Doctor of Sciences (Physics and Mathematics), Professor
доктор физико-математических наук, профессор
PhD (Physics and Mathematics), Associate Professor
кандидат физико-математических наук, доцент
postgraduate student
аспирант
The authors proposed a model for the description of the functional and mechanical behavior of a sample of the porous shape memory alloy, the structural elements of which were approximated by flat slotted springs. These springs, in their turn, consist of beams. During the deformation process, beams oriented perpendicular to the loading direction contribute significantly to the sample macroscopic strain.
The authors investigated the influence of beam supporting conditions on the modeling results. Two types of boundary conditions are considered – hinge support and rigid fixing. Within the methods of the strength of materials for the specified types of supports, the authors solved the static problems; found the stresses in the most strained area and beam deflections. To calculate the anelastic deformation arising from the martensitic transformation in the shape memory alloys, the microstructural model allowing describing the functional properties of these materials was used. Basing on the analysis of microphotography of porous TiNi alloy, the geometrical parameters of beams were chosen. The authors carried out the simulation of the behavior of the porous shape memory alloy sample during the isothermal compression at various temperatures when the shape memory alloy is in austenitic and martensitic states. The deformation of a sample during the cooling and heating under the constant stress was calculated, in this case, the transformation plasticity and shape memory effects occur. It is shown, that the selection of boundary conditions has the important significance when modeling porous shape memory alloy behavior. The application of fixed-ended structural elements leads to the lower stresses in the modeled object and allows obtaining better correspondence between the calculation results and experimental data.
Предложена модель для описания функционально-механического поведения образца из пористого сплава с памятью формы, структурные элементы которого аппроксимированы плоскими прорезными пружинами. Такие пружины, в свою очередь, состоят из балок. В процессе деформирования балки, ориентированные перпендикулярно по отношению к направлению нагружения, вносят основной вклад в макроскопическую деформацию образца.
Исследовано влияние условий закрепления балки на результаты моделирования. Рассмотрены два типа граничных условий: шарнирное опирание и жесткое защемление. В рамках методов сопротивления материалов для указанных видов опор решены задачи статики, найдены напряжения в наиболее напряженном участке и прогибы балок. Для расчета неупругой деформации, возникающей в процессе мартенситного превращения в сплавах с памятью формы, использована микроструктурная модель, позволяющая описывать функциональные свойства этих материалов. Геометрические параметры балок выбраны на основании анализа микрофотографий пористого сплава TiNi. Выполнено моделирование поведения пористого образца из сплава с памятью формы при изотермическом сжатии при различных температурах, когда сплав с памятью формы находится в аустенитном и мартенситном состояниях. Проведен расчет деформации образца при охлаждении и нагреве под постоянным напряжением, при этом реализуются эффекты пластичности превращения и памяти формы. Показано, что выбор граничных условий имеет существенное значение при расчете поведения пористого сплава с памятью формы. Использование структурных элементов с жесткой заделкой приводит к меньшим напряжениям в моделируемом объекте и позволяет получить лучшее соответствие результатов расчета с экспериментальными данными.