Основні закономірності впливу параметрів циклічного навантаження на модуль пружності аустеніту сплавів із пам’яттю форми

ОСНОВНІ ЗАКОНОМІРНОСТІ ВПЛИВУ ПАРАМЕТРІВ ЦИКЛІЧНОГО НАВАНТАЖЕННЯ НА МОДУЛЬ ПРУЖНОСТІ АУСТЕНІТУ СПЛАВІВ ІЗ ПАМ’ЯТТЮ ФОРМИ

MAIN REGULARITIES OF INFLUENCE OF CYCLICIC LOADING PARAMETERS ON THE MODULE OF ELASTICITY AUSTENITE OF SHAPE MEMORY ALLOYS

Сторінки: 131-135. Номер: №5, 2020 (289)
Автори:
В.П. ЯСНІЙ
Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя
V. IASNII
Ternopil Ivan Puluj National Technical University
DOI: https://www.doi.org/10.31891/2307-5732-2020-289-5-131-135
Рецензія/Peer review : 09.11.2020 р.
Надрукована/Printed : 27.11.2020 р.

Анотація мовою оригіналу

В даній роботі досліджено вплив асиметрії циклу навантаження на модуль пружності аустеніту псевдопружного NiTi сплаву з пам’яттю форми і його взаємозв’язок із залишковою деформацією. Зі збільшенням розмаху напружень від 509 МПа до 748 МПа оборотна деформація у першому циклі зростає з 3,7% до 7,7%. Встановлено, що за однакового ефективного модуля пружності NiTi сплаву залишкова деформація при асиметрії циклу навантаження 0,5 приблизно удвічі перевищує значення залишкової деформації при віднульовому циклі навантаження.
Ключові слова: псевдопружний NiTi сплав, асиметрія циклу навантаження, модуль пружності.

Розширена анотація англійською мовою

In this paper, there were investigated the regularities of the influence of the amplitude and stress ratio on the effective Young’s modulus of a pseudoelastic shape memory NiTi alloy and its relationship with other functional properties. Cylindrical specimens with a diameter of 4 mm and gage length of 12.5 mm, machined from rod that was 8 mm in diameter, were tested on servohydraulic testing machine STM-100 under uniaxial cyclic loading at temperature 0°С at stress ratio 0 and 0.5. Tests were carried out under displacement–controlled mode at stress ratio 0 and at stress ratio 0.5 under stress–controlled mode. With the increase in the loading cycles, the residual strain grows. An increase in the stress range from 509 to 605 MPa increases the residual strain that leads to the degradation of pseudoelasticity. However, with the further increase in the initial stress range to 740 MPa, the dependence of residual deformation on the number of loading cycles shifts below the same dependence for initial stress range 605 MPa. The indicated inversion from the general law could be due to the fact that the strain range at 740 MPa in the first cycle is 8.7% that exceeds the maximum strain under which the pseudoelastic effect is still visible. With an increase of the stress range from 509 MPa to 748 MPa, the reversible strain increases from 3.7% to 7.7% in the first cycle. Regardless of the stress range, for each stress ratio there were separate dependences of the effective Young’s modulus of NiTi alloy on the residual strain. With both stress ratios, there was observed a decrease in the current effective elasticity modulus with an increase of the residual strain. The increase of the stress ratio from 0 to 0.5 leads to the significant shift to the right. In particular, the residual strain at stress ratio equals to 0.5 is around two times larger the value of residual strain at stress ratio equals to 0 at the same effective elasticity modulus.
Keywords: pseudoelastic NiTi alloy, stress ratio, module of elasticity.

References

1. Yasniy P. et al. Calculation of constructive parameters of SMA damper. Sci. J. TNTU. 2017. Vol. 88, № 4. P. 7–15.
2. Nematollahi M. et al. Application of NiTi in Assistive and Rehabilitation Devices: A Review. Bioengineering. Multidisciplinary Digital Publishing Institute, 2019. Vol. 6, № 2. P. 37.
3. Mohd Jani J. et al. A review of shape memory alloy research, applications and opportunities. Mater. Des. Elsevier Ltd, 2014. Vol. 56. P. 1078–1113.
4. Maletta C. et al. Fatigue properties of a pseudoelastic NiTi alloy: Strain ratcheting and hysteresis under cyclic tensile loading. Int. J. Fatigue. Elsevier, 2014. Vol. 66. P. 78–85.
5. Kachanov L.M. Introduction to Continuum Damage Mechanics. Bruukline USA.: Kluwer academic publishers. Printed in the Netherlands, 1986. 135 p.
6. Pirondi A., Bonora N. Modeling ductile damage under fully reversed cycling. Comput. Mater. Sci. Elsevier, 2003. Vol. 26, № January. P. 129–141.
7. Khan S. et al. Low cycle fatigue damage mechanism of the lightweight alloy Al2024. Int. J. Fatigue. Elsevier, 2012. Vol. 38. P. 92–99.
8. Predki W., Klönne M., Knopik A. Cyclic torsional loading of pseudoelastic NiTi shape memory alloys: Damping and fatigue failure. Mater. Sci. Eng. A. 2006. Vol. 417, № 1–2. P. 182–189.
9. Phillips F., Wheeler R.W., Lagoudas D.C. Damage evolution during actuation fatigue in shape memory alloys. Behavior and Mechanics of Multifunctional Materials and Composites XII; ed. Naguib H.E. SPIE, 2018. Vol. 10596. P. 5.
10. Nayan N. et al. Unnotched fatigue behavior of an austenitic Ni-Ti shape memory alloy. Mater. Sci. Eng. A. 2008. Vol. A 497. P. 333–340.
11. Mahtabi M.J., Stone T.W., Shamsaei N. Load sequence effects and variable amplitude fatigue of superelastic NiTi. Int. J. Mech. Sci. 2018. Vol. 148. P. 307–315.
12. Hua P. et al. Cyclic phase transformation behavior of nanocrystalline NiTi at microscale. Acta Mater. 2020. Vol. 185. P. 507–517.
13. Iasnii V. et al. Experimental study of pseudoelastic NiTi alloy under cyclic loading. Sci. J. TNTU. 2018. Vol. 92, № 4. P. 7–12.
14. Yasnii V., Yunha R. Fazovi peretvorennia ta mekhanichni vlastyvosti splavu nitynol z pamiattiu formy / V. Yasnii, R. Yuhna // Fizyko-khimichna mekhanika materialiv. – 2018. – Vol. 54, № 3. – P. 107–111.