چکیده
ایده نوین و مبتکرانه اعمال چند حافظه به وسیله اصلاح موضعی خواص استحاله¬ای، عملکرد آلیاژهای حافظه¬دار را نسبت به حالت پیشین و قدیمی آن¬ها که تنها دارای یک سری خواص استحاله بودند، به طرز قابل ملاحظه¬ای بهبود بخشیده است. با این وجود شبیه¬سازی رفتار چنین سازه¬های چندحافظه¬داری به منظور مطالعه پاسخ آن¬ها تحت شرایط مختلف ترمومکانیکی، ضروری می¬باشد. اولین بخش این تحقیق به شبیه¬سازی رفتار سازه¬های چندحافظه¬دار اختصاص یافته است. به همین منظور یک روش محاسباتی بر اساس تحلیل اجزاء محدود و به کمک نرم¬افزار آباکوس برای شبیه¬سازی رفتار این سازه¬ها ارائه شده است. این روش می¬تواند در بررسی سازه¬های چندحافظه¬دار با طراحی¬های متنوع از چندحافظه¬داری تحت بارگذاری و شرایط مرزی ترمومکانیکی کلی به کار گرفته شود. برای ارزیابی روش پیشنهادی، یک سری مطالعات موردی تحت شرایط دما ثابت، تنش ثابت و کرنش ثابت انجام شده است. رفتار دو مرحله¬ای مشاهده شده در نتایج شبیه¬سازی حاکی از قابلیت روش عددی در برگرفتن رفتار چندحافظه¬داری می¬باشد. همچنین برای صحت¬سنجی این روش، سیم¬هایی که درصدهای مختلفی از طول آن¬ها فرآوری شده به وسیله تکنیک عددی تحلیل شده و نتایج آن با نتایج تجربی موجود مقایسه شده است که تطابق مناسبی دارد. سپس روش پیشنهادی برای شبیه¬سازی رفتار یک آلیاژ حافظه¬دار با خواص استحاله¬ای گرادیانی به کارگرفته¬ شده و نتایج آن با نتایج تجربی به خوبی تایید شده است. در انتهای این بخش، یک عملگر چندحافظه¬دار پیشنهادی مورد مطالعه قرار گرفته و پاسخ عملگری آن تحت یک بارگذاری ترمومکانیکی، به صورت کامل شرح داده شده است. بخش دوم این تحقیق به بررسی آزمایشگاهی سازه¬های چندحافظه¬دار پرداخته است. تا کنون تکنیک¬های متنوعی برای تغییر در مشخصات استحاله¬ای آلیاژهای حافظه¬دار ارائه شده است. بخشی از این تکنیک¬ها شامل اعمال عملیات حرارتی موضعی ناشی از گرمای مقاومت الکتریکی، عملیات آنیل گرادیانی و اتصال آلیاژهای حافظه¬دار مختلف به یکدیگر می¬باشد. از میان این روش¬ها، روش تغییر در ترکیب شیمیایی با استفاده از تبخیر کنترل¬شده عناصر توسط لیزر، یکی از موثرترین روش¬ها برای اصلاح موضعی خواص حافظه¬داری می¬باشد. از این روش برای مطالعات آزمایشگاهی بر روی سیم¬های حافظه¬دار ضخیم در این تحقیق بهره گرفته شده است. کلیه تلاش¬ها و اقداماتی که جهت تغییر در خواص حافظه¬داری به وسیله این روش انجام گرفته، شرح داده شده است. مقادیر متغیری از عرض پالس در محدوده بین 3 تا 20 میلی¬ثانیه و قله توان در محدوده بین 3/0 تا 3 کیلووات برای لیزر تعریف شده و اثرات لیزر بر روی نمونه¬های حافظه¬دار از جنبه¬های مختلف خواص حرارتی، میکروساختار، استحکام مکانیکی، ترکیب شیمیایی و آنالیز فازی بررسی شده است. سپس بر اساس نتایج این بررسی¬ها، مشخص گردید که عرض پالس¬های بزرگ¬ با مقادیر بین 15 تا 20 میلی¬ثانیه جهت حفظ کیفیت نمونه فرآوری شده و همچنین نفوذ بیش¬تر، مناسب¬ می¬باشد. همچنین نشان¬داده شد که برای سیم¬های نسبتا ضخیمی که در این تحقیق استفاده شده، برخلاف کارهای قبلی که روی سیم¬های نازک با کاربرد پزشکی انجام شده، تابش لیزر از یک طرف کافی نبوده و برای فرآوری تمام سطح مقطع نیاز به تابش از چهار طرف به نمونه می¬باشد. در ادامه نشان داده شد که خواص حافظه¬داری نمونه¬ها پس از فرآوری به وسیله لیزر باید توسط عملیات ترمومکانیکی تکمیلی بازیابی شود. در این تحقیق عملیات حرارتی و به طور ویژه عملیات آنیل در دمای C°1000 و به مدت 1 ساعت برای آزادسازی میدان¬های تنش و کرنش داخلی به وجودآمده در اثر انجماد سریع پس از عملیات لیزر و همگن کردن میکروساختار، به منظور بازیابی خواص حافظه¬داری نمونه¬های فرآوری شده، به کار گرفته شد. نهایتا دو نمونه فرآوری شده نهایی با خواص حافظه¬داری جدید ایجاد شدند. مقادیر عرض پالس و قله توان برای این دو نمونه سیم به ترتیب 15 و 20 میلی¬ثانیه و 377/0 و 415/0 کیلووات انتخاب گردید. دماهای استحاله این دو نمونه در اثر فرآوری به وسیله لیزر، حدود 40 الی 60 درجه سانتی¬گراد نسبت به نمونه سیم خام افزایش داشت. بنابراین در حالیکه نمونه سیم خام در دمای محیط از خود خاصیت سوپرالاستیک نشان می¬داد، دو نمونه فرآوری شده در دمای محیط از خود خاصیت حافظه¬داری بروز می¬دهند. در نهایت دو سازه¬ چندحافظه¬دار که نیمی از آن سیم خام و نیم دیگر یکی از نمونه¬های فرآوری شده نهایی بود، ساخته شد و تحت بارگذاری – باربرداری مکانیکی قرار گرفت. رفتار این سازه¬ها توسط روش عددی پیشنهادی در بخش اولیه شبیه¬سازی شد و نتایج نیرو-جابجایی آن با نتایج تجربی به دست آمده مقایسه گردید که از تطابق مطلوبی برخوردار بود.
کلمات کلیدی: آلیاژ حافظه¬دار، نایتین