مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

یک الگوریتم کارای پایه میکرومکانیکی جهت پیش‌بینی پاسخ کامپوزیت‌های زمینه فلزی فعال‌شده با الیاف آلیاژ حافظه‌دار

نویسندگان
1 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران
2 دانشگاه شهید بهشتی، پردیس فنی مهندسی شهید عباسپور، دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی
چکیده
در این مقاله، با اعمال یک شیوه نوین برنامه‌نویسی و استفاده از یک مدل تحلیلی میکرومکانیکی سه‌بعدی رفتار ترمومکانیکی کامپوزیت‌های فعال‌شده با الیاف آلیاژ حافظه‌دار تحت بارگذاری خارج از محور چرخه‌ای استخراج می‌شود. شی‌گرایی و اصول کاربردی آن بر مدل میکرومکانیکی پیاده‌سازی می‌گردد و با استفاده از روش حل عددی غیرخطی نیوتن – رافسون پاسخ کامپوزیت در بازه‌های مختلف دمایی تعیین می‌گردد. به‌منظور رسیدن به پاسخی بهینه ضریبی به عنوان ضریب همگرایی در روش حل غیرخطی نیوتن – رافسون استفاده می‌گردد. المان حجمی نماینده‌ی کامپوزیت از دو فاز شامل الیاف آلیاژ حافظه‌دار و زمینه فلزی تشکیل می‌شود. رفتار زمینه به‌صورت ویسکوپلاستیک و رفتار الیاف به صورت غیرخطی غیرالاستیک براساس مدل لاگوداس در نظر گرفته می‌شود که قادر به مدل‌سازی استحاله‌ی فاز آلیاژ حافظه‌دار و رفتار سوپرالاستیک آلیاژ حافظه‌دار می‌باشد. همچنین آرایش الیاف در زمینه به‌صورت توزیع اتفاقی در نظر گرفته می‌شود. پاسخ‌های ترمومکانیکی کامپوزیت در بازه‌های دمایی مختلف جهت نمایش خواص حافظه‌شکلی و سوپرالاستیسته الیاف حافظه‌دار بررسی می‌گردند. در این راستا، ابتدا کامپوزیت تحت بارگذاری و باربرداری چرخه‌ای مکانیکی قرار می‌گیرد و سپس تحت بارگذاری حرارتی قرار می‌گیرد. خاصیت حافظه‌شکلی سیم آلیاژ حافظه‌دار و کامپوزیت مورد مقایسه قرار می‌گیرد و اثرات نیروهای به وجودآمده در کامپوزیت فعال، به وسیله مقیدسازی محوری کامپوزیت بررسی می‌گردد. همچنین اثرات زاویه‌داری الیاف نشان داده می‌شود. مقایسه نتایج تحقیق حاضر با تحقیقات موجود در دسترس پیشین، تطابق بسیار خوبی را نشان می‌دهد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

An efficient algorithm based on micromechanics to predict response of metal matrix composites activated with shape memory alloy fiber

نویسندگان English

Siamak Moghbeli 1
MohammadJavad Mahmoodi 2
چکیده English

In this paper, by applying a new programming mode, thermomechanical behavior of activated composite with shape memory alloy fiber is extracted subjected to cyclic off axis loading using a 3D analytical micromechanical model. Object-orientation and its applied principles are implemented on the micromechanical model and response of the composite is determined by Newton - Raphson nonlinear numerical solution method at different thermal interval. In order to achieve an optimal response, a factor as convergence coefficient in the Newton - Raphson nonlinear solution method is employed. Representative volume element of the composite consists of two-phases including shape memory alloy fiber and metal matrix. behavior of the metallic matrix is considered as viscoplastic while shape memory alloys is assumed nonlinear inelastic based on Lagoudas model which is able to model phase transformation and superelastic behavior of the shape memory alloys. Moreover, arrangement of fibers within the matrix is considered randomly. Thermomechanical responses of composite at different temperature ranges are investigated to display the shape memory effect and superelasticity properties of shape memory fiber. In this regard, at the first, the composite system is exposed to cyclic mechanical loading and unloading and then exposed to thermal loading. Shape memory effect property of shape memory wire and composite are compared and the effects of forces within the active composite induced via axially constraining of the composite are investigated. Furthermore, the effect of fiber orientation is illustrated. Comparison between the present research results and previous available researches shows good agreement.

کلیدواژه‌ها English

Shape memory alloy fiber reinforced composite
Micromechanics
Object oriented programming
Shape memory properties