matematické modelování inteligentních slitin
TRANSCRIPT
Matematické modelováníinteligentních slitin
Petr Sedlák, Hanuš Seiner, Miroslav Frost, Barbora Benešová
� výztuhy cév – stenty� „pohaněče“ - aktuátory� textilie� kompozity� ...
Materiálu s tvarovou pamětí– úvod
Materiálu s tvarovou pamětí– úvod
Materiálu s tvarovou pamětí– úvod
Materiálu s tvarovou pamětí– úvod
Rozhraní austenit-martenzit v monokrystalu CuAlNi
Modelování martenzitických mikrostruktur
Modelování martenzitických mikrostruktur
Modelování martenzitických mikrostruktur
Modelování šíření rozhraní A-M v monokrystalu CuAlNi
Modelování rozhraní martenzitických dvojčat v monokrystalu NiMnGa
Materiálu s tvarovou pamětí– modelování polykrystalických materiálů
Modelování SMA – experimenty na NiTi drátech
� Wire behavior in tension � Wire behavior in torsion
� Material: FWM#1 superelastic NiTi wire, straight annealed, diameter 0.1mm
Constructed by Jan Pilch, Institute of Physics, AS CR
� Wire behavior in tension � Wire behavior in torsion
� Material: FWM#1 superelastic NiTi wire, straight annealed, diameter 0.1mm
Modelování SMA – experimenty na NiTi drátech
� Wire behavior in tension � Wire behavior in torsion
� Material: FWM#1 superelastic NiTi wire, straight annealed, diameter 0.1mm
Modelování SMA – experimenty na NiTi drátech
� Wire behavior in tension � Wire behavior in torsion
� Material: FWM#1 superelastic NiTi wire, straight annealed, diameter 0.1mm
Modelování SMA – experimenty na NiTi drátech
� Wire behavior in tension � Wire behavior in torsion
� Material: FWM#1 superelastic NiTi wire, straight annealed, diameter 0.1mm
Modelování SMA – experimenty na NiTi drátech
Modelování SMA – formulace modelu
18
� Key ingredients: I. state variablesII. (Helmholz) free energyIII. dissipation
� Generalized Standard Materials (Models) framework
• free energy function and dissipation function
• assures thermodynamical consistency if specific conditions on dissipation function are fulfilled
• minimum dissipation potential principle
• phase transformation: volume fraction of martensite,
• martensite structure evolution: mean transformation strain of martensite (tensor),
• total strain (small strain setting):
• R-phase transformation: volume fraction of R-phase,
19
� I. state variables:
• temperature (parameter in case of isothermal regimes):
� imposed restrictions on internal variables:
Modelování SMA – formulace modelu
• elastic energy:
20
• chemical energy:
� II. Helmholz free energy:
Modelování SMA – formulace modelu
21
• novel form, allows to capture various phenomena• rate-independent, asymmetric• state-dependent (dissipative variables, temperature)• can be derived from a set of assumptions inspired by microstructural
findings
� III. Dissipation function:
Modelování SMA – formulace modelu
22
Mathematical framework
22
� quasistatic mechanical loading of a SMA body with prescribed temperature evolution
� in our case: temperature-dependent dissipation!
� energetic solution concept suitable for rate-independent processes
• conditions on model parameters
• existence of solution(s)
23
Numerická implementace – Abaqus UMAT
23
Model – Material Parameters
Model – Material Parameters
� Anisotropy of transformation strain
� Tension-compression asymmetry
B. Reedlunn et al. / J. Mech. Phys. Solids
Modelování SMA – 3D model
� simulace SMA drátu
Modelování SMA – 3D model
� simulace SMA drátu
2828
Modelování SMA – 3D model
Modelování SMA – 3D model
NiTi spring – fatigue tests
Number of cycles to failure for different mean strokes and stroke amplitudes (peak topeak). Contour plot corresponds to periodic change of volume fraction of martensite according to simulations.
� Seiner, H. - Sedlák, P. - Landa, M.: Shape recovery mechanism observed in single crystals of Cu-Al-Ni shape memory alloy. Phase transitions. Vol. 81(2008), No. 6, pp. 537-551.
� Straka, L. - Heczko, O. - Seiner, H. - Lanska, N. - Drahokoupil - J., Soroka - A., Fähler, S. -Sozinov, A: Highly mobile twinned interface in 10 M modulated Ni-Mn-Ga martensite: Analysis beyond the tetragonal approximation of lattice. Acta Materialia Vol.59 (2011) (20) , pp. 7450-7463.
� P. Sedlák - M. Frost - B. Benešová - T. Ben Zineb - P. Šittner: Thermomechanical model forNiTi-based shape memory alloys including R-phase and material anisotropy under multi-axial loadings, International Journal of Plasticity 39 (2012) 132–151
References: