Диссертация (1149136), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Аналогичная зависимость наблюдалась вэкспериментах, описанных в параграфе 2.4, с той лишь разницей, что ОПФ во всехэкспериментах была инициирована предварительным активным деформированиемв мартенситном состоянии. Поскольку причиной возникновения обратимой памяти76формы являются внутренние напряжения как результат несовместной деформациипри мартенситном превращении – то не имеет значения способ накопленияпредварительной деформации и в таком случае можно предположить, что рисунок4.4.(б) может быть вполне справедлив и на практике.На рисунке 4.5 приведены результаты моделирования эффекта обратимойпамяти формы после активного деформирования в мартенситном состоянии.а)б)Рис.4.5. Реализация ОПФ в модельном материале после предварительногоактивного деформирования в мартенситном состоянии.а) Полная последовательность испытания; б) область с ОПФ.Рисунок 4.5.(а) демонстрирует полную последовательность эксперимента:активное деформирование в мартенситном состоянии, разгрузка, нагрев материала,в результате которого реализуется эффект памяти формы.
Затем следует один циклохлаждения и нагрева, в ходе которого модельный материал демонстрирует эффектобратимой памяти формы. После которого материал был подвергнут длительнойвыдержке в мартенситном состоянии в течение 19 лет. Затем следует несколькоциклов нагрев-охлаждение через интервалы прямого и обратного мартенситногопревращения. На рисунке 4.5(б) в более крупном масштабе изображен участокграфика, иллюстрирующий эффект обратимой памяти формы. В первом циклепосле длительной выдержки при обратном мартенситном превращении модельдемонстрирует наличие некого «артефакта», который не наблюдается в77экспериментах на практике. Однако если им пренебречь, то мы получаем полноесовпадение модели и эксперимента (рисунок 4.6.).а)б)Рис.4.6.
Зависимость деформации ОПФ от номера цикла послепредварительного активного деформирования в мартенситном состоянии.◊ – до выдержки, ⬛ – после выдержкиа) теоретическая модель; б) эксперимент.3.3.Результаты компьютерного моделированияДля учета фактора времени в уравнения плотностей дефектов были введеныдополнительные слагаемые, которые установили скорость изменения плотностейдефектов в зависимости от энергии активации процесса, температуры и временивыдержки при этой температуре. Вклад этих слагаемых варьируется посредствомизменения входящих в них параметров: масштабирующих коэффициентов иэнергии активации процесса для обоих типов дефектов.
Варьируя введенныекоэффициенты и задав правильные параметры упрочнения, мы получилиперераспределение плотностей дефектов во времени, которое, по всей видимости,сопровождается релаксацией внутренних напряжений, таким образом, чтооднократная память формы при длительной выдержке не изменяется, а обратимаяпамять формы увеличивается.Можно сделать вывод, что микроструктурная модель является адекватныминструментом для описания влияния долговременного хранения сплавов с78памятью формы на последующее проявление ими функциональных свойств.Результаты моделирования как качественно, так и количественно соотносятся симеющимися экспериментальными данными, а те результаты, которые пока нельзясопоставить с экспериментом, выглядят достаточно разумно.
Особенно этокасается увеличения эффекта обратимой памяти формы после длительнойвыдержкипосленакопленияпредварительнойдеформацииврезультатереализации эффекта пластичности превращения. Что касается увеличения эффектапамяти формы после длительной выдержки, инициированного предварительнымактивным деформированием в мартенситном состоянии – гипотеза требуетэкспериментального подтверждения.79Глава 4. Методика создания термочувствительногорабочего элемента с памятью формы, обеспечивающая егофункциональность в заданном диапазоне температурФункциональность устройств на основе сплавов с памятью формы и рабочихэлементов в составе этих устройств обеспечивается его корректной работой сучетом поставленных условий.
Корректность этой работы обуславливаетсяправильнымподборомматериаларабочегоэлемента,геометрическиххарактеристик, термодеформационных режимов тренировки и пр. Одним словом,разработка новых устройств либо модификация уже существующих, требуетбольшойопытно-конструкторскойинаучно-исследовательскойработы,направленной, в том числе, на исследование и подготовку рабочего тела. Мироваянаучно-техническаялитературасодержитогромноеколичествопримеровиспользования материалов с памятью формы в самых различных областях.4.1.Применение сплавов с памятью формыУникальное свойства сплавов с памятью формы широко используются вразличных областях: в аэрокосмической, автомобильной промышленности, всистемах автоматизации, в энергетике, в системах отопления и вентиляции, вробототехнике и пр.Первое успешное коммерческое использование сплавов с памятью формысвязано с внедрением термомеханических муфт из сплава TiNi на истребитель F-14[15, 69, 70].
В летательных аппаратах используется большое количество труб,связанных с гидравлическими системами и системами подачи топлива. При ихполомке часто ремонтировать их приходится в стесненных условиях. В этойситуации очень сложно использовать сварку и пайку, поскольку требуетсягромоздкое оборудование. По этой причине была разработана муфта CryoFit,которая обеспечивала надежное и герметичное соединение, и которая могла бытьустановлена без использования громоздкого оборудования (рисунок 4.1).80а)б)Рис.4.1. Муфты CryoFit. Пример использования (а) и схематермомеханического соединения (б) [15].После успешного использования муфт уникальные свойства сплавов спамятью формы стали привлекать большой интерес для использования ваэрокосмических приложениях. Среди примеров можно отметить следующие: в 90х годах Боинг разработал активное аэродинамическое устройство с приводом сэффектом памяти, которое также известно, как шеврон с изменяемой геометриейдля шумоподавления, и установил его на реактивном двигателе GE90-115B длякоммерческого использования на самолете Boeing 777-300 ER [6, 71].
Этоустройство оказалось весьма эффективным для шумоподавления во время взлета,при максимальном отклонение шеврона, а во время полета, при минимальномотклонении шеврона, увеличивалась эффективность полета (рисунок 4.2).Рис.4.2. Шеврон с изменяемой геометрией на реактивном двигателеБоинг [6].81Позднее была представлена технология трансформирующихся крыльев [72]для малых истребителей или беспилотников с добавления изгибающих элементовс памятью формы (рис. 4.3), которые изменяли форму крыла изгибом и кручением,и улучшали их аэродинамическую производительность.
Предварительныеисследования с использованием конечно-элементного моделирования показали,что адаптивная форма крыльев может выдержать аэродинамическое давление прилюбых условиях полета без увеличения веса или потери жесткости крыла. В работе[73] было предложено решение для снижение шума турбореактивного двигателя иоптимизации расхода топлива. Эти улучшения были достигнуты путем измененияплощади поперечного сечения сопла турбины реактивного двигателя. Большийдиаметр при взлете и заходе на посадку помог уменьшить шум, снижая скоростьпотока воздуха. Регулировка диаметра при полете оптимизировала нагрузку натурбину и снизила расход топлива.
Два примера турбин с переменной площадьюбыли построены и протестированы. Прототип был представлен на выставкеFarnborough Air Show 2008 (рисунок 4.4.).Рис.4.3. Трансформирующееся крыло [72].82Рис.4.4. Прототип сопла сизменяемой площадью поверхности,представленный на Farnborough AirShow 2008 [73]Закономерно, вслед за авиацией механизмы с эффектом памяти формыпостепенно стали внедряться в космическую промышленность.
Устройства наоснове сплавов с памятью формы могут быть приведены в действие плавно,постепенно, с полным контролем нагрева, и могут быть изготовлены для простыхи компактных конструкций, которые наиболее подходят для космическихаппаратов в условиях ограниченного пространства.Когда запускается космический корабль или спутник, его солнечныепанели, антенны связи находятся в сложенном состоянии. По достижении орбитыони разворачиваются.
Однако, поскольку они очень чувствительны, важно, чтобыони были развернуты без соударений и с минимальным возмущением. Обычносистемы развертывания содержат пиротехнические крепления, недостаткомкоторых является то, что они по своей природе производят ударную нагрузку присрабатывании. Поэтому было необходимо разработать устройства развертывания ирасчековки, которые имеют невзрывчатые приводы. Примером такого устройстваслужит «Frangibolt», разработанный американской компанией «TiNi Aerospace»83[74]. Устройство может использоваться, например, для отделения отработавшихблоков на космических аппаратах.Схематически конструкция приведена на рисунке 4.5. При нагреве доопределеннойтемпературыРис.4.5.предварительно сжатыйполыйцилиндрникелидаFrangibolt.изСхематитанаувеличиваетустройствасвои[15].размеры за счет эффектапамятиформы,разрывает болт в ослабленном месте, тем самым подвижная часть конструкцииотделяется от неподвижной.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
