graduate student
магистрант
PhD (Physics and Mathematics), researcher
кандидат физико-математических наук, научный сотрудник
PhD (Physics and Mathematics), Associate Professor
кандидат физико-математических наук, доцент
Shape memory alloys belong to the class of functional materials with unique properties that make them useful in many engineering applications. Since in the austenitic state, due to the pseudoelasticity effect, such alloys have a significant damping capacity, and one of the possible applications is vibro-protection devices. Working elements of damping devices made of shape memory alloys are used in the conditions of cyclically varying stresses and/or temperature. The theoretical models adequately describing such behavior make it possible to advance the efficiency of damping devices. The paper aims at the microstructural modeling of alternating deformation of the sample of TiNi shape memory alloy. Phase transformations in the materials with the martensite channel of inelasticity take place with the release and absorption of heat, which can lead to a shift in the working temperatures of the element and the change in its functional properties. Consequently, when theoretically describing the mechanical behavior of the material, the authors considered heat release at the direct transformation and heat absorption at the reverse transformation. Within this study, the authors implemented such consideration for the adiabatic regime of alternating deformation and compared the obtained data with the results of modeling of isothermal alternating deformation. When calculating, the authors took into account the irreversible strain accumulation at cycling, which, in the real device, can cause the change in its working characteristics and operational life loss. The study showed that taking into account the latent transformation heat during cycling in the strain-controlled regime increases the maximum stresses in the cycle and reduces the volume fraction of the resulting martensite. When taking into account the microplastic strain, the deformation loop evolves. In this case, in the adiabatic regime in the first cycles, the temperature increases, later on, about by the seventh cycle, the temperature increase slows down, and the average temperature ceases to change markedly.
Сплавы с памятью формы благодаря своим уникальным свойствам находят применение во многих инженерных приложениях. Поскольку в аустенитном состоянии за счет реализации эффекта псевдоупругости такие сплавы обладают значительной демпфирующей способностью, одним из возможных применений являются устройства виброзащиты. Рабочие элементы из сплавов с памятью формы в таких устройствах используются в условиях циклически изменяющихся напряжений и/или температуры. Теоретические модели, адекватно описывающие такое поведение, позволяют существенно повысить эффективность демпфирующих устройств. Целью работы является микроструктурное моделирование знакопеременного деформирования образца сплава с памятью формы TiNi. Фазовые превращения в материалах с мартенситным каналом неупругости происходят с выделением и поглощением тепла, что может приводить к смещению рабочих температур элемента и изменению его функциональных характеристик, поэтому при теоретическом описании механического поведения материала учитывалось тепловыделение при прямом и теплопоглощение при обратном превращениях. В рамках данной работы такой учет реализован для адиабатического режима знакопеременного деформирования. Выполнено сопоставление полученных данных с результатами моделирования изотермического знакопеременного деформирования. При расчетах учитывали накопление необратимой деформации при циклировании, которая в реальном устройстве может привести к изменению его рабочих характеристик и снижению эксплуатационного ресурса. Показано, что учет скрытой теплоты превращения при циклировании в режиме заданных деформаций увеличивает максимальные напряжения в цикле и уменьшает объемную долю образовавшегося мартенсита. При учете микропластической деформации происходит эволюция деформационной петли. При этом в адиабатическом режиме в первых циклах происходит рост температуры, в дальнейшем примерно к седьмому циклу он замедляется, и средняя температура перестает заметно меняться.