شبیه سازی عددی و بررسی تجربی خستگی سیمهای آلیاژ حافظه دار

آلیاژهای حافظه دار به خاطر داشتن خواصی ویژه و متمایز از سایرات فلزات، در پزشکی و صنایع مهندسی به خصوص هوافضا، رباتیک، عمران و نساجی کاربرد دارند. با توجه به سرعت رشد فناوری در جهان امروز و کاربرد فناورانه گسترده و روبه رشد این آلیاژها، خلأ ناشی از ناتوانی در پیش بینی عمر این مواد به شدت خودنمایی می کند. طی دهه های اخیر پژوهشگران زیادی توجه خود را به مطالعه و بررسی رفتار این آلیاژها معطوف داشته و اخیرا بررسی خستگی آنها و همین طور پارامترهای موثر بر این پدیده، موضوع داغ پژوهش ها شده است. از همین رو در این پروژه به بررسی خستگی آلیاژ مس- آلومینیوم- بریلیوم پرداخته شده و اثر پارامترهایی چون تنش و فرکانس بارگذاری بر عمر سیم مورد مطالعه قرار گرفته است. بررسی اثر فرکانس بارگذاری یکی از مهم ترین اهداف این پروژه بوده زیرا از یک سو تغییرات دمایی، اثر چشم گیر و به سزایی بر روی رفتار این گونه آلیاژها داشته و فرکانس باعث ایجاد تغییرات قابل توجهی در دمای چنین نمونه هایی می شود و از سوی دیگر تعداد محدودی از محققین توانسته اند اثر مستقیم این پارامتر را دیده و بررسی کنند. به دلیل متفاوت بودن رفتار آلیاژ مورد بررسی از آلیاژ متداول نیکل- تیتانیوم، دیاگرام فازی مرسوم برای پیش بینی تبدیل فاز نیز مورد اصلاح قرار گرفته است. یکی از ضعف هایی که در زمینه علم بررسی رفتار چرخه ای این آلیاژها وجود دارد، نبود مدلی توانا برای پیش-گویی رفتار این مواد می باشد زیرا اکثر نتایج به صورت آزمایشگاهی به دست آمده اند. در حال حاضر در این زمینه تنها یک مدل ساختاری موجود و مورد استفاده است که آن هم بر اساس مشاهدات آزمایشگاهی به دست آمده و در چارچوب مکانیک محیط های پیوسته نمی باشد. مدل مذکور عمر خستگی را با استفاده از پارامتری با نام انرژی اتلافی پایدار شده پیش گویی می کند. در پروژه اخیر به کمک یک مدل ریاضی که در چارچوب مکانیک محیط های پیوسته به دست آمده و ترمومکانیکی کوپله است، به پیش بینی رفتار نمونه سیمی پرداخته شده و نتایج مدل با نتایج آزمایشگاهی مقایسه و صحت سنجی شده است. پس از اطمینان از صحت نتایج عددی، دیاگرام فازی وابسته به چرخه ارائه شده و به منظور فرمول بندی پارامترهای وابسته به چرخه در این دیاگرام و همین طور انرژی اتلافی پایدار شده به کار رفته و در نهایت به کمک فرمول انرژی اتلافی پایدار شده، قانونی برای پیش بینی عمر خستگی نمونه به دست آمده است. در این قانون، اثر تنش و فرکانس بارگذاری روی عمر خستگی به روشنی مشاهده شده است. از آنجا که آزمایش کششی- فشاری یکی از رایج-ترین، ساده ترین و کم دردسرترین آزمایش های ممکن در این زمینه است، نتایج آزمایشگاهی با استفاده از بارگذاری کششی نمونه تولید گشته است.