بررسی رفتار ترمومکانیکی سیم هایی از جنس آلیاژ حافظه دار
چکیده
ویژگی¬های منحصر به فرد مواد هوشمند و به خصوص آلیاژ¬های حافظه¬دار باعث شده است تا در دهه¬های اخیر توجه خاصی به این مواد معطوف گشته و استفاده از این مواد به عنوان راه حل مناسبی برای بسیاری از مسائل مهندسی مطرح شود. هم¬اکنون استفاده از این مواد به طور چشم¬گیری در زمینه¬های مختلف از جمله مهندسی پزشکی، هوا¬فضا، مهندسی عمران و رباتیک رو به افزایش می¬باشد. یکی از مهم-ترین کاربردهای آلیاژهای حافظه¬دار استفاده از آن¬ها به عنوان عملگر می¬باشد. برای پیش¬بینی رفتار عملگرهای حافظه¬دار که عمدتاً از سیم ساخته می¬شوند، به ارائه¬ی مدلی نیاز است که بتواند پیچیدگی¬های موجود در رفتار این مواد را به خوبی مدل نماید. در قسمت نخست این پایان نامه مدل الکتروترمومکانیکال در یک بعد برای استفاده در عملگرهای حافظه¬دار پیشنهاد می¬گردد. این مدل که در چارچوب مکانیک محیط¬های پیوسته استخراج گشته قادر است علاوه بر خصوصیات حافظه¬داری، شبه¬الاستیسیته و وابستگی به نرخ کرنش، تغییرات در طول را نیز مدل نماید. ایراداتی که در مدل¬های قبلی برای مسیرهای ترمومکانیکی پیچیده وجود داشت، در این مدل برطرف گردیده است. این مدل برای 4 حالت متداول در عملگر¬های حافظه¬دار مورد ارزیابی قرار گرفت. در ادامه پارامترهای موثر بر پاسخ زمانی عملگرهای حافظه¬دار در حالت کلی الکتروترمومکانیکال بررسی می¬گردد. نتایج نشان می¬دهد که نحوه¬ی مدل کردن انتقال حرارت جا¬به¬جایی آزاد تأثیر بسزایی در نتایج نهایی دارد و ثابت درنظر گرفتن ضریب انتقال حرارت جا¬به¬جایی فرض صحیحی نمی-باشد. هم¬چنین با نوشتن معادلات در چارچوب مکانیک محیط¬های پیوسته به ترم¬هایی برمی¬خوریم که در مدل¬هایی که با استفاده از بالانس انرژی ارائه می¬شوند در نظر گرفته نشده¬اند و در پاسخ زمانی بسیار موثر می¬باشد. قسمت دوم این پایان نامه به اقدامات و نتایج آزمایشگاهی اختصاص دارد. بر خلاف فلزات معمولی، به دلیل پیچیدگی¬های موجود در رفتار آلیاژ¬های حافظه¬دار، پیش¬بینی این رفتار به پارامترهای مدل زیادی نیاز دارد و تعیین این پارامترها مستلزم انجام آزمایشات زیاد و دقیق می¬باشد. در ابتدا به بررسی نحوه¬ی استخراج دماهای استحاله برای دو نمونه¬ی نیکل-تیتانیوم و ملاحظات لازم برای انجام این تست-ها پرداخته می¬شود. سپس برای انجام تست¬های ترمومکانیکی اتاقک حرارتی ساخته شد. این اتاقک قابل نصب بر روی انواع دستگاه¬های تست کشش ایستاده بوده و به کمک آن می¬توان تست¬های مکانیکی را در دماهای مختلف انجام داد. با انجام تست¬های ترمومکانیکی پارامترهای مورد نیاز برای مدل برای هر دو نمونه¬ی نیکل-تیتانیوم استخراج گردید.