1. ELARTU — Інституційний репозитарій ТНТУ імені Івана Пулюя
  2. Вісник ТНТУ
  3. 2021
  4. Вісник ТНТУ, 2021, № 2 (102)
Por favor use este identificador para citas ou ligazóns a este item: http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/36037

Título: Thermomechanical analysis of nitinol memory alloy behavior
Outros títulos: Термомеханічний аналіз поведінки сплаву з пам’яттю форми нітинол
Authors: Биків, Назарій Зіновійович
Ясній, Петро Володимирович
Ясній, Володимир Петрович
Юнґа, Роберт
Bykiv, Nazarii
Iasnii, Volodymyr
Yasniy, Petro
Junga, Robert
Affiliation: Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя, Тернопіль, Україна
Політехніка Опольська, Ополе, Польща
Ternopil Ivan Puluy National Technical University, Ternopil, Ukraine
Opole University of Technology, Opole, Poland
Bibliographic description (Ukraine): Thermomechanical analysis of nitinol memory alloy behavior / Nazarii Bykiv, Volodymyr Iasnii, Petro Yasniy, Robert Junga // Scientific Journal of TNTU. — Tern. : TNTU, 2021. — Vol 102. — P. 161–167.
Bibliographic description (International): Bykiv N., Iasnii V., Yasniy P., Junga R. (2021) Thermomechanical analysis of nitinol memory alloy behavior. Scientific Journal of TNTU (Tern.), vol. 102, pp. 161-167.
Is part of: Вісник Тернопільського національного технічного університету (102), 2021
Scientific Journal of the Ternopil National Technical University (102), 2021
Journal/Collection: Вісник Тернопільського національного технічного університету
Volume: 102
Data de edición: 22-Jun-2021
Submitted date: 12-May-2021
Date of entry: 11-Dec-2021
Editor: ТНТУ
TNTU
Place of the edition/event: Тернопіль
Ternopil
DOI: https://doi.org/10.33108/visnyk_tntu2021.02.161
UDC: 539.3
Palabras chave: сплави з пам’яттю форми
діаграма деформування
температури фазових перетворень
shape memory alloys
stress-strain curve
temperature of phases transformation
Number of pages: 7
Page range: 161-167
Start page: 161
End page: 167
Resumo: Сплави з пам’яттю форми – це функціональні матеріали, які характеризуються ефектом запам’ятовування форми та надпружністю. Завдяки цим властивостям вони широко використовуються, зокрема, в біоінженерії, аеронавтиці, робототехніці та цивільному будівництві. Досліджено температури фазових перетворень та вплив зовнішньої температури і швидкості деформування на функціональні й механічні характеристики сплаву з пам’яттю форми Ni55.75Ti44.15. Температури фазових перетворень сплаву отримано за допомогою диференціальної сканувальної калориметрії (DSC) у діапазоні температур від -70°C до 70°C. Побудовано та проаналізовано діаграми диференціальних сканувальних калориметрій за різних швидкостей нагрівання та охолодження сплаву Ni55.75Ti44.15. Зразки для механічних випробувань виготовлено з круглого стержня діаметром 8 mm. Робоча ділянка зразків була завдовжки 12,5 mm та діаметром в 4 mm. Механічні випроби здійснювали за температур, близьких до максимального значення температури завершення мартенситно-аустенітного перетворення Af =14,7°С. Побудовано діаграми деформування за одновісного розтягу та визначено напруження фазових перетворень, модуль Юнґа та відносні видовження ділянок трансформацій за різних швидкостей навантаження й температур зовнішнього середовища. З використанням формули Клаузіуса-Клапейрона показано, що за одночасної зміни температури і швидкості деформування, напруження фазових перетворень більше зумовлені зміною температур, а не швидкістю навантаження. Визначено коефіцієнти рівняння Клаузіуса-Клапейрона для надпружного сплаву з пам’яттю форми Ni55.75Ti44.15, які узгоджуються з відомими в літературі.
Shape memory alloys are functional materials characterized by the effect of shape memory and superelasticity. Due to these properties, they are widely used, particularly, in bioengineering, aeronautics, robotics and civil engineering. The temperatures of phase transformations and the influence of external temperature and strain rate on the functional and mechanical characteristics of Ni55.75Ti44.15 shape memory alloy are investigated in this paper. The temperature of alloy phase transformations is obtained by differential scanning calorimetry (DSC) in the temperature range from -70°C to 70°C. Diagrams of differential scanning calorimeters at different heating and cooling rates of Ni55.75Ti44.15 alloy is constructed and analyzed. Samples for mechanical tests are made of round rod 8 mm in diameter. The samples working area is 12.5 mm in length and 4 mm in diameter. Mechanical tests are carried out at temperatures close to the maximum value of the completion temperature of martensitic-austenitic transformation Af = 14.7°C. Diagrams of deformation under uniaxial tension are constructed and stresses of phase transformations, Youngʼs modulus and relative elongations of transformation areas at different loading speeds and exterior temperatures are determined. Using Clausius-Clapeyron formula, it is shown that with simultaneous changes in temperature and strain rate, the stresses of phase transformations are largely due to changes in temperature rather than load rates. The coefficients of Clausius-Clapeyron equation for superelastic Ni55.75Ti44.15 alloy with shape memory, which are consistent with those known in the literature, are determined.
URI: http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/36037
ISSN: 2522-4433
Copyright owner: © Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя, 2021
URL for reference material: https://doi.org/10.1016/j.msea.2003.10.326
https://doi.org/10.3390/bioengineering6020037
https://doi.org/10.1016/j.matdes.2013.11.084
https://doi.org/10.1016/B978-0-08-099920-3.00010-3
https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2019.105876
https://doi.org/10.2320/matertrans.47.682
https://doi.org/10.1016/j.prostr.2017.07.048
https://doi.org/10.1002/eqe.501
https://doi.org/10.1016/j.msea.2007.09.006
https://doi.org/10.1016/S0749-6419(00)00044-9
https://doi.org/10.1007/s11003-018-0199-7
https://doi.org/10.1016/j.tca.2005.06.028
https://doi.org/10.3390/jfb12010004
https://doi.org/10.1088/1742-6596/667/1/012011
References (Ukraine): 1. Morgan N. B. Medical shape memory alloy applications – The market and its products. Mater. Sci. Eng. A. 2004. Vol. 378. No. 1–2 SPEC. ISS. P. 16–23. DOI: https://doi.org/10.1016/j.msea.2003.10.326
2. Nematollahi M. et al. Application of NiTi in Assistive and Rehabilitation Devices: A Review. Bioengineering. Multidisciplinary Digital Publishing Institute, 2019. Vol. 6. No. 2. P. 37. DOI: https://doi.org/10.3390/bioengineering6020037
3. Mohd Jani J. et al. A review of shape memory alloy research, applications and opportunities. Mater. Des. Elsevier Ltd, 2014. Vol. 56. P. 1078–1113. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2013.11.084
4. Pecora R., Dimino I. SMA for Aeronautics. Shape Mem. Alloy Eng. Butterworth-Heinemann, 2015. P. 275–304. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-08-099920-3.00010-3
5. Zeng Z. et al. Fabrication and characterization of a novel bionic manipulator using a laser rocessed NiTi shape memory alloy. Opt. Laser Technol. Elsevier. 2020. Vol. 122. 105876. DOI: https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2019.105876
6. Isalgue A. et al. SMA for Dampers in Civil Engineering. Mater. Trans. 2006. Vol. 47. No. 3. P. 682–690. DOI: https://doi.org/10.2320/matertrans.47.682
7. Morais J. et al. Shape Memory Alloy Based Dampers for Earthquake Response Mitigation. Procedia Struct. Integr. Elsevier, 2017. Vol. 5. P. 705–712. DOI: https://doi.org/10.1016/j.prostr.2017.07.048
8. Dolce M. et al. Shaking table tests on reinforced concrete frames without and with passive control systems. Earthq. Eng. Struct. Dyn. 2005. Vol. 34. No. 14. P. 1687–1717. DOI: https://doi.org/10.1002/eqe.501
9. Dayananda G. N., Rao M. S. Effect of strain rate on properties of superelastic NiTi thin wires. Mater. Sci. Eng. A. 2008. Vol. 486. No. 1–2. P. 96–103. DOI: https://doi.org/10.1016/j.msea.2007.09.006
10. Entemeyer D. et al. 2000_Strain rate sensitivity in superelasticity_Entemeyer. Int. J. Plast. Elsevier, 2000. Vol. 16. P. 273–274. DOI: https://doi.org/10.1016/S0749-6419(00)00044-9
11. Rodrigues M. C. M. et al. INFLUENCE OF STRAIN RATE ON THE FUNCTIONAL BEHAVIOR OF A NITI ALLOY UNDER PSEUDOELASTIC TRAINING // 71th ABM Annual Congress, Rio de Janeiro, 2016. Editora Edgard Blucher, Ltda., 2016. P. 118–127.
12. Iasnii V., Junga R. Fazovi peretvorennia ta mekhanichni vlastyvosti splavu nitynol zpam’iattiu formy. Fizyko-khimichna mekhanika materialiv. 2018. Vol. 54. No. 3. P. 107–111. [In Ukraine]. DOI: https://doi.org/10.1007/s11003-018-0199-7
13. ASTM F2516-14. Standard Test Method for Tension Testing of Nickel-Titanium Superelastic Materials. Book of Standards Volume: 13.02. 2014.
14. Wang Z. G., Zu X. T., Huo Y. Effect of heating/cooling rate on the transformation temperatures in TiNiCu shape memory alloys. Thermochim. Acta. 2005. Vol. 436. No. 1–2. P. 153–155. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tca.2005.06.028
15. Çakmak U. D., Major Z., Fischlschweiger M. Mechanical consequences of dynamically loaded niti wires under typical actuator conditions in rehabilitation and neuroscience. J. Funct. Biomater. 2021. Vol. 12. No. 1. P. 11–17. DOI: https://doi.org/10.3390/jfb12010004
16. Kök M. et al. The change of transformation temperature on NiTi shape memory alloy by pressure and thermal ageing. J. Phys. Conf. Ser. 2016. Vol. 667. No. 1. DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/667/1/012011
References (International): 1. Morgan N. B. Medical shape memory alloy applications – The market and its products. Mater. Sci. Eng. A. 2004. Vol. 378. No. 1–2 SPEC. ISS. P. 16–23. DOI: https://doi.org/10.1016/j.msea.2003.10.326
2. Nematollahi M. et al. Application of NiTi in Assistive and Rehabilitation Devices: A Review. Bioengineering. Multidisciplinary Digital Publishing Institute, 2019. Vol. 6. No. 2. P. 37. DOI: https://doi.org/10.3390/bioengineering6020037
3. Mohd Jani J. et al. A review of shape memory alloy research, applications and opportunities. Mater. Des. Elsevier Ltd, 2014. Vol. 56. P. 1078–1113. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2013.11.084
4. Pecora R., Dimino I. SMA for Aeronautics. Shape Mem. Alloy Eng. Butterworth-Heinemann, 2015. P. 275–304. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-08-099920-3.00010-3
5. Zeng Z. et al. Fabrication and characterization of a novel bionic manipulator using a laser processed NiTi shape memory alloy. Opt. Laser Technol. Elsevier. 2020. Vol. 122. 105876. DOI: https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2019.105876
6. Isalgue A. et al. SMA for Dampers in Civil Engineering. Mater. Trans. 2006. Vol. 47. No. 3. P. 682–690. DOI: https://doi.org/10.2320/matertrans.47.682
7. Morais J. et al. Shape Memory Alloy Based Dampers for Earthquake Response Mitigation. Procedia Struct. Integr. Elsevier, 2017. Vol. 5. P. 705–712. DOI: https://doi.org/10.1016/j.prostr.2017.07.048
8. Dolce M. et al. Shaking table tests on reinforced concrete frames without and with passive control systems. Earthq. Eng. Struct. Dyn. 2005. Vol. 34. No. 14. P. 1687–1717. DOI: https://doi.org/10.1002/eqe.501
9. Dayananda G. N., Rao M. S. Effect of strain rate on properties of superelastic NiTi thin wires. Mater. Sci. Eng. A. 2008. Vol. 486. No. 1–2. P. 96–103. DOI: https://doi.org/10.1016/j.msea.2007.09.006
10. Entemeyer D. et al. 2000_Strain rate sensitivity in superelasticity_Entemeyer. Int. J. Plast. Elsevier, 2000. Vol. 16. P. 273–274. DOI: https://doi.org/10.1016/S0749-6419(00)00044-9
11. Rodrigues M. C. M. et al. INFLUENCE OF STRAIN RATE ON THE FUNCTIONAL BEHAVIOR OF A NITI ALLOY UNDER PSEUDOELASTIC TRAINING // 71th ABM Annual Congress, Rio de Janeiro, 2016. Editora Edgard Blucher, Ltda., 2016. P. 118–127.
12. Iasnii V., Junga R. Fazovi peretvorennia ta mekhanichni vlastyvosti splavu nitynol zpam’iattiu formy. Fizyko-khimichna mekhanika materialiv. 2018. Vol. 54. No. 3. P. 107–111. [In Ukraine]. DOI: https://doi.org/10.1007/s11003-018-0199-7
13. ASTM F2516-14. Standard Test Method for Tension Testing of Nickel-Titanium Superelastic Materials. Book of Standards Volume: 13.02. 2014.
14. Wang Z. G., Zu X. T., Huo Y. Effect of heating/cooling rate on the transformation temperatures in TiNiCu shape memory alloys. Thermochim. Acta. 2005. Vol. 436. No. 1–2. P. 153–155. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tca.2005.06.028
15. Çakmak U. D., Major Z., Fischlschweiger M. Mechanical consequences of dynamically loaded niti wires under typical actuator conditions in rehabilitation and neuroscience. J. Funct. Biomater. 2021. Vol. 12. No. 1. P. 11–17. DOI: https://doi.org/10.3390/jfb12010004
16. Kök M. et al. The change of transformation temperature on NiTi shape memory alloy by pressure and thermal ageing. J. Phys. Conf. Ser. 2016. Vol. 667. No. 1. DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/667/1/012011
Content type: Article
Aparece nas ColecciónsНаукова діяльність Яснія П. В.
Вісник ТНТУ, 2021, № 2 (102)

Arquivos neste item
Arquivo Descrición TamañoFormato 
TNTUSJ_2021v102_Bykiv_N-Thermomechanical_analysis_161-167.pdf3,21 MBAdobe PDFVer/abrir
TNTUSJ_2021v102_Bykiv_N-Thermomechanical_analysis_161-167.djvu306,89 kBDjVuVer/abrir
TNTUSJ_2021v102_Bykiv_N-Thermomechanical_analysis_161-167__COVER.png1,29 MBimage/pngVer/abrir
Mostrar o rexistro en formato completo


Todos os documentos en Dspace estan protexidos por copyright, con todos os dereitos reservados