يك الگوريتم كاراي پايه ميكرومكانيكي جهت پيش‌بيني پاسخ كامپوزيت‌هاي زمينه فلزي فعال‌شده با الياف آلياژ حافظه‌دار

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

در اين مقاله با اعمال يك شيوه نوين برنامه‌نويسي و استفاده از يك مدل تحليلي ميكرومكانيكي سه‌بعدي رفتار ترمومكانيكي كامپوزيت‌هاي فعال‌شده با الياف آلياژ حافظه‌دار تحت بارگذاري خارج از محور چرخه‌اي استخراج مي‌شود. شي‌گرايي و اصول كاربردي آن بر مدل ميكرومكانيكي پياده‌سازي مي‌شود و با استفاده از روش حل عددي غيرخطي نيوتن– رافسون پاسخ كامپوزيت در بازه‌هاي مختلف دمايي تعيين مي‌گردد. جهت دستيابي به پاسخي بهينه ضريبي به‌عنوان ضريب همگرايي در روش حل غيرخطي نيوتن– رافسون استفاده مي‌شود. المان حجمي نماينده كامپوزيت از دو فاز شامل الياف آلياژ حافظه‌دار و زمينه فلزي تشكيل مي‌شود. رفتار زمينه به‌صورت ويسكوپلاستيك و رفتار الياف به‌صورت غيرخطي غيرالاستيك براساس مدل لاگوداس در نظر گرفته مي‌شود كه قادر به مدل‌سازي استحاله فاز آلياژ حافظه‌دار و رفتار سوپرالاستيك آلياژ حافظه‌دار است، همچنين آرايش الياف در زمينه به‌صورت توزيع اتفاقي در نظر گرفته مي‌شود. پاسخ‌هاي ترمومكانيكي كامپوزيت در بازه‌هاي دمايي مختلف جهت نمايش خواص حافظه‌شكلي و سوپرالاستيسته الياف حافظه‌دار بررسي مي‌گردند. در اين راستا ابتدا كامپوزيت تحت بارگذاري و باربرداري چرخه‌اي مكانيكي قرار مي‌گيرد و سپس تحت بارگذاري حرارتي قرار مي‌گيرد. خاصيت حافظه‌شكلي سيم آلياژ حافظه‌دار و كامپوزيت مورد مقايسه قرار مي‌گيرد و اثرات نيروهاي به وجودآمده در كامپوزيت فعال، به وسيله مقيدسازي محوري كامپوزيت بررسي مي‌شود و همچنين اثرات زاويه‌داري الياف نشان داده مي‌شود. مقايسه نتايج تحقيق حاضر با تحقيقات موجود در دسترس پيشين، تطابق بسيار خوبي را نشان مي‌دهد.

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 such 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 super elastic behavior of the shape memory alloys.Moreover, arrangement of fibers within the matrix is considered randomly. Thermo mechanical responses of composite at different temperature ranges are investigated to display the shape memory effect and super elasticity 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 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.