محرک های (SMA) نوع جدیدی از کار اندازهای نیرو- جا به جایی هستند که در آنها از ویژگی بازیافت شکل آلیاژهای حافظه دار به منظور تولید نیرو و جا به جایی بهره گرفته می شود. در این مقاله برای پاسخ سازه ای ایستای یک نوع محرک (SMA) به تحریک حرارتی یک مدل ریاضی ارائه گردیده است. این محرک دارای ساختار تیر لایه ای مرکب با مقطع مستطیل تو خالی متشکل از لایه های آلیاژ حافظه دار و الاستومر می باشد و قابلیت حرکت و اعمال نیرو در سه بعد را دارد. در این مدل سازی رفتار ترمومکانیکی لایه های (SMA) به وسیله یک معادله مشخصه ارائه شده توسط دو نفر به نام های Liang و Rogers، به همراه یک معادله سینتیک تبدیل فاز خطی، بیان گردیده است. رفتار ترمو الاستیک لایه های الاستومر به وسیله معادله هوک و با احتساب تغییرات مدول الاستیسیته آن با درجه حرارت، بیان شده است. روابط نیرو- تغییر شکل در محرک توسط فرم کلی معادلات کلاسیک تیرها با احتساب کرنش صفحه میانی در آنها، بیان گردیده است. این مدل ریاضی در نهایت جواب های صریحی برای پاسخ سازه ای محرک، شامل کرنش صفحه میانی و انحنا آن به دست می دهد. در آخر، نتایج کلی به دست آمده در این مدل سازی بر روی حالت خاصی از این محرک که بورت یک تیر یک سر گیردار با مقطع مربع بوده و در انتهای آزاد خود یک نیروی متمرکز عرضی را حمل می نماید، اعمال گردیده و نتایج عددی آن توسط یک برنامه کامپیوتری محاسبه و در نمودارهایی ارائه شده است. این نتایج نشان می دهند که وقتی تبدیل فاز در لایه (SMA) گرمایش داده شده آغاز می شود، تغییرات زیادی در پاسخ سازه به وجود می آید، که ناشی از ایجاد بازیافت کرنش در این لایه است.

در دنیای امروز، با پیشرفت سریع علم و تکنولوژی، هر روزه مواد و مصالح جدیدی پا به عرصه ی ظهور می گذارد، که آلیاژ حافظه دار شکلی ((SMA)) از جمله این مواد می باشد. ازآنجایی که استفاده از سیستم قاب با مهاربندهای مرسوم به دلیل محدودیت هایی نظیر شکل پذیری پایین، کمانش مهاربند در فشار و کاهش ظرفیت باربری جوابگوی نیاز سازه نیست، لذا استفاده از مهاربندکمانش تاب (BRB) و آلیاژ حافظه دار شکلی در سیستم مهاربندی می تواند راه گشا باشد. بنابراین در جهت افزایش استهلاک انرژی ناشی از زلزله، استفاده از مهاربندکمانش تاب به همراه آلیاژ حافظه دار شکلی (BRB-(SMA)) توصیه می شود. سیستم مهاربندی BRB-(SMA) باعث میرایی، اتلاف انرژی و کاهش تغییرشکل های ماندگار در سازه می گردد. در ابتدا، مهاربندهای کمانش تاب به عنوان میراگرهای هیسترتیک در کشورهایی چون ژاپن، آمریکا و ایتالیا مورد توجه مهندسین قرار گرفته اند. این مهاربندها با رفتار یکسان در کشش و فشار توانایی جذب و اتلاف مقدار زیادی از انرژی ورودی زلزله را به سازه دارند. مصالح نوین (SMA)، آلیاژهایی با خصوصیات ویژه-حافظه ی شکلی و رفتار فوق الاستیک-می باشند. به علت رفتار فوق الاستیک، این مواد قادر به بازگشت به شکل اولیه خود می باشند که این امر سبب کاهش تغییرمکان باقیمانده طبقات پس از زلزله می شود. در این مقاله، رفتار لرزه ای سازه های مجهز به مهاربند کمانش تاب بررسی می شود و تاثیر اضافه کردن (SMA) در سیستم مهاربندی کمانش تاب موردمطالعه قرار می گیرد. بدین منظور، سه ساختمان سه بعدی با تعداد طبقات 3، 6 و 9 بر اساس ضوابط آیین نامه ای طراحی و سپس قاب محور کناری با استفاده از نرم افزارOpenSees به صورت دو بعدی مدل سازی شده اند. در ادامه، رفتار غیر ارتجاعی قاب ها، که در دهانه های مختلف دارای مهاربند کمانش تاب می باشند، در دو حالت با و بدون (SMA) با استفاده از تحلیل های دینامیکی غیرخطی تاریخچه زمانی تحت 3 رکورد نزدیک به گسل شامل زلزله ی اصلی و پس لرزه بررسی شده اند. نتایج نشان داد که حداکثر پاسخ های سازه ای جابجایی نسبی بین طبقه ای، جابجایی بام، برش پایه، شتاب بام و منحنی هیسترزیس در مدل های مجهز به میله های (SMA) به طور میانگین کاهش یافته است که به دلیل خاصیت فوق الاستیک و میرایی و در نتیجه ی آن استهلاک انرژی زلزله می باشد. مقایسه نتایج تحت لرزه اصلی و پس لرزه با توجه به ماهیت پس لرزه نشان داد که، میزان کاهش پاسخ های لرزه ای در لرزه ی اصلی با در نظر گرفتن (SMA)، به صورت میانگین بیشتر از پس لرزه می باشد. همچنین با افزایش ارتفاع، پاسخ های لرزه ای در قاب های مجهز به (SMA) به میزان بیشتری بهبود یافته اند. با به کارگیری آلیاژ حافظه دار شکلی در این قاب ها می توان هزینه بازیابی سیستم خسارت دیده ساختمانی را کاهش داده و سیستم برگشت پذیرتری داشت.

طراحی و ساخت ساختمانهای نامنظم بدلیل تقاضا جهت داشتن سازه ای زیبا و خاص همواره مد توجه بوده است. از سوی دیگر استفاده از آلیاژهای حافظه دار شکلی((SMA)) بدلیل بهبود رفتار ساختمانهای بتن مسلح در دهه اخیر گسترش یافته است. از مزایای اصلی استفاده از این آلیاژ می توان به خاصیت سوپر الاستیک بودن آن و امکان برگشت تغییر مکان های غیر ارتجاعی سازه اشاره نمود. وجود نامنظمی در سازه ها سبب می شود که در اثر بارهای جانبی و بخصوص زلزله پیچش در سازه بوجود آید و نیروها و تغییرمکان ها افزایش یابند. در صورتیکه اثرات مخرب نامنظمی در طراحی اولیه لحاظ نشده باشد خطر فروریزش ساختمان با توجه به درجه نامنظمی وجود دارد. در این مقاله به بررسی رفتار سازه های بتن آرمه با آلیاژ (SMA) در حالات منظم، نامنظمی زیاد و نامنظمی شدید پیچشی پرداخته شده و اثر استفاده از این آلیاژ نسبت به ساختمانهای بتنی معمولی در درجات مختلف نامنظمی با منحنی های شکنندگی نشان داده شده است. در این راستا به بررسی تاثیرات آلیاژهای حافظه دار شکلی به عنوان میلگرد طولی در سازه های کوتاه مرتبه، میان مرتبه و بلند مرتبه بتن مسلح با سه آرایش مختلف آرماتورهای طولی پرداخته شده است. نوع آرایش متفاوت میلگرد شامل حالت تماما میلگرد فولادی، حالت میلگرد آلیاژ حافظه دار شکلی در محل ناحیه مفصل پلاستیک تیرها و میلگردها فولادی در سایر نواحی و حالت میلگرد آلیاژ حافظه دار شکلی در تمام طول تیرها می باشد. سپس تحلیل های دینامیکی غیرخطی فزاینده(IDA) تحت اثر ده شتابنگاشت منتخب صورت پذیرفت و تغییر مکان نسبی حداکثر هر حالت محاسبه و منحنی های شکنندگی محاسبه گردیدند. نتایج به دست آمده نشان دهنده این حقیقت است که وجود آلیاژ حافظه دار در ساختمان های نامنظم سبب تخفیف اثرات مخرب نامنظمی از جمله تغییر مکان نسبی حداکثر و تغییر مکان نسبی پسماند سازه خواهد شد.

1آلیاژهای حافظه دار شکلی[1] به عنوان مواد نوین، به خاطر رفتار ویژه ای که دارند، توجه بسیاری از مهندسان را به خود جلب کرده اند. یکی از مهم ترین ویژگی های این مواد، رفتار فوق الاستیک آن هاست. این رفتار موجب بازگشت دوباره آلیاژ به فرم اولیه خود پس از تغییر شکل قابل توجه می شود. در این نوع رفتار، آلیاژهای حافظه دار می توانند مقادیر قابل توجهی از انرژی را نیز در حین بازگشت به حالت اولیه خود اتلاف کنند. در این تحقیق، از آلیاژ فوق الاستیک نایتینول برای بهبود عملکرد دمپرهای زانو استفاده شده است. برای این منظور، یک چارچوب با دمپر زانو به عنوان مدل مرجع انتخاب و با استفاده از نرم افزار عددی آباکوس مدل سازی و اعتبارسنجی شد. پس از تایید رفتار درست مدل عددی، دمپر (SMA) به صورت عمود بر دمپر زانو و در فاصله بین دمپر زانو و اتصال تیر به ستون نصب گردید. در این مقاله، دو پارامتر سطح مقطع و طول دمپر (SMA) بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که افزایش طول (SMA) موجب افزایش مقاومت سیستم می شود. همچنین با افزایش سطح مقطع دمپر (SMA)، تأثیر طول آن بر مقاومت سیستم بیشتر می گردد. افزایش سطح مقطع میراگر (SMA) همچنین به طور چشمگیری، خاصیت مرکزگرایی سیستم را افزایش می دهد. به علاوه، به دلیل مرکزگرایی قابل توجه مقدار اتلاف انرژی سیستم نسبت به مدل مرجع کاهش می یابد. میزان اتلاف انرژی وابسته به طول و سطح مقطع دمپر (SMA) است. به طوری که طول بیشتر (SMA) به معنای اتلاف انرژی بیشتر و سطح مقطع بیشتر به معنای اتلاف انرژی کمتر در سیستم می باشد.   [1] Shape Memory Alloys ((SMA)s)

آلیاژهای حافظه ­دار NiTiHf برای کاربردهای صنعتی در دمای بالا بدلیل دمای استحاله بالا و پایداری حرارتی و قیمت پایین­ تر، بسیار مورد توجه می ­باشد. البته خواص حافظه ­داری آنها از آلیاژهای دوتایی NiTi کمتر می ­باشد. راه حل این مشکل افزایش استحکام آلیاژ جهت جلوگیری از وقوع تغییرشکل پلاستیکی ناشی از لغزش می ­باشد. یکی از راه های بهبود خواص حافظه ­داری انجام عملیات ترمومکانیکی می ­باشد. در این پژوهش آلیاژ Ni50Ti40Hf10 در کوره قوس تحت خلاء آلیاژسازی و ریخته گری شد. سپس آزمون کشش گرم بر روی نمونه­ ها با نرخ کرنش s-1 01/0 در دماهای 800، 900، 1000 و 1100 درجه سانتی گراد انجام شد. همچنین نمونه ­ها در دمای 1000 درجه سانتی گراد با کاهش ضخامت ­های 10، 15، 20 و 30 درصد نورد گرم شدند. جهت بررسی خواص حافظه ­داری و تعیین میزان کرنش بازیابی و نسبت بازیابی با استفاده از آزمون خمش کرنش های اعمالی 6/2 تا 6 به روی نمونه­ ها اعمال شد. نتایج آزمون کشش گرم نشان داد که دمای 1000 درجه سانتی گراد به دلیل مناسب بودن میزان شکل ­پذیری آلیاژ برای انجام نورد گرم قابل قبول می ­باشد. حداکثر کرنش بازیابی در نمونه ریختگی 7/5 با نسبت بازیابی 88 درصد بود. با اعمال 10 درصد نورد گرم، میزان کرنش بازیابی و نسبت بازیابی به 8/5 و 92 افزایش یافت و در ادامه با اعمال 20 درصد نورد این مقادیر به 9/5 و 94 افزایش یافت. تشکیل دانه­ های یکنواخت و هم محور در ریزساختار نمونه­ ها حاکی از وقوع تبلور مجدد دینامیکی می­ باشد که منجر به افزایش میزان کرنش بازیابی گردید.

شکست ترد اتصالات گیردار قاب های خمشی فولادی در زلزله های نورثریج (1994) و کوبه (1995) موجب گردید تا اتصالات صلب جدیدی معرفی که مشکلات اتصالات سنتی را مرتفع ساخته و موجب عملکرد مناسب قاب های خمشی می شوند، اما علاوه بر افزایش هزینه ساخت به دلیل تشکیل مفصل پلاستیک در تیرها و ایجاد تغییر شکل های غیرالاستیک و ماندگار در زلزله های شدید، هزینه های تعمیرات را بالا می برند. با استفاده از مواد بازگشت پذیر و هوشمندی چون آلیاژهای حافظه دار در این اتصالات می توان تغییرشکل های ماندگار و نیاز به تعمیرات را تا حدود چشمگیری کاهش داد. در این مقاله کاربرد آلیاژ حافظه دار بر پایه آهن و با بازیابی کرنش حدود 5% در اتصال صلب ورق انتهایی و با استفاده از نرم افزار ANSYS مورد بررسی قرار می گیرد. پس از صحت سنجی رفتار چرخه ای یکی از اتصالات ورق انتهایی مورد آزمایش توسط سامنر که بر اساس تئوری ورق ضخیم طرح شد ه است، کاربرد آلیاژ حافظه دار به عنوان پیچ های متصل کننده ورق انتهایی به ستون و یا ورق در محل تشکیل مفصل پلاستیک مورد مطالعه قرار می گیرد. نتایج نشان می دهد در اتصال ورق انتهایی طرح شده بر اساس تئوری ورق ضخیم، استفاده از ورق های آلیاژ حافظه دار نقش موثرتری در کاهش چرخش پسماند اتصال نسبت به استفاده از پیچ های آلیاژ حافظه دار دارد. اتصال هیبریدی مجهز به ورق های نام برده، با حفظ مقاومت و شکل پذیری مناسب، جذب انرژی و کرنش پسماند کمتری نسبت به اتصال فولادی مشابه داشته و هزینه های تعمیرات را کاهش می دهد.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

در این پژوهش به بررسی تحلیلی و عددی سیستم جداساز ترکیبی هسته سربی با آلیاژ حافظه دار و بررسی پارامترهای مختلف مؤثر بر آن پرداخته شده است. پارامترهای مورد بررسی عبارتند از ابعاد جداساز، نوع آلیاژ حافظه دار و سطح مقطع سیم های آن، قطر هسته سربی، ضخامت لایه لاستیک و تنش فشاری. در این جداساز از آلیاژهای حافظه دار شکلی به عنوان واحد بازگرداننده و از هسته سربی به عنوان واحد اتلاف کننده انرژی استفاده شده است. بدین منظور یک مدل اجزای محدود از جداساز با استفاده از نرم افزار آباکوس مدل سازی شده و تأثیر پارامترهای مختلف ذکر شده بر عملکرد جداساز مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که عملکرد لرزهای این جداساز، نسبت به سایر جداسازها بهتر بوده و در نهایت با توجه به اینکه چه نوع عملکردی از جداساز مدنظر است، می توان پارامترهای مورد مطالعه را به صورت بهینه به دست آورد. به عنوان مثال اگر اتلاف انرژی بیشتر مد نظر باشد به 4 طریق می توان عمل کرد: افزایش ابعاد جداساز، افزایش شعاع سیم های (SMA) ،افزایش قطر هسته سربی و یا افزایش ارتفاع جداساز. از بین موارد ذکر شده، افزایش شعاع سیم (SMA) و افزایش قطر هسته بیشترین اثرگذاری را دارا هستند. به طور مثال، در کرنش برشی 150 %اتالف انرژی در شعاع mm 2/5 و mm 4 به ترتیب ازJ 5080/2 به J 8376 افزایش پیدا می کند.

در این مطالعه به بررسی ارتعاشات اجباری ورق دایروی تو خالی با لبه های گیردار تحت نیروی هارمونیک پرداخته شده است. میدان جابجایی بر اساس تئوری مرتبه اول تغییر شکل برشی به دست آمده است. معادلات حرکت با استفاده از اصل همیلتون استخراج شده و برای مدل سازی رفتار ماده سوپر الاستیک از مدل، بوید-لاگوداس استفاده شده است. در ادامه برای تحلیل ورق آلیاژ حافظه دار در حالتی که تغییر فاز انجام می شود، برای حل معادلات از روش تفاضلات مربعی، نیومارک و الگوریتم نگاشت برگشتی بهره گرفته شده است. همچنین به منظور صحه گذاری نتایج از مراجع موجود و نرم افزار آباکوس استفاده شده است. نتایج نشان می دهد که تغییر فاز آلیاژ موجب کاهش استحکام ماده می شود و رفتار غیرخطی نرم شوندگی در آلیاژ حاصل می شود.