تحليل غيرخطي رفتار ترمومكانيكي مواد مركب فعال شده بوسيله الياف آلياژ حافظه دار

Nonlinear Thermo-Mechanical Behaviour Analysis of Activated Composites With Shape Memory Alloy Fibres

رفتار عمومي ترمومكانيكي مواد مركب تقويت شده با الياف آلياژ حافظه دار با استفاده از يك روش تحليلي ميكرومكانيكي سه بعدي به منظور درنظرگرفتن اثر فعال شدن الياف پيش بيني مي شود. كامپوزيت به واسطه اين روش ميكرومكانيكي مي تواند تحت بارگذاري هاي عمومي مكانيكي شامل بارگذاري عمودي و برشي و همچنين حرارتي قرار بگيرد كه نهايتاً سبب فعال شدن الياف آلياژ حافظه دار در زمينه پليمري مي گردد. با توجه به قابليت هاي مدل ميكرومكانيكي ارايه شده، آرايش الياف در زمينه به صورت توزيع مريعي شبيه سازي مي گردد. المان حجمي نماينده ي كامپوزيت از دو فاز شامل الياف آلياژ حافظه دار و زمينه پليمري تشكيل مي شود و تحت بارگذاري مكانيكي چرخه اي محوري قرار مي گيرد. به منظور نمايش اثر فعال شدن الياف بر پاسخ كلي كامپوزيت، رفتار زمينه پليمر به صورت الاستيك در نظر گرفته‌ مي شود و الياف آلياژ حافظه دار به‌صورت غيرخطي غيرالاستيك بر اساس مدل سه بعدي لاگوداس شبيه سازي مي گردد. اين مدل قادر پيش بيني اثرات استحاله فاز آلياژ حافظه دار و رفتار سوپرالاستيك آن ها مي باشد. در راستاي بسط معادلات ترمومكانيكي آلياژ حافظه دار در مدل سلول واحد، از روش حل عددي غيرخطي نيوتن- رافسون استفاده مي گردد. در قسمت نتايج ابتدا اثرات پارامترهاي مهم بر پاسخ ترمومكانيكي كامپوزيت بررسي مي گردد و سپس پاسخ هاي ترمومكانيكي كامپوزيت در دو بازه دمايي زياد و كم نشان داده‌ مي شود و اثر فعال شدن سيم آلياژ حافظه دار درون كامپوزيت نمايش داده مي شود. نتايج بيانگر اين نكته مي باشند كه با افزايش دما كرنش باقيمانده در باربرداري مكانيكي در كامپوزيت كاهش مي يابد به گونه اي كه هنگامي كه دما بالاتر از ناحيه اتمام تشكيل آستنيت باشد كرنش باقيمانده در كامپوزيت به صفر ميل مي كند. مقايسه نتايج تحقيق حاضر با تحقيقات موجود در دسترس پيشين، تطابق بسيار خوبي را نشان مي دهد

General thermo-mechanical behavior of composites reinforced by shape memory alloy fibers is predicted using a three-dimensional analytical micromechanical method to consider the effect of fibers activation. Composite due to the micromechanical method can be exposed to general normal and shear mechanical and thermal loading which cause to activate the shape memory alloy fibers within polymeric matrix finally. Considering the capabilities of the presented micromechanical model; the fibers arrangement within the matrix is simulated as square distribution. Representative volume element of the composite system consists of two-phases including shape memory alloys fibers and polymeric matrix which is exposed to axial cyclic mechanical loading. In order to display the effect of fiber activation on the overall response of composite, the behavior of polymeric matrix is assumed elastic and shape memory alloy fibers is considered nonlinear inelastic based on 3-D Lagoudas model is simulated. The model is capable to predict the phase transformation and super elastic behavior of shape memory alloys. In order to develop thermo-mechanical equations of the shape memory alloy in the unit cell model, Newton-Raphson nonlinear numerical solution method is used. In the results, the effects of significant parameters on the thermo-mechanical response of composites are investigated and then the composite thermo-mechanical response is demonstrated in the high and low temperature interval and the effect of shape memory alloy wire activation in the composite is addressed. The presented results show that the composite residual strain in mechanical unloading decreases by enhancing temperature. Therefore, the composite residual strain approaches to zero when the temperature is higher than at which austenite transformation finishes. Comparison between the present research results with available previous researches shows good agreement.