Моделювання поведінки псевдопружного СПФ за складного навантаження

Abstract

Досліджено поведінку псевдопружного нікель-титанового сплаву з пам’яттю форми Ni55,75Ti44,15 методом скінченних елементів за різних типів навантаження. У середовищі ANSYS запропоновано методику моделювання механічних властивостей СПФ та визначення напружень прямих і зворотних фазових перетворень. Діаметр зразка для моделювання поведінки складає 8 мм з робочою ділянкою діаметром 4 мм та довжиною 12,5 мм. Прикладене переміщення за одновісного розтягу, згину та їх одночасної дії (розтяг зі згином), спричиняло деформацію, що не перевищувала значення 6%. Результати досліджень показали, що при розтягу значення прямих фазових перетворень СПФ з аустеніту в мартенсит становлять σMs = 366 МПа та σMf = 388 МПа. При розвантаженні значення зворотних перетворень дорівнюють 190 МПа та 113 МПа відповідно. Дослідження також показало, що для згину та комбінованого навантаження значення фазових перетворень з аустеніту в мартенсит σМsтаσМf практично однакові. При зворотному перетворенні за розтягу, залежності напруження від деформацій демонструють лінійну поведінку в порівнянні зі згином чи комбінованому навантаженні, що пояснюється перерозподілом напружень між різними зонами деформації та різним значенням прикладеного переміщення. Порівняльний аналіз результатів моделювання та експериментальних даних показав, що розбіжність становить до 10%. Це свідчить про достатню збіжність отриманих значень. Отримані результати моделювання підтверджують високу адаптивність псевдопружних СПФ до різних типів навантажень та можливість їх застосування в різноманітних пристроях чи конструкціях, що експлуатуються за дії складного навантаження. Ці дослідження є необхідними для ефективнішого проектування конструкції та пристроїв, а також для прогнозування поведінки псевдопружних сплавів з пам’яттю форми під дією різних типів навантаження

The behaviour of pseudoelastic nickel-titanium alloy Ni55,75Ti44,15 under tension, bending, and their simultaneous action is investigated in this paper. The methodology for modelling the mechanical properties of SMAs under various loading conditions, including combined loading, is proposed. The stresses of forward and reverse phase transformations between austenite and martensite are determined using ANSYS software based on the finite element method. The obtained modelling results confirm high adaptability of SMA to various types of loadings. These investigations are required for more efficient design of structures and devices and for predicting the behaviour of pseudoelastic SMAs under different types of loading