رفتن به محتوای اصلی
x

جلسه دفاع از رساله دکتری (آقای امین علی پور)

موضوع: بررسی تجربی و شبیه­ سازی اجزاء محدود  سازه­ های چندحافظه­ دار فرآوری شده به کمک لیزر

ارائه دهنده: امین علی پور

استادان راهنما: دکتر محمود کدخدایی

استادان مشاور: دکتر احسان فروزمهر

استادان داور: دکتر محسن بدرسمای، دکتر مهدی جوانبخت، دکتر جمال ارغوانی هادی

 

 

چکيده:

ایده نوین و مبتکرانه اعمال چند حافظه به وسیله اصلاح موضعی خواص استحال ه­ای، عملکرد آلیاژهای حافظه­ دار را نسبت به حالت پیشین و قدیمی آن­ها که تنها دارای یک سری خواص استحاله بودند، به طرز قابل ملاحظه ­ای بهبود بخشیده است. با این وجود مدلسازی رفتار چنین سازه­ های چندحافظه­ داری به منظور مطالعه پاسخ آن­ها زمانی که در سازه­ های هوشمند به خدمت گرفته می­ شوند، ضروری می­ باشد. اولین بخش این تحقیق به شبیه­ سازی رفتار سازه­ های چندحافظه ­دار اختصاص یافته است. به همین منظور یک روش محاسباتی بر اساس تحلیل اجزاء محدود برای شبیه­ سازی رفتار این سازه ­ها ارائه شده است. این روش می­ تواند در بررسی سازه­ های چندحافظه­ دار یک بعدی با طراحی­ های متنوع تحت بارگذاری و شرایط مرزی مکانیکی کلی به کار گرفته شود. برای ارزیابی مدل پیشنهادی، یک سری مطالعات موردی تحت شرایط دما ثابت، تنش ثابت و کرنش ثابت انجام شده است. رفتار دو مرحله­ ای مشاهده شده در نتایج شبیه­ سازی حاکی از قابلیت روش عددی در برگرفتن رفتار چندحافظه ­داری می­باشد. همچنین برای صحت سنجی مدل، سیم­ های که درصدهای مختلفی از طول آن­ها فرآوری شده به وسیله تکنیک عددی تحلیل شده و نتایج آن با نتایج تجربی موجود مقایسه شده است که تطابق مناسبی دارد. سپس روش پیشنهادی برای شبیه­ سازی رفتار یک آلیاژ حافظه ­دار با خواص استحاله­ گرادیانی به کار گرفته شده و نتایج آن با نتایج تجربی به خوبی تایید شده است. در انتهای این بخش یک عملگر چندحافظه­ دار پیشنهادی مورد مطالعه قرار گرفته و پاسخ عملگری آن تحت بارگذاری ترمومکانیکی به صورت کامل شرح داده شده است. بخش دوم این تحقیق به بررسی آزمایشگاهی سازه ­های چندحافظه ­دار پرداخته است. تا کنون تکنیک ­های متنوعی برای تغییر در مشخصات استحاله ای آلیاژهای حافظه­ دار ارائه شده است.این تکنیک­ ها شامل اعمال عملیات حرارتی موضعی ناشی از گرمای مقاومت الکتریکی، عملیات آنیل گرادیانی، اتصال آلیاژهای حافظه ­دار مختلف به یکدیگر و ... می­ باشد. از میان این روش­ ها، روش تغییر در ترکیب شیمیایی با استفاده از تبخیر کنترل­ شده عناصر توسط لیزر Nd:YAG یکی از موثرترین روش­ ها برای اصلاح موضعی خواص حافظه­ داری می­ باشد. از این روش برای مطالعات آزمایشگاهی در این تحقیق بهره گرفته شده است. کلیه تلاش­ ها و اقداماتی که جهت تغییر در خواص حافظه­ داری به وسیله این روش انجام گرفته، شرح داده شده است. در هر مرحله یک سری پارامتر برای لیزر تعریف شده و اثرات لیزر بر روی نمونه ­های حافظه­ دار از جنبه­ های مختلف خواص حرارتی، میکروساختار، استحکام مکانیکی، ترکیب شیمیایی و آنالیز فازی بررسی شده است. سپس بر اساس نتایج این بررسی­ ها، پارامترهای لیزر اصلاح شده و پارامترهای مناسب جدیدی تعریف شده است. در ادامه نشان داده شد که خواص حافظه­ داری نمونه­ ها پس از فرآوری به وسیله لیزر باید توسط عملیات ترمومکانیکی تکمیلی بازیابی شود. در این تحقیق عملیات حرارتی و به طور ویژه عملیات آنیل برای تقویت میکروساختار و بازیابی خواص حافظه­ داری نمونه­ های فرآوری شده، به کار گرفته شد. نهایتا دو نمونه فرآوری شده نهایی با خواص حافظه ­داری جدید ایجاد شدند. طبق انتظار دماهای استحاله این دو نمونه در اثر فرآوری به وسیله لیزر نسبت به نمونه سیم خام افزایش داشت. بنابراین در حالیکه نمونه سیم خام در دمای محیط از خود خاصیت سوپرالاستیک نشان می­ داد، دو نمونه فرآوری شده در دمای محیط از خود خاصیت حافظه­ داری بروز می ­دهند. در نهایت دو سازه­ چندحافظه­ دار که نیمی از آن سیم خام و نیم دیگر یکی از نمونه ­های فرآوری شده نهایی بود ساخته شد و تحت بارگذاری – باربرداری مکانیکی قرار گرفت. رفتار این سازه­ ها توسط روش عددی پیشنهادی در بخش اولیه شبیه­ سازی شد و نتایج نیرو-جابجایی آن با نتایج تجربی به دست آمده مقایسه گردید که از تطابق مطلوبی برخوردار بود.

کلمات کليدی: آلیاژ حافظه­ دار، نایتینول، سازه چندحافظه­ دار، شبیه­ سازی اجزاء محدود، فرآروی به کمک لیزر، لیزر Nd:YAG، خواص استحاله، میکروساختار، عملیات حرارتی