Диссертация (1149136)
Текст из файла
Санкт-Петербургский Государственный УниверситетНа правах рукописиОстропико Евгений СергеевичИССЛЕДОВАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОСТИ РАБОЧИХЭЛЕМЕНТОВ С ПАМЯТЬЮ ФОРМЫСпециальность 01.02.04 – механика деформируемого твердого телаДиссертациянасоисканиеученойстепеникандидата физико-математических наукНаучный руководитель: д.т.н., с.н.с., проф. Разов А.И.Санкт-Петербург20182СодержаниеВведение ........................................................................................................................... 4Глава 1. Функциональные свойства сплава TiNi при высокоскоростном иквазистатическом сжатии ............................................................................................. 201.1.Аналитический обзор ..................................................................................... 201.2.Высокоскоростное и квазистатическое сжатие ...........................................
301.2.1. Эффект памяти формы ............................................................................... 321.2.2. Эффект обратимой памяти формы ........................................................... 351.3.Результаты испытаний.................................................................................... 41Глава 2. Влияние времени длительного хранения на функциональные свойстварабочих элементов из сплавов с эффектом памяти формы ......................................
422.1.Аналитический обзор ..................................................................................... 422.2.Реактивные напряжения ................................................................................. 472.2.1. Первый тип моделей ТМС......................................................................... 472.2.2. Второй тип моделей ТМС .........................................................................
482.2.3. Третий тип моделей ТМС .......................................................................... 502.3.Эффект памяти формы ................................................................................... 532.4.Эффект обратимой памяти формы ................................................................ 552.4.1. Кольцевые образцы .................................................................................... 552.4.2. Цилиндрические образцы.
Влияние скорости деформирования .......... 572.5.Результаты испытаний.................................................................................... 61Глава 3. Компьютерное моделирование влияния времени длительного хранения наэффекты памяти в сплаве TiNi .....................................................................................
633.1.Формулировка модели, основные положения ............................................. 643.2.Моделирование выдержки сплава TiNi ........................................................ 7133.3.Результаты компьютерного моделирования ................................................ 77Глава 4. Методика создания термочувствительного рабочего элемента с памятьюформы, обеспечивающая его функциональность в заданном диапазоне температур......................................................................................................................................... 794.1.Применение сплавов с памятью формы .......................................................
794.2.Методика создания термочувствительного рабочего элемента ................. 874.3.Результат создания методики ...................................................................... 101Заключение .................................................................................................................. 102Список литературы ..................................................................................................... 1044ВведениеАктуальность темыМатериалы с термоупругими мартенситными превращениями подверженыбольшому интересу со стороны исследователей и инженеров. Они обладают рядомуникальных свойств: эффект памяти формы (ЭПФ) – способность восстанавливатьбольшую неупругую деформацию при нагреве через интервал обратногомартенситного превращения, эффект пластичности превращения (ЭПП) –накопление деформации при охлаждении через интервал прямого мартенситногопревращения под нагрузкой, эффект обратимой памяти формы (ОПФ) –многократное накопление и восстановление деформации при охлаждении инагреве через интервалы прямого и обратного мартенситного превращения безнагрузки, псевдоупругость (сверхупругость) – способность материала приопределенных условиях восстанавливать неупругую деформацию при снятиинагрузки, и эффект генерации реактивных напряжений – явление, при которомвозникают усилия со стороны материала, если зафиксировать образец ивоспрепятствовать свободному восстановлению деформации при нагреве.Отдельные материалы, вдобавок, обладают высокой прочностью, высокойкоррозионной стойкостью и биосовместимостью.
Благодаря этим особенностямматериалы с ЭПФ нашли применение в промышленности, в медицине, вкосмонавтике и в быту [1-15]. Широкий класс использования материалов с ЭПФ –это различные термомеханические соединения (ТМС), в основе которых лежитэффект генерации реактивных напряжений. Муфты для ТМС с эффектом памятиформы используются в авиастроении, ракетостроении, машиностроении [10, 12,13]. Большое количество устройств и элементов в составе сложных конструкцийосновано на использовании эффекта памяти формы.
Это могут быть пожарныесигнализации, разного рода сигнальные устройства и предохранители, рычажносиловые механизмы, где в качестве рабочего тела используются струны илипружины из материала с эффектом памяти формы [5, 6, 9, 10, 11]. Устройства,которые используют эффект обратимой памяти формы – это в первую очередь5элементы терморегуляторов и датчики температур, мартенситные двигатели, атакже различные устройства автоматического закрывания-открывания окон,отсеков вентиляции или даже перчаточного ящика в автомобиле [12, 15].
Один изярких примеров из последних разработок – безвоздушные пружинные шины SpringTire из никелида титана для использования на марсоходе, в основе которых лежитэффект псевдоупругости, разработанные НАСА [8]. Самый популярный поприменению материал с памятью формы в настоящий момент – это сплав никеля ититана, обладающий высокими параметрами формовосстановления, хорошейбиосовместимостью, высокой прочностью и коррозионной стойкостью, чтонеобходимо для качественной работы устройства.Одним словом, в литературе можно найти большое количество примеровиспользования материалов с ЭПФ в самых различных областях и в каждом случаеони обладают вполне определенной функциональностью, которую в последниедесятилетия исследователи пытаются повысить за счет использования различныхтермомеханических обработок, создания новых материалов, модификацииструктуры известных сплавов.Одной из задач обеспечения функциональности рабочих элементов спамятью формы является повышение величины однократной и обратимой памятиформы,что,например,можетпозволитьпритехжепараметрахформовосстановления использовать рабочий элемент с меньшими размерами, и,следовательно, уменьшить массогабаритные характеристики всего устройства,повысить его функциональность.
В работах в начале 2000-х были полученырезультаты, показывающие, что скорость деформирования сжатием можетположительно влиять на эффекты однократной и обратимой памяти формы всплаве TiNi [16, 17], но дальнейшего полноценного развития это исследование неполучило.Учитываяэтообстоятельство,исследованиевлияниявысокоскоростного сжатия на проявление эффектов однократной и обратимойпамяти формы является актуальным.6Другой аспект функциональности материалов с ЭПФ при использовании напрактике – это гарантия надежности и стабильности устройств во времени. Вкругах исследователей было принято полагать, что длительное хранениематериалов в мартенситном состоянии не оказывает влияния на их свойства, еслив материале не происходит структурных изменений, но конкретных исследованийпрактически не проводилось.
В первую очередь вопрос долговременного храненияимеет большое значение для рабочих элементов, задействованных в космическойтехнике, поскольку многие устройства создаются с расчетом на то, что они непотеряют свою функциональность в течение многих лет. Устройство может неиспользоваться десятилетия, но при необходимости обязано гарантированносрабатывать должным образом.
Здесь же следует констатировать тот факт, что иработы по теоретическому описанию влияния длительного времени хранения нафункциональные свойства сплавов с памятью формы полностью отсутствуют.Функциональностьрабочихэлементовможетзаключатьсяивнеобходимости самостоятельно совершить какое-то действие (рабочий ход) вкаком-то конкретном интервале температур, это важно для термочувствительныхустройств. Несмотря на обилие статей по применению сплавов с ЭПФ, невозможнонайтиработу,содержащуюполнуюметодику,обеспечивающуюфункциональность термочувствительного рабочего элемента в заданном интервалетемператур, последовательно описывающую принципы выбора механических игеометрических параметров рабочего элемента, выбора сплава с ЭПФ и еготермообработки,выборахарактератермомеханическойобработкисплава(тренировки) для обеспечения заданных деформационно-силовых параметроврабочего хода на основе исследования функционально-механических свойстввыбранного сплава.Все это говорит об актуальности исследования приведенных выше трехаспектов функциональности рабочих элементов с памятью формы.7Степень ее разработанностиИсследований свойств никелида титана в результате высокоскоростногодеформирования имеется достаточно много [18-30], но в большинстве работизучали механические свойства [18-22].
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
