش کنترل فرایند تا پایان استحاله ادامه یافته است. فرایند باربرداری هم مانند بارگذاری بود، با این تفاوت که افزایش تنش در کرنش خاص دیده شده است. حل برنامه خزش هم روندی مانند آنچه برای وارفتگی ذکر شد، دارد با این تفاوت که، برنامه تنش کنترل تا رسیدن به تنش موردنظر مابین استحاله اجرا و در ادامه با حل برنامه ی خزش افزایش کرنش در بارگذاری و کاهش کرنش در باربرداری که به ترتیب خزش و بهبود خزش هستند، محاسبه شده است. در مرحله ی بعد، انجام تستهای آزمایشگاهی متنوع برای بررسی صحت و دقت مدلهای خزش و وارفتگی استخراج شده، مدنظر بوده است. برای رسیدن به این هدف، انجام یک سری اقدامات آزمایشگاهی و ساخت تجهیزات لازم بود. از اینرو قسمت دوم ، اختصاص به توضیح روند اقدامات آزمایشگاهی انجام شده برای انجام تست های مربوط به خزش و وارفتگی وهمچنین نحوه ساخت تجهیزات لازم و کالیبره کردن دستگاه های مورد استفاده دارد. در نهایت، با انجام تستهای گوناگون وارفتگی در دما و نرخ های متنوع و تستهای دما محیط خزش، دقت مدلها مورد بررسی قرار گرفته اند. با توجه به نتایج حاصل از تست و مدل، تطابق خوبی بین این دو مشاهده شده است. در ادامه تاثیر برخی عوامل از جمله نرخ کرنش، زمان و شعاع سیم آلیاژ حافظه دار در میزان خزش و وارفتگی مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به یافته های حاصل با افزایش میزان نرخ کرنش، خزش و وارفتگی هردو زیاد میشوند. در نتیجه، اگر کمترین میزان خزش مدنظر است باید تا جایی که امکان دارد از نمونه های قطورتر تحت نرخهای پایین تر استفاده کرد. این در حالیست که برای حصول کمترین میزان وارفتگی، باید از نمونه های با کمترین شعاع ممکن تحت نرخهای پایینتر استفاده کرد.