Modelo constitutivo de aleaciones con memoria de forma: formulación teórica y validación experimental

Modelo constitutivo de aleaciones con memoria de forma: formulación teórica y validación experimental

Resumen

La aplicación tecnológica de níquel-titanio aleaciones con memoria de forma (SMA) requiere un modelo que pueda implementarse fácilmente en métodos numéricos. También debería ser posible que los parámetros de este modelo que debe ser obtenido experimentalmente. Por estas razones, macroscópico modelos constitutivos han ganado terreno en SMA diseños. Para desarrollar un nuevo modelo macroscópico que abarca todas las características de estos materiales en todo el intervalo de temperaturas de transformación  macro mecánica, varios modelos han sido analizados, evaluados y validados experimentalmente. De las discrepancias observadas en estas validaciones experimentales, se propone un modelo basado en una determinada tensión crítica de diagrama temperatura. En este modelo, las diversas leyes de la evolución están formuladas para la martensita fracción. Las expresiones para el módulo de elasticidad y constitutiva de transformación también se propone. Validación experimental mostró que este modelo predice el comportamiento del material mejor que los modelos anteriores.

1. Introducción
Aleaciones con memoria de forma (SMA) tienen varias inusuales propiedades mecánicas de los materiales que se utilizan normalmente en aplicaciones de ingeniería.
Estas aleaciones presentan reversible micro mecanismos de las transiciones de fase que cambian su conformación cristalográfica. En el nivel macroscópico, esta capacidad se destacan dos características y propiedades fundamentales de SMA: la forma efecto memoria y superelasticidad. La forma efectos en la memoria es la capacidad que tiene el material para recuperarse de grandes y largos  mecánicamente inducido por las cepas (8%) a través de aumentos moderados de la temperatura.
Superelasticidad: es la capacidad que tiene el material, en régimen de alta temperatura, con el fin de apoyar las cepas relativamente alto en un proceso de carga y, por medio del ciclo de histéresis y recuperar su forma original cuando se retira la carga. El mecanismo subyacente es la transformación martensita termo elástica reversible entre las fases en estado sólido. Una de estas etapas es la alta temperatura fase austenita (fase) y la otra es la baja temperatura fase martensita (fase).
La transformación entre estas fases tendrá lugar en cuatro características conocidas como transformación temperaturas temperaturas. Estos son y Af, que son las temperaturas inicial y final transformación de la austenita, respectivamente, el Sm y Mf que son las temperaturas inicial y final transformación de la martensita, respectivamente. La transformación martensita puede ser inducida por los cambios de temperatura o los cambios en el estrés que producen un fuerte acoplamiento de termo mecánica el comportamiento de la SMA.

Aunque existen varios SMA SMA, el único de interés comercial son aquellos que recuperarse de las cepas sustanciales o generar una fuerza significativa. De estos, el Níquel-titanio (nitinol o NiTi SMA) tienen unas características excelentes y son ideales para las aplicaciones en el campo de la biomedicina a dispositivos aeroespaciales (3-5) .

Moelling como constitutiva de la SMA es una importante área de estudio, la literatura contiene diversas clasificaciones de los modelos (6-9) Estos modelos se pueden dividir en dos grupos: los modelos micro mecánicos (10-16) y modelos fenomenológicos o macromecnica (17-28 ) Macromechanical modelos son los que han sido los más utilizados en las aplicaciones tecnológicas de SMA porque son más fáciles de interpretar, tienen parámetros que pueden ser bibliográficas obtenidas experimentalmente y puede ser más fácil de aplicar en métodos numéricos. Para estos modelos de aplicación con éxito, deben ser analizados y comparados


En detalle, y sus principales similitudes y diferencias, que también necesitan ser validados experimentalmente bajo diferentes condiciones de carga y las discrepancias deben ser corregidos. En este documento estudio comparativo de las principales dimensiones macromechanical modelos constitutivos. Estos son los modelos de Tanaka y Liang-Rogers. Para validar los modelos bajo diferentes condiciones de carga, todas las técnicas experimentales se han desarrollado y de acuerdo con las diferencias encontradas. Un nuevo modelo que mejor reproduce el comportamiento del material está construido. Aunque algunos estudios comparativos o análisis de estos modelos se han realizado (29-34). No hay completa o detallada validaciones experimentales de estos cuatro modelos de toda la gama de temperaturas y en transformación var-pagarés condiciones de carga que especificar claramente el método utilizado para obtener parámetros constitutivos. Un estudio de este tipo es fundamental para permitir la reformulación de un modelo complementario que prediga la termo mecánica respuesta de SMA. Para lograr estos objetivos, este artículo está estructurado de la siguiente manera. Sección I presenta los modelos analizados, entre los cuales destacan sus características y señala sus diferencias.
Sección 2 Desarrolla la técnica experimental para la obtención de los parámetros constitutivos.
Sección 3 experimentalmente se comparan los modelos con los resultados obtenidos yesca diversas condiciones de carga y análisis de todas las discrepancias encontradas. Estas discrepancias.
Sección 4 presenta un nuevo modelo que corrige estas discrepancias y mejor reproduce el comportamiento constitutivo de estos materiales.

2. Macroscópico modelos constitutivos de SMA

Los modelos analizados en este estudio se han desarrollado dentro de la teoría de la termodinámica irreversible en un pequeño deforma de arco llamado régimen y frecuencia. Se supone que el comportamiento del material es una función de toros., presión y temperatura de. y su correspondiente tasa de cambio. El comportamiento del material no es una función lineal de estas tres variables, que son interdependientes. Las variables de control son el estrés y la temperatura, y la variable interna es el manen de tamaño fracción volumétrica. De esta forma una ecuación constitutiva que se relacionan estrés, presión, temperatura y fracción se obtiene martensita. También se obtienen varias leyes de evolución Señor la variable interna en función de las variables de control. Los cuatro modelos se basan en determinados experimentalmente fase decisiva transformación esquemas en el estrés de temperatura. Estos esquemas tienen dos aproximaciones. Una de estas aproximaciones es que el Tanaka y Liang-Rogers modelos y no diferenciar entre la temperatura de martensita inducida (debido al enfriamiento de la austenita. EM) y el estrés producido por la martensita la reorientación de las variantes.

Dónde: 0 es el segundo Piola-Kirchhoff estrés. T la temperatura. T0, la temperatura de referencia. c la variedad verde. La fracción volumétrica total martensita. Es la variante única fracción volumétrica martensita. E el módulo de elasticidad. 1L la transformación tensorial thecno elastic y es el tensor. Si bien los parámetros del material E y Q se considera constante en muchas de las aplicaciones que dependen fuertemente de la martensita fracción total. Para Tanaka & Brinson enciende Liang-Rogers y modelos, la transformación tensorial se expresa en Eq. (3)
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