TiNi shape memory alloy was shape memory heat-treated and investigated its mechanical properties with the variation of prestrain. Also 6061 Al matrix composites with TiNi shape memory alloy fiber as reinforcement have been fabricated by Permanent Mold Casting to investigate the microstructures and interface properties. Yield stress of TiNi wire was the most high in the case of before heat-treatment and then decreased as increasing heat-treatment time. In each heat-treatment condition, the yield stress of TiNi wire was not changed with increasing the amount of prestrain. The interface bonding of TiNi/6061Al composite was fine. There was a 2$\mu\textrm{m}$ thickness of diffusion reaction layer at the interface. We could find out that this diffusion reaction layer was made by the mutual diffusion. The diffusion rate from Al base to TiNi wire was faster than that of reverse diffusion and the amount of the diffusion was also a little more than that of reverse.
Tensile residual stress happen by difference of coefficients of thermal expansion between fiber and matrix is one of the serious problems in metal matrix composite(MMC). In this study, TiNi fiber was used to solve the tensile residual stress as the reinforced material. TiNi fiber improves the tensile strength of composite by occurring compressive residual stress in matrix using shape memory effect of it. Pre-strain was added to generate compressive residual stress inside TiNi/A16061 composite. It was also evaluated the effect of compressive residual stress corresponding to pre-strains variation. AE technique was used to clarify the microscopic damage behavior at high temperature and the effect of pre-strain difference of TiNi/A16061 shape memory alloy composite.
TiNi/ Al6061 shape memory alloy (SMA) composite was fabricated by hot press method to investigate the microstructure and mechanical properties. Interface bonding between TiNi reinforcement and A1 matrix was observed by using SEM and EDS. Pre-strain was imposed to generate compressive residual stress inside composite. A tensile test for specimen, which under-went pre-strain, was performed at high temperature to evaluate the variation of strength and the effect of pre-strain. It was shown that interfacial reactions occurred at the bonding between matrix and fiber, creating two inter-metallic layers. And yield stress increased with the amount of pre-strain. Acoustic Emission technique was also used to nondestructively clarify the microscopic damage behavior at high temperature and the effect of pre-strain of TiNi/ Al6061 SMA composite.
NiTi-wire shape memory alloy (SMA) dampers, that utilize NiTi SMA wires to simultaneously damp tension, compression and torsion, was developed for structural control implementation in this study. First, eight reduced-scale NiTi-wire SMA dampers were constructed. Then tension, compression and torsion experiments using the eight reduced-scale NiTi-wire SMA dampers of different specification were done. The experimental results revealed all of the eight reduced-scale NiTi-wire SMA dampers had the ability to simultaneously supply tension-compression damping and torsion damping. Finally, mechanics analysis of the NiTi-wire SMA dampers was done based on a model of the SMA-wire restoring force and on tension-compression and torsion damping analysis. The damping analytical results were found to be similar to the damping experimental results.
Synthesis of the NiTi shape memory alloy using the thermal explosion mode of the self-propagating high-temperature synthesis has been investigated. The significant fractions of intermetallics phases were found to form at the Ti/Ni powder interface during the heating to the ignition temperature and seemed to influence the relative fraction of phases in the final products. As the heating rate to the ignition temperature was increased, the combustion temperature and the fraction of NiTi in the final reaction products were increased. The synthesis reaction under 70 MPa compressive pressure yielded a reaction product with 98% theoretical density.
Thermo-mechanical behavior and mechanical properties of intelligent polymer matrix composite with SMA fiber are experimentally studied. It is found that increments of compressive thermal strain is observed as the pre-strain and TiNi volume fraction increase. The smartness of the SMA is given due to the shape memory effect of the TiNi fiber which generates compressive residual stress in the matrix material when heated after being prestrained. In the paper, alloy is based on the general purpose commercial code ANSYS. And for the purpose of easy and fast user's analysis, it is developed the Graphical User Interface by using Tcl/Tk language.
Shape memory alloys (SMAs) have emerged as a novel functional material that is being increasingly applied in diverse fields including medical, aeronautical and structural engineering to be used in the active, passive and semi-active structural control devices. This paper is mainly aimed at evaluating the ductility and response modification factor of the steel plate shear wall (SPSW) frames with and without the Ni-Ti shape memory alloys. To this end, different configurations were utilized, in which the walls were used in the first, third, middle, and all stories. The models were numerically analyzed using OpenSees Software. The obtained results indicate that improving the shape memory properties of alloys can greatly enhance the ductility and response modification factor. Furthermore, the model whose first and third stories are equipped with the SMA shear wall was found to be 290% more ductile, with a greater response modification factor compared to the unequipped frame.
The aim of the current study was to predict shape recovery behavior of Ni-Ti shape memory alloy (SMA) wire after loading-unloading and after wire drawing. The superelasticity of SMA was analyzed by a hyper-elastic model for the Mullins effect using ABAQUS. Firstly, tensile tests and loading-unloading tests of the Ni-Ti SMA wire with a diameter 1.0 mm were performed using an MTS servo-hydraulic tester. The parameters for the Mullins effect were computed by ABAQUS based on curve-fitting of the loading-unloading test data. The proposed FE-model predicted the shape recovery of Ni-Ti SMA after wire drawing. Finally, the effectiveness of the model was verified by drawing experiments. The wire drawing experiments using the Ni-Ti SMA were conducted on a drawing machine(1ton, 50mm/s). In order to evaluate the shape recovery of Ni-Ti SMA, the drawn wires are annealed for 30min at $450^{\circ}C$.
Al alloy matrix composite with TiNi shape memory fiber as reinforcement has been fabricated by hot pressing to investigate mechanical properties. The stress-strain behavior of the composites was evaluated at temperatures between 363K and room temperature as a function of pre-strain by using experimental and finite element analysis, and both cases showed that the tensile stress at 363K was higher than that of the room temperature. Especially, the tensile stress of this composite increases with increasing the amount of pre-strain, and it also depends on the volume fraction of fiber and heat treatment. The smartness of the composite is given due to the shape memory effect of the TiNi fiber which generates compressive residual stress in the matrix material when heated after being pre-strained.
본 연구는 형상기억합금을 이용하여 제조한 신소재 중의 하나인 형상기억복합재료를 소개하고자 한다. 이 복합재료는 TiNi 섬유의 형상기억효과로 금속복합재료의 취약점이라 할 수 있는 기지와 섬유간의 열팽창차이로 인한 인장잔류응력을 제거하고 기지내에 압축잔류응력을 발생시켜 높은 인장강도를 갖는다. 따라서 본 연구에서는 용탕단조법으로 복합재료를 제조한 후 미세조직을 관찰하고 TiNi 섬유의 역변태온도 이상에서 피로실험을 수행하여 복합재료의 피로특성을 검토하였다. 이 결과 363K에서의 피로균열전파제어효과는 섬유체적률과 예변형에 의하여 증가된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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