Loading...

Modeling the Thermomechanical Behaviour of Shape Memory Materials Using Analytical and Numerical Methods

Taghikhani, Yaser | 2020

931 Viewed
  1. Type of Document: M.Sc. Thesis
  2. Language: Farsi
  3. Document No: 53274 (07)
  4. University: Sharif University of Technology
  5. Department: Materials Science and Engineering
  6. Advisor(s): Karimi Taheri, Ali
  7. Abstract:
  8. Shape memory materials are a kind of smart materials which recently have been used in a wide range of fields in particular medicine and aerospace. These materials can be divided to shape memory polymers and shape memory alloys. The basis of shape memory alloys’ properties is a thermoelastic martensitic transformation taking place between a high symmetric phase, called Austenite, and a low symmetric phase, called Martensite. In this project, by means of finite element methods, continuum thermomechanics and selection of appropriate internal variables (such as amount and orientation of volumetric fraction of each phase) and control variables (like strain, stress, temperature and entropy), their deformation will be anticipated; to this purpose after studying different models and making sure about the accuracy of existing subroutine (written for selected model), by simulation of different thermomechanical loadings, the shape memory effect and pseudo-elasticity and superthermic features is studied for a shape memory spring of NiTi in the ABAQUS software, and the simulation results will be compared with the experimental results. In addition, the first step of inducing a peristalsis movement simulation on a stent is mentioned, and finally the results will be compared with the experimental results in the resources.Obtained results illustrate that all of the shape memory alloys’ diagrams can be summarized in a close three dimensional surface, which depict all main behaviors by intersecting planes normal to the either stress or strain or temperature axis. Both von Mises stress and martensite volume fraction induced by expanding the stent, have admissible results in comparison to the resources, and can be considered as an acceptable introduction to understanding the peristalsis movement in the human body, in order to simulate this movement and employ it in smart pipes
  9. Keywords:
  10. Finite Element Method ; Shape Memory Alloy ; Coupled Thermo-Mechanical Behaviour ; Nickel-Titanium Shape Memory Alloy ; Martensite Volume Fraction ; Austenite

 Digital Object List

 Bookmark

  • چکیده
  • فهرست جدول‌ها
  • فهرست تصویرها
  • فصل اول: مقدمه
  • فصل دوم: مروری بر منابع
    • ۲-۱- پلیمرهای حافظه‌دار
      • ۲-۱-۱- چرخه کامل رفتار ترمومکانیکی پلیمرهای حافظه‏دار
      • ۲-۱-۲- دسته‎بندی پلیمرهای حافظه‎دار
      • ۲-۱-۳- کاربرد پلیمرهای حافظه‏دار
        • ۲-۱-۳-۱- استنت‏
        • ۲-۱-۳-۲- بخیه جراحی
    • ۲-۲- آلیاژهای حافظه‎دار
      • ۲-۲-۱- مکانیزم‏ حاکم بر رفتار آلیاژهای حافظه‏دار
      • ۲-۲-۲- ساختار کریستالی
        • ۲-۲-۲-۱- فاز R
        • ۲-۲-۲-۲- فاز آستنیت B2 و مارتنزیت B19’
      • ۲-۲-۳- انواع مشخصه‎های رفتاری آلیاژهای حافظه‏دار
        • ۲-۲-۳-۱- اثر حافظه‌شکلی یک طرفه
        • ۲-۲-۳-۲- اثر حافظه‌شکلی دوطرفه
        • ۲-۲-۳-۳- اثر سوپرترموالاستیک
        • ۲-۲-۳-۴- اثر میرایی زیاد
        • ۲-۲-۳-۵- خلاصه‎ی خصوصیات
      • ۲-۲-۴- کاربرد آلیاژهای حافظه‏دار
      • ۲-۲-۵- رویکردهای مدل‌سازی آلیاژهای حافظه‌دار
        • ۲-۲-۵-۱- مدل‌های ترمودینامیکی میکروسکوپی (میکرو)
        • ۲-۲-۵-۲- مدل‌های ماکروسکوپی بر اساس مکانیک‌های میکرو (میکرو-ماکرو)
        • ۲-۲-۵-۳- مدل‌های پدیده‌شناختی47F ماکروسکوپی (ماکرو)
          • مدل‌های فاقد متغیرهای داخلی
          • مدل‌های دارای متغیرهای داخلی
    • ۲-۳- حرکت دودی شکل49F
      • ۲-۳-۱- رویکرد پزشکی
        • ۲-۳-۱-۱- مری
        • ۲-۳-۱-۲- آندوسکوپی و کولونوسکوپی
      • ۲-۳-۲- کرم خاکی
      • ۲-۳-۳- لوله‌های هوشمند
  • فصل سوم: روش پژوهش
    • ۳-۱- مواد اولیه و تجهیزات مورد استفاده
    • ۳-۲- آشنایی با سابروتین UMAT
    • ۳-۳- معادلات حاکم
      • ۳-۳-۱- مدل‌های عددی با درنظرگیری سینتیک استحاله‎ی فازی
        • ۳-۳-۱-۱- تاناکا
        • ۳-۳-۱-۲- بوید-لاگوداس
        • ۳-۳-۱-۳- لیانگ-راجرز
        • ۳-۳-۱-۴- برینسون
      • ۳-۳-۲- مدل‌های عددی با درنظرگیری معادلات تکاملی
        • ۳-۳-۲-۱- لاگوداس
        • ۳-۳-۲-۲- ارغوانی
      • ۳-۳-۳- مدل تحلیلی
  • فصل چهارم: نتایج و بحث
    • ۴-۱- مقایسه نتایج شبیه‎سازی با نتایج مدل‌های با درنظرگیری سینتیک استحاله
    • ۴-۲- مقایسه نتایج شبیه‎سازی با نتایج تجربی سایر محققین
    • ۴-۳- مقایسه نتایج شبیه‎سازی با نتایج تجربی و مدل‌های سه‌بعدی
    • ۴-۴- مقایسه‎ی نتایج شبیه‎سازی با نتایج تجربی
      • ۴-۴-۱- رفتار حافظه‌شکلی (دمای ثابت کم، نیرو متغیر)
      • ۴-۴-۲- رفتار شبه‌الاستیک (دمای ثابت زیاد، نیرو متغیر)
      • ۴-۴-۳- رفتار سوپرترمیک (دما متغیر، نیرو ثابت)
    • ۴-۵- شبیه‌سازی حرکت دودی شکل
  • فصل پنجم: نتیجه‎گیری و پیشنهادات
    • ۵-۱- نتیجه‌گیری
    • ۵-۲- پیشنهادات
  • منابع:
  • پیوست ۱ (نحوه لینک کردن آباکوس و فرترن)
  • پیوست ۲ (معرفی بعضی از پارامترهای سابروتین UMAT)
  • پیوست ۳ (بسط معادلات تحلیلی برای تنش برشی در بارگذاری و باربرداری)
...see more