Анализ напряженно-деформированного состояния торсионного актуатора из сплава с памятью формы при рабочем ходе в условиях стесненного деформирования

Авторы

Саганов Е. Б.

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4

e-mail: saganoff@yandex.ru

Аннотация

Работа посвящена теоретическому моделированию поведения торсионного актуатора с рабочим телом, выполненным из сплава с памятью формы (СПФ). Устройства такого типа весьма перспективны для использования в элементах механизации крыла, хвостового оперения, системах управления самолетов или ракет. Решена задача об обратном мартенситном превращении в рабочем теле актуатора с упругим контртелом, а также в заневоленном состоянии для стержней сплошного круглого поперечного сечения из СПФ. Анализ выполнен в рамках нелинейной модели деформирования СПФ при фазовых и структурных превращениях в однократно связной постановке, с учетом возможности протекания структурного перехода. В ходе работы изучено влияние жесткости контртела на термомеханический отклик актуатора. Получены зависимости безразмерной крутки и крутящего момента от безразмерного параметра температуры, а также эпюры безразмерных напряжений для различных этапов нагрева стрежня.

Ключевые слова

актуатор, сплавы с памятью формы, стержни, обратное мартенситное превращение, структурный переход, контртело

Библиографический список

1. Вяххи И.Э., Гончарук П.Д., Иванькин М.А., Лаврухин Г.Н., Мовчан А.А., Семенов В.Н., Чевагин А.Ф. Технические решения для адаптивных авиационных конструкций с использованием сплавов с памятью формы // Ученые записи ЦАГИ. 2007. Т. XXXVIII. № 3-4. С. 158-168.

2. Лихачев В.А., Кузьмин С.Л., Каменцева З.П. Эффект памяти формы. — Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1987. — 216 с.

3. Беляев С.П., Волков А.Е., Ермолаев В.А., Каменцева З.П., Кузьмин С.Л., Лихачев В.А., Мозгунов В.Ф., Разов А.И., Хайров Р.Ю. Материалы с эффектом памяти формы. Т.4. — СПб.: Изд-во НИИХ СПбГУ, 1998. — 268 с.

4. Paik J., Hawkes E., Wood R. A novel low-profile shape memory alloy torsional actuator // Smart Material and Structures. 2010. V. 19. № 12, pp. 125014-125022.

5. Icardi U., Ferrero L. Preliminary study of an adaptive wing with shape memory alloy torsion actuators //Materials and Design. 2009. V. 30. № 10. pp. 4200-4210.

6. Prahlad H., Chopra I. Modeling and experimental characterization of SMA torsional actuators // Journal of Intelligent Material Systems and Structures. 2007. V. 18. № 1, pp. 19-28.

7. Andani M., Alipour A., Eshghinejad A. Modifying the toque-angle behavior of rotary shape memory alloy actuators through axial loading: A semi-analytical study of combined tension-torsion behavior // Journal of Intelligent Material Systems and Structures. 2013. V. 24. № 12. pp. 1524-1535.

8. Takeda K., Tobushi H., Mitsu K., Nisimura Y., Miyamoto K. Torsional properties of TiNi shape memory alloy tape for rotary actuator // Journal of Materials Engineering and Performance. 2012. V. 21, № 12, pp. 2680-2683.

9. Мовчан А.А., Ньюнт С., Семенов В.Н. Проектирование силовозбудителя крутящего момента из сплава с памятью формы // Труды ЦАГИ. 2004. В. 2664. С. 220-230.

10. Мовчан А.А., Мовчан И.А., Сильченко Л.Г. Микромеханическая модель нелинейного деформирования сплавов с памятью формы при фазовых и структурных превращениях // Известия РАН. МТТ. 2010. № 3. С. 118-130.

11. Мовчан А.А., Мовчан И.А., Сильченко Л.Г. Влияние структурного превращения и нелинейности процесса деформирования на устойчивость стержня из сплава с памятью формы // Известия РАН. МТТ. 2010. № 6. С. 137-147.

12. Мовчан А.А., Сильченко Л.Г., Сильченко Т.Л. Учет явления мартенситной неупругости при обратном фазовом превращении в сплавах с памятью формы // Известия РАН. МТТ. 2011. № 2. С. 44-56.

13. Мовчан А.А., Казарина С.А., Мишустин И.В., Мовчан И.А. Термодинамическое обоснование модели нелинейного деформирования сплавов с памятью формы при фазовых и структурных превращения // Деформация и разрушение материалов. 2009. № 8.С. 2-9.

14. Мишустин И.В., Мовчан А.А. Моделирование фазовых и структурных превращений в сплавах с памятью формы, происходящих под действием немонотонно меняющихся напряжений // Известия РАН. МТТ. 2014. № 1. С. 37-53.

15. Арутюнян Н.Х., Абрамян Б.Л. Кручение упругих тел. — М.: Физматгиз, 1963. ؅— 686 с.

16. Саганов Е.Б. Решение задачи об обратном мартенситном переходе в стержне из сплава с памятью формы, находящемся под действием постоянного крутящего момента // Механика композиционных материалов и конструкций. 2014. Т. 20. № 3. С. 454-468.

17. Биргер И.А. Остаточные напряжения. — М.: Машгиз, 1963. — 232 с.

Скачать статью