Диссертация (1150863), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Методикаисследованиямеханическихифункциональныхсвойствбиметаллических пластин с эффектом памяти формы, позволяющая в режиметрех-точечного изгиба измерять силу и прогиб в условиях непрерывногоизменения температуры в широком интервале.2. Особенности обратимого формоизменения биметаллических композитов спамятью формы при термоциклировании, заключающиеся в зависимостиобратимой деформации от последовательности мартенситных превращений,13реализующихся в слое из сплава с эффектом памяти формы, а также отвеличины предварительной деформации.3. Экспериментальноустановленнаязависимостьвеличиныобратимойдеформации биметалла от отношения толщины функционального слоя к общейтолщине биметаллической пластичны, имеющая максимум при определенномотношении толщин.
Положение максимума определяется составом биметалла.4. Результаты компьютерного моделирования напряженно-деформированногосостояния биметаллов с памятью формы и их функционального поведения приизменениитемпературы,учитывающейвыполненныеупруго-пластическиессвойстваиспользованиемматериаловмодели,композитаифункциональные свойства сплава с эффектом памяти формыВ диссертационной работе автор выполнил основные экспериментальныеисследования, а так же обработку и анализ результатов. Беляеву С.П.
принадлежитпостановка целей и задач данной диссертационной работы.14Глава 1. Аналитический обзор1.1. Термоприводы с эффектом памяти формыПривод – энергосиловое устройство, приводящее в движение машину илимеханизм. Привод состоит обычно из источника энергии, передаточного механизма иаппаратуры управления. Наряду со способностью производить работу, привод долженобладать высокой демпфирующей способностью, переходными характеристиками,двойным действием и способностью быть управляемым [1]. Согласно определению,можнозаключить,чтотермоприводомявляетсяустройствоспособноепреобразовывать тепловую энергию в механическую.
Наиболее распространённымитермоприводами в современной технике являются восковые приводы [2] итермобиметаллические пластины [3].Принцип работы восковых приводов основан на том, что используемый в нихвоск, либо имеет высокий объемный коэффициент температурного расширения, либопретерпевает фазовый переход из жидкого состояния в твердое, сопровождающийсязначительным расширением или сжатием объема [3]. Перемещения, обеспечиваемыетакими приводами, имеют скачкообразный характер и наблюдаются вблизитемператур фазового перехода из одного агрегатного состояния в другое.
Такимобразом, функциональные свойства данных устройств могут быть изменены путемиспользования восков с различными температурами плавления или их смесей [4].Ввиду того, что конструкция подобных приводов подразумевает помещение воска вгерметичный контейнер, а теплопроводность воска очень мала, время отклика такихприводов достаточно велико, что существенно ограничивает область примененияподобного принципа до условий, в которых время срабатывания привода не имеетогромного значения [5]. Такие терморегуляторы чаще всего используются в системахохлаждения автомобилей [6] и системах домашнего отопления.Одним из распространенных типов термомеханического привода являютсяметаллические пластины, полученные в процессе плакирования двух или более слоевметаллов, имеющих различные коэффициенты температурного расширения.
Чаще15всего используются биметаллические пластины, состоящие из двух слоёв. Например,используемые биметаллические соединения могут состоять из полос стали и меди.При нагревании или охлаждении такие объекты изгибаются в направлениинормальном к поверхности соединения слоев между собой. Металл с более высокимкоэффициентом температурного расширения находится на внешней сторонебиметалла при повышении температуры, и на внутренней стороне при охлаждении.Перемещения, обеспечиваемые биметаллической полосой при теплосменах намногобольше, чем перемещение каждого компонента по отдельности. Этот эффект широкоиспользуется в различных механических и электрических устройствах. Форматермочувствительных слоистых элементов бывает различной – от простых плоскихкантилеверов до спиралей. Особенностью подобных термочувствительных элементовявляетсялинейностьзависимостидеформацииоттемпературы.Величинадеформация невелика, а усилия, развиваемые подобными приводами, ничтожно малы.Некоторые улучшения деформационных характеристик могут быть достигнуты путёмиспользования альтернативных геометрий самого привода, например шайб Бельвилляили плоских спиральных пружин.Однако такие приводы по-прежнему не могут быть применены в системах, гденеобходимым условием является достижение больших значений перемещения.Одним из применений биметаллических термочувствительных элементов являютсятермостаты.
В термостатах один конец биметаллической полосы механическизафиксирован и подключен к электрическому источнику, в то время как другой конецостается свободным. При достижении определенной температуры биметаллическийэлемент деформируется и замыкает цепь. Температура срабатывания можетрегулироваться с помощью специального узла системы. Кроме применения в качестверабочего элемента термостатов, биметаллические объекты16такжеиспользуютсявтермометрах,тепловыхдвигателях и электрических устройствах в качестверазмыкателя цепи.Приводы с эффектом памяти формы (ЭПФ) являютсяодной из разновидностей термомеханических приводов,использующихтермоупругуюэнергиюсплава,обладающего эффектом памяти формы, для генерациидеформационныхпроцессовисопутствующихимнапряжений.
Эффект памяти формы заключается в том, чтосплав,предварительнодеформированныйРисунок 1. Схематичноевизображениеизменениянизкотемпературном состоянии, способен при нагреваниидеформациипривосстановить свою первоначальную форму [7–9] (Рисунокизменении1). Это вызвано обратимым фазовым переходом материалапри реализации эффектаиз высокотемпературной кубической границентрированнойтемпературыпамяти формы(ГЦК) решетки в низкотемпературную кубическую объемоцентрированную (ОЦК)решетку. В сплавах с ЭПФ этот процесс может являться однократным, однакосуществуют сплавы, в которых наблюдается, так называемый, эффект обратимойпамяти формы (ЭОПФ) [10].
При реализации ЭОПФ изменение формы происходит нетолько во время первого нагрева, но и при последующем термоциклировании безнагрузки, при этом деформационное поведение будет носить обратимый характер.Различают аустенитный и мартенситный тип ЭОПФ. ЭОПФ мартенситного типанаблюдается в том случае, когда деформирование проводилось в низкотемпературноммартенситном состоянии и последующее после нагревания термоциклированиеприводит к накоплению деформации в направлении, совпадающем с направлениемпредварительной деформации, и восстановление деформации в направлении,противоположном направлению предварительной деформации (Рисунок 2,а).Обратимая память формы аустенитного типа наблюдается в том случае, когдапредварительноедеформированиепроводилосьввысокотемпературном17(аустенитном)состоянии,априпоследующемтермоциклировании возврат деформации наблюдался приохлаждении,анакоплениедеформациисплавдемонстрирует в процессе нагревания (Рисунок 2, б).Установлено, что суть эффекта обратимой памятиформызаключаетсяввозникновениивнутреннихнапряжений как вокруг дефектов кристаллической решеткив процессе деформирования [11], так и на границе разделафаз в процессе термоциклирования [12].
При последующихтеплосменах эти напряжения выступают в роли внешнейнагрузки вызывающей изменение формы. Основнымипричинами, которые препятствуют использованию данногоэффекта для создания термоприводов, является то, чтовеличины обратимой деформации малы и существеннодеградируют в процессе термоциклирования (Рисунок Рисунок 2. Схематичноеизображениеэффекта3)[13,14].обратимой памяти формыВ любом сплаве с памятью формы существуют (ЭОПФ) мартенситного (а)значительные отличия в физических свойствах аустенитнойи аустенитного (б) типов.и мартенситной фаз [15]. Они отличаются модулем Юнга, пределом текучести,электросопротивлением, теплопроводностьюи демпфирующей способностью.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
