مدل­سازی تیر انعطاف پذیر تحریک شده توسط سیم آلیاژ حافظه­دار

 

فهرست

عنوان                                                    صفحه

فهرست مطالب …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………ت

فهرست اشکال……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………ح

فهرست جداول……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………ر

چکیده………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….ز

فصل اول: مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..1

• پیش­گفتار آلیاژ حافظه دار…………………………………………………………………………………………………………………………………………………1

• ساخت آلياژهاي حافظه دار………………………………………………………………………………………………………………………………………………..4

• كاربردهاي آلياژ حافظه دار………………………………………………………………………………………………………………………………………………..4

1-3-1 كاربردهاي آلياژ حافظه دار در مهندسي پزشكي…………………………………………………………………………………………………5

1-3-2 كاربرد در صنايع هوا فضا: …………………………………………………………………………………………………………………………………13

1-3-3 کاربرد فنرهای حافظه دار در صنایع خودروسازی……………………………………………………………………………………………..14

1-3-4 كاربرد در صنايعي مانند پتروشيمي ، گاز و ……………………………………………………………………………………………………..22

1-3-5 كاربرد آلياژ حافظه دار در عمران و ساختمان سازي…………………………………………………………………………………………22

1-3-6 دیگر کاربردها …………………………………………………………………………………………………………………………………………………….27

1-4 مروری بر کارهای انجام شدهدر زمینه ی آلیاژ حافظه دار…………………………………………………………………………………………….28

1-5 پیش­گفتار آلیاژ حافظه دار و تیر……………………………………………………………………………………………………………………………………..29

1-6 مروری بر کارهای انجام شده در زمینه ی آلیاژ حافظه دار و تیر…………………………………………………………………………………..30

فصل دوم: آلیاژحافظه­دار و مدل ساختاری آن..…………………………………………………………………………………………………………….32

2-1- معرفی آلیاژهای حافظه دار………………………………………………………………………………………………………………………………………….32

2-2- مروری بر مدل های ساختاری آلیاژهای حافظه دار…………………………………………………………………………………………………….38

2-2-1- مدل های ماکروسکوپیک…………………………………………………………………………………………………………………………38

2-2-2 مدل تاناکا……………………………………………………………………………………………………………………………………………………42

2-2-3 مدل لیانگ………………………………………………………………………………………………………………………………………………….43

2-2-4 مدل برینسون……………………………………………………………………………………………………………………………………………..45

2-2-5 مدل اصلاح شده ی برینسون……………………………………………………………………………………………………………………..49

فصل سوم:مدل تیر…………………………………………………………………………………………………………………………………………………..55

3-1 آنالیز خطی………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………58

3-2 آنالیز غیرخطی…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………60

3-3 روش حل ادغام تیر و آلیاژحافظه­دار……………………………………………………………………………………………………………………………….60

فصل چهارم: نتایج عددی…………………………………………………………………………………………………………………………………………………..63

4-1 تحلیل خطی تیر………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………64

4-2 تحلیل غیرخطی تیر…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………69

4-2-1 مقایسه­ی تحلیل خطی تیر و غیرخطی تیر……………………………………………………………………………………………….72

4-3 تحلیل آلیاژ حافظه­دار………………………………………………………………………………………………………………………………………………………73

4-3-1 نمودار تنش-کرنش در دمای 60 درجه سانتی گراد………………………………………………………………………………….75

4-3-2 نمودار تنش-کرنش در دمای 40 درجه سانتی گراد………………………………………………………………………………….76

4-3-3 نمودار تنش-کرنش در دماهای 5 و 20 درجه سانتی گراد……………………………………………………………………….77

4-3-4 نمودارهای تکمیلی……………………………………………………………………………………………………………………………………..78

4-4 ادغام معادلات تیر و آلیاژ حافظه­دار………………………………………………………………………………………………………………………………..81

4-4-1 تحلیل خطی تیر………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….81

4-4-2 ادغام محرک آلیاژحافظه­دار و تیر……………………………………………………………………………………………………………………………….85

فصل پنجم: نتیجه گیری……………………………………………………………………………………………………………………………………………………..89

پیشنهاد برای ادامه کار…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….90

مراجع……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….91

 

 

فهرست اشکال

شکل                                                  صفحه

شکل1-1 دیاگرام فازی: تنش بحرانی به عنوان تابعی از دما]1[ ………………………………………………………………………………………….3

شکل 1-2 فیلتر سیمون]2[………………………………………………………………………………………………………………………………………………………6

شکل 1-3 مسدودکننده سوراخ دیوار بطنی]2[………………………………………………………………………………………………………………………..7

شکل 1-4 استنت ها با اندازه های متفاوت]2[…………………………………………………………………………………………………………………………7

شکل 1-5 مهره فشرده شده و سمت راست شکل اولیه مهره]2[…………………………………………………………………………………………….8

شکل 1-6 دستکش حاوی آلیاژ حافظه دار ]2[………………………………………………………………………………………………………………………..9

شکل 1-7 ویژگی سوپرالاستیک آلیاژهای حافظه دار…………………………………………………………………………………………………………….10

شکل 1-8 مقایسه ی کیفی رفتار مواد مختلف استفاده شده در ارتودنسی ]4[……………………………………………………………………11

شکل 1-9 دستگاه آندوسکوپی کپسولی با استفاده از فنرهای حافظه دار به عنوان عملگر  ]5[………………………………………….12

شکل 1-10 مجموعه ی پوسته پایینی و عملگرهای حافظه دار  ]6[……………………………………………………………………………………13

شکل 1-11 عملگرهای حرارتی حافظه دار]7[………………………………………………………………………………………………………………………15

شکل 1-12 گستره دمای انتقال آلیاژهای Ni-Ti تجاری در دسترس]7[…………………………………………………………………………..17

شکل 1-13 عملکرد سوپاپ های حرارتی ]7[……………………………………………………………………………………………………………………….17

شکل 1-14 نمایی از مقطع عرضی سوپاپ حرارتی]7[………………………………………………………………………………………………………….18

شکل 1-15 محرک های الکتریکی حافظه دار]7[…………………………………………………………………………………………………………………19

شکل 1-16 محدوده دمای کاری برای خودروها و دمای انتقال برای آلیاژهای حافظه دار Ni-Ti]7[………………………………20

شکل 1-17 لامپ مه شکن با محرک الکتریکی حافظه دار]7[……………………………………………………………………………………………..20

شکل 1-18 برف پاک کن با استفاده از فنر حافظه دار ]7[…………………………………………………………………………………………………..21

شکل 1-19 مکانیزم قفل در با استفاده از فنرهای حافظه دار  ]7[………………………………………………………………………………………21

شکل 1-20 سیستم های مهار کننده ]13[……………………………………………………………………………………………………………………………26

شکل 1-21 سيستم موانع لولاي پل ]13[…………………………………………………………………………………………………………………………….27

شکل 1-22 فریم عینک حافظه دار ]2[…………………………………………………………………………………………………………………………………28

شکل 2-1 نحوه ی تغییر ساختار بلوری فازها در اثر اعمال حرارت به یک آلیاژ حافظه دار]3 [………………………………………..34

شکل 2-2 نحوه تغییر فاز مارتنزیت در اثر تنش]3[………………………………………………………………………………………………………………35

شکل 2-3 نمایش دو نوع مارتنزیت ناشی از تنش در بارگذاری یک بعدی]3 [……………………………………………………………………35

شکل 2-4 نمایش چگونگی ایجاد خاصیت حافظه داری]3 [……………………………………………………………………………………………….36

شکل 2-5 نمایش خاصیت سوپرالاستیک آلیاژهای حافظه دار]3 […………………………………………………………………………………….37

شکل 2-6 نمودار تنش بحرانی بر حسب دما برای مدل «لیناگ»]24[……………………………………………………………………………….44

شکل 2-7 نمودار تنش بحرانی بر حسب دما برای مدل «برینسون»]24[…………………………………………………………………………..48

شکل 3-1 آرایش تیر الاستیک و سیم حافظه­دار قبل و بعد تغییر شکل………………………………………………………………………………56

شکل 3-2 دیاگرام جسم آزاد تیر منحرف شده………………………………………………………………………………………………………………………57

شکل 4-1 نمودار میله ای حدس­های متوالی برحسب درصد خطا………………………………………………………………………………………..66

شکل 4-2 نمودار بار در مقابل انحراف نوک تیر برای نمونه های مختلف – آنالیز خطی…………………………………………………….67

شکل 4-3 نمودار بار در مقابل انحراف نوک تیر برای نمونه های مختلف – آنالیز غیرخطی……………………………………………….71

شکل 4-4 مقایسه انحراف نوک تیربرحسب بار در آنالیز خطی و غیرخطی…………………………………………………………………………72

شکل 4-5 5 نمودار تنش-کرنش آلیاژ حافظه­دار نشان­دهنده­ی اثر سوپر الاستیسیته°C60T=………………………………………..75

شکل 4-6 نمودار تنش-کرنش آلیاژ حافظه­دار نشان­دهنده­ی اثر سوپر الاستیسیته جزئی °C40 T=……………………………….76

شکل 4-7 نمودار تنش-کرنش آلیاژ حافظه­دار، نمودار قرمز در دمای 20 درجه­ی سانتی گراد و آبی 5 درجه­ی سانتی گراد……….77

شکل 4-8 نمودار تنش-کسر مارتنزیت، در دمای 5 درجه سانتی گراد، وشرایط اولیه تنش و کرنش صفر…………………………78

شکل 4-9 نمودار دما-کسر مارتنزیتآلیاژ حافظه­دار،  و ……………………………………………….79

شکل 4-10 نمودار دما-کرنش باقی­مانده در آلیاژ حافظه­دار………………………………………………………………………………………………….79

شکل 4-11 نمودار بار در مقابل انحراف نوک تیر نمونه(A) – آنالیز خطی……………………………………………………………………………82

شکل 4-12 نمودار بار در مقابل انحراف نوک تیر نمونه(B) – آنالیز خطی……………………………………………………………………………82

شکل 4-13 نمودار بار اعمالی برحسب انحراف نوک تیر – آنالیز خطی نمونه (A)……………………………………………………………….83

شکل 4-14 نمودار بار اعمالی برحسب انحراف نوک تیر – آنالیز خطی نمونه (B)………………………………………………………………..83

شکل 4-15 نمودار بار اعمالی برحسب انحراف نوک تیر – آنالیز خطی نمونه (A)……………………………………………………………….84

شکل 4-16 تنش در سیم حافظه­دار به عنوان تابعی از دما برای نمونه­ی (A) …………………………………………………………………….86

شکل 4-17 تنش در سیم حافظه­دار به عنوان تابعی از دما برای نمونه­ی (B) …………………………………………………………………….86

شکل 4-18 مقایسه­ی تنش در سیم حافظه­دار به عنوان تابعی از دما برای نمونه­ها­ی (A) و (B) ………………………………………88

جداول

جدول                                                صفحه

جدول 1-1 میزان تاثیر نیروی ارتودنسی پس از گذشت زمان های متفاوت ]3[………………………………………………………………..11

جدول 4-1 مشخصات 5 نمونه (واحد: متر)…………………………………………………………………………………………………………………………..64

جدول 4-2 جدول سعی و خطا برای بدست آوردن مختصات نوک تیر در یک نیروی مشخص، تحلیل خطی……………………66

جدول 4-3 مشخصات تیر و ممان اینرسی تیر………………………………………………………………………………………………………………………67

جدول 4-4 جدول سعی و خطا برای بدست آوردن مختصات نوک تیر در یک نیروی مشخص، تحلیل غیر خطی…………….70

جدول 4-5 خصوصیات مواد برای آلیاژ نیتینول استفاده شده در مثال­آورده شده ]25[………………………………………………………73

جدول 4-6 ابعاد تیر برای قابلیت کنترل خوب (A) و قابلیت کنترل ضعیف (B)، واحدها برحسب متر……………………………..81

جدول 4-7 مشخصات تیر و ممان اینرسی هرکدام (بر حسب m⁴)………………………………………………………………………………………81