Открытый доступ Открытый доступ  Ограниченный доступ Платный доступ или доступ для подписчиков

Разработка методики численного компьютерного моделирования для определения термомеханических свойств изделий из сплавов с памятью формы

Э. М. Фарбер, А. В. Орлов, А. А. Попович

Аннотация


Разработан метод численного компьютерного моделирования для определения термомеханических характеристик изделий из сплавов с эффектом памяти формы. Проведено численное компьютерное моделирование и экспериментальное исследование термомеханических характеристик термоисполнительного элемента на основе геометрии двухзаходных пружин, изготовленного из сплава NiTi методом селективного лазерного плавления. Проведена верификация модели. Подтверждена общая работоспособность представленной методики. Установлено, что уровень отклонений между экспериментальными и моделируемыми данными составил не более 30 %.


Ключевые слова


никелид титана; эффект памяти формы; численное компьютерное моделирование; селективное лазерное плавление

Полный текст:

PDF

Литература


Rao A., Srinivasa A. R., Reddy J. N. Design of Shape Memory Alloy (SMA) Actuators. Cham: Springer International Publishing, 2015. 137 p.

Brailovski V., Prokoshkin S., Terriault P., Trochu F. Shape memory alloys: fundamentals, modeling and applications. Quebec: ETS, 2003. 844 p.

Mohd Jani J., Leary M., Subic A., Gibson M. A review of shape memory alloy research, applications and opportunities // Mater. Des. Elsevier Ltd, 2014. V. 56. P. 1078 – 1113. DOI: 10.1016/j.matdes.2013.11.084

Mantovani D. Shape memory alloys: Properties and biomedical applications // JOM. 2000. V. 52, Is. 10. P. 36 – 44. DOI: 10.1007/s11837-000-0082-4

Oehler S. D., Hartl D. J., Lopez R. et al. Design optimization and uncertainty analysis of SMA morphing structures // Smart Mater. Struct. 2012. V. 21, Is. 9. 094016. DOI: 10.1088/ 0964-1726/21/9/094016

Stoeckel D., Waram T. Use of Ni – Ti shape memory alloys for thermal sensor-actuators // Active and Adaptive Optical Components. 1991. V. 1543. P. 382 – 387. DOI: 10.1117/12.51193

Sharma K., Srinivas G. Flying smart: Smart materials used in aviation industry // Mater. Today Proc. Elsevier Ltd. 2020. V. 27. P. 244 – 250. DOI: 10.1016/j.matpr.2019.10.115

Pepper S. V., DellaCorte C., Noebe R. D. et al. Nitinol 60 as a material for spacecraft triboelements // Eur. Sp. Agency (Special Publ. ESA SP). 2009. V. 670 SP, Is. 1. P. 1 – 4.

Icardi U., Ferrero L. Preliminary study of an adaptive wing with shape memory alloy torsion actuators // Mater. Des. Elsevier Ltd. 2009. V. 30, Is. 10. P. 4200 – 4210. DOI: 10.1016/j.matdes.2009.04.045

Bellini A., Colli M., Dragoni E. Mechatronic design of a shape memory alloy actuator for automotive tumble flaps: A case study // IEEE Trans. Ind. Electron. IEEE. 2009. V. 56, Is. 7. P. 2644 – 2656. DOI: 10.1109/TIE.2009.2019773

Sharma N., Jangra K. K., Raj T. Fabrication of NiTi alloy: A review // Proc. Inst. Mech. Eng. Part L J. Mater. Des. Appl. 2015. V. 232, Is. 3. P. 250 – 269. DOI: 10.1177/ 1464420715622494

Marchenko E. S., Baigonakova G. A., Yasenchuk Y. F. et al. Structure, biocompatibility and corrosion resistance of the ceramic-metal surface of porous nitinol // Ceram. Int. Elsevier Ltd. 2022. V. 48, Is. 22. P. 33514 – 33523. DOI: 10.1016/ j.ceramint.2022.07.296

Chen R., Feng Y., Yan K., Zhang G. Study on phase transformation and electrochemical corrosion of TiNi alloy formed by Laser Solid Forming // Metals (Basel). 2022. V. 12, Is. 6. Art. 1024. DOI 10.3390/met12061024

Jalali M., Mohammadi K., Movahhedy M. R. et al. SLM additive manufacturing of NiTi porous implants: A review of constitutive models, Finite Element Simulations, manufacturing, heat treatment, mechanical, and biomedical studies // Met. Mater. Int. The Korean Institute of Metals and Materials. 2023. V. 29, Is. 9. P. 2458 – 2491. DOI: 10.1007/ s12540-023-01401-1

Zhang C., Ozcan H., Xue L. et al. On the effect of scan strategies on the transformation behavior and mechanical properties of additively manufactured NiTi shape memory alloys // J. Manuf. Process. 2022. V. 84. P. 260 – 271. DOI: 10.1016/ j.jmapro.2022.09.051

Shishkovsky I. V., Scherbakov V. 4D manufacturing of intermetallic SMA fabricated by SLM process // Proc. SPIE 10523, Laser 3D Manufacturing. 2018. V. 1052311. https://doi.org/10.1117/12.2288176V.1052311. P. 40 – 45. DOI: 10.1117/12.2288176

Safaei K., Abedi H., Nematollahi M. et al. Additive manufacturing of NiTi shape memory alloy for biomedical applications: Review of the LPBF process ecosystem // JOM. Springer. 2021. V. 73, Is. 12. P. 3771 – 3786. DOI: 10.1007/ s11837-021-04937-y

Farber E., Orlov A., Borisov E. et al. TiNi alloy lattice structures with negative Poisson’s ratio: computer simulation and experimental results // Metals (Basel). 2022. V. 12, Is. 9. Art. 1476. DOI: 10.3390/met12091476

Орлов А. В., Репнин А. В., Фарбер Э. М. и др. Cелективное лазерное плавление ячеистых структур из никелида титана: разработка, микроструктура, механические и функциональные свойства // Новые материалы и технологии, порошковая металлургия, композиционные материалы, защитные покрытия, сварка. 2022. V. 2. P. 699 – 706.

Zhang X., Jiang Y., Wang S. et al. Compression behavior and failure mechanisms of bionic porous NiTi structures built via Selective Laser Melting // Acta Metall. Sin. (English Lett. The Chinese Society for Metals). 2023. V. 36, Is. 6. P. 926 – 936.

Коллеров М. Ю., Гусев Д. Е., Гуртовая Г. В. и др. Функциональные материалы с эффектом памяти формы. М.: МАИ. 2015. 161 c.




DOI: https://doi.org/10.30906/mitom.2025.10.61-67

© Издательский дом «Фолиум», 1998–2026