Two possible shape memory processes, austenite to detwinned martensite transformation and twinned martensite to detwinned martensite transformation of a shape memory alloy have been modeled and examined. Eshelby's equivalent inclusion method with Mori-Tanaka's mean field theory is used for modeling of the shape memory processes of TiNi shape memory alloy reinforced aluminum matrix composite. The shape memory amount of shape memory alloy, plastic strain and residual stress in the matrix are computed and compared for the two processes. It is shown that the shape memory amount shows differences in a small prestrain region, but the plastic strain and the residual stress in the matrix show differences in the whole prestrain region. The shape memory process with initially martensitic state of the shape memory alloy would be favorable to the increase in the yield stress of the composite owing to the large compressive residual stress and plastic strain in the matrix.
The photoelastic model material with shape memory effect and the molding processes for the material are developed in this research. The matrix and fiber of the photoelastic model material developed in this research are epoxy resin (Araldite to hardner 10 to 3 (weight ratio)) and wire of $Ti_50-Ni_50$ shape memory alloy, respectively. It is called Ti50-Ni50 Shape Memory Alloy Fiber Epoxy Composite $(Ti_50-Ni_50SMA-FEC).$ Ti50-Ni50 SMA-FEC is satisfied with the requirements of the photoelastic model material and can be used as a photoelastic model material. The maximum recovering strain of $Ti_50-Ni_50$SMA-FEC is occurred at $80^{\circ}C$ in any prestrain of $Ti_50-Ni_50$ shape memory alloy fiber and in any fiber volume ratio. Recovering strain(force) is increased with the increment of the prestrain and the fiber volume ratio. The best prestrain of $Ti_50-Ni_50$SMA-FEC is 5% for the recovering force among 1%, 3%, 5%.
Damanpack, A.R.;Bodaghi, M.;Liao, W.H.;Aghdam, M.M.;Shakeri, M.
Smart Structures and Systems
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제16권4호
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pp.641-665
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2015
In this paper, a simple and efficient phenomenological macroscopic one-dimensional model is proposed which is able to simulate main features of shape memory alloys (SMAs) particularly ferro-elasticity effect. The constitutive model is developed within the framework of thermodynamics of irreversible processes to simulate the one-dimensional behavior of SMAs under uniaxial simple tension-compression as well as pure torsion+/- loadings. Various functions including linear, cosine and exponential functions are introduced in a unified framework for the martensite transformation kinetics and an analytical description of constitutive equations is presented. The presented model can be used to reproduce primary aspects of SMAs including transformation/orientation of martensite phase, shape memory effect, pseudo-elasticity and in particular ferro-elasticity. Experimental results available in the open literature for uniaxial tension, torsion and bending tests are simulated to validate the present SMA model in capturing the main mechanical characteristics. Due to simplicity and accuracy, it is expected the present SMA model will be instrumental toward an accurate analysis of SMA components in various engineering structures particularly when the ferro-elasticity is obvious.
In order to control the grain size, the spark plasma sintering technique is applied for the manufacturing of Cu-26.7Al-4.05AI(wt.%) shape memory alloy with pure Cu, Zn, and Al element powders. The sintering processes were carried out under different atmospheres. The sintered bodies were denser under Ar or Ar+4%$H_2$gas atmosphere than under vacuum. With use of small-sized powders, a very small average grain size of 2∼3 $\mu\textrm{m}$ was obtained, but the single phase was not formed. With the large-sized powders the single austenitic phase was observed with the average grain size of $70∼72\mu\textrm{m}$. When the different size of raw powders was mixed, it is confirmed that the average grain size of the manufactured alloys was 15 $\mu\textrm{m}$ with single austenitic phase, but the distribution of grain size was not uniform.
The fracture toughness improvement of Ni-Mn-Ga-Fe ferromagnetic shape memory alloys containing ductile particles was explained by direct observation of microfracture processes using an in situ loading stage installed inside a scanning electron microscope (SEM) chamber. The Ni-Mn-Ga-Fe alloys contained a considerable amount of ductile particles in the grains after the homogenization treatment at $800{\sim}1100^{\circ}C$. ${\gamma}$ particles were coarsened and distributed homogeneously along {$\beta}$ grain boundaries as well as inside {$\beta}$ grains as the homogenization temperature increased. The in situ microfracture observation results indicated that ${\gamma}$ particles effectively acted as blocking sites of crack propagation, and provided stable crack growth that could be confirmed by the R-curve analysis. This increase in fracture resistance with increasing crack length improved overall fracture properties of the alloys containing ${\gamma}$ particles.
We present the optimum design for the cross-sectional(sizing) and shape optimization of truss structures with natural frequency constraints. The optimum design method used in this paper employs continuous design variables and the Harmony Search Algorithm(HSA). HSA is a meta-heuristic search method for global optimization problems. In this paper, HSA uses the method of random number selection in an update process, along with penalty parameters, to construct the initial harmony memory in order to improve the fitness in the initial and update processes. In examples, 10-bar and 72-bar trusses are optimized for sizing, and 37-bar bridge type truss and 52-bar(like dome) for sizing and shape. Four typical truss optimization examples are employed to demonstrate the availability of HSA for finding the minimum weight optimum truss with multiple natural frequency constraints.
Micromanufacturing is a useful system for reducing energy consumption. For micromanufacturing, tool clamping and workpiece clamping are important components to realize the machining process. Therefore, a shape memory alloy (SMA) ring type tool holder is developed. In addition, this holder needs cooling and heating processes to execute the tool clamping process. This study suggests a cooling/heating device based on peltier elements. The device will be applied to the heating/cooling process of an automatic tool changer (ATC) for the SMA tool holder. This study introduces the configuration and operating principle of the proposed ATC system. The description and prototype evaluation of this system were given. Plastic bolt and aluminum block were selected to enhance the cooling performance, and the installed tool was changed in 17 s during the experiments.
디지털 영상 처리는 메모리 소자 등의 급속한 진보에 의해 다양한 응용 분야에 실용화되고 있다. 그러나 영상 처리 과정에서 여러 가지 원인에 의해 잡음이 발생하고 있으며, 잡음들을 제거하기 위한 다양한 방법들이 연구되고 있다. 일반적으로, 영상은 서로 다른 특성을 갖는 복합잡음에 의해 손상된다. 본 논문에서는 영상에 첨가된 복합잡음의 영향을 완화하기 위해, 잡음 형태에 따라 처리하는 필터 알고리즘을 제안하였다. 그리고 객관적 판단을 위해 기존의 방법들과 비교하였으며, 판단의 기준으로 PSNR(peak signal to noise ratio)을 사용하였다.
인공위성의 시스템 설계 및 운용에 대한 이해증진을 목적으로 국내에서는 2012년을 시작으로 매년 캔위성 경연대회가 개최되고 있다. 본 논문에서 제안한 캔위성은 2016년 경연대회에 출전한 SCSky(Smart Call from the Sky) CanSat으로, 주요임무는 캔위성에 탑재된 스마트폰을 이용하여 영상통화 연결을 통해 위성체 내 외부 및 비행영상 획득을 목표로 하고 있으며, 임무 구현을 위해 형상기억합금 와이어를 적용한 원격터치시스템을 개발하였다. 아울러 부가적인 임무로 비행 임무동안 보다 넓은 범위의 지상관측영상 획득을 목적으로 형상기억합금스프링을 적용한 광역스캔카메라 메커니즘을 개발하였다. 본 논문에서는 상기 캔위성에 대한 임무를 비롯해 개발 탑재체 및 캔위성 시스템 소개, 최종 비행시험결과에 대하여 서술하였다.
그래픽 처리 장치(GPU)는 내부에 대량의 산술 논리 연산 장치(ALU)를 보유하고 있다. 대량의 ALU는 병렬 처리를 위해 이용될 수 있으므로, GPU는 효율적인 데이터 처리를 제공한다. 공간 데이터를 지도상에 표현하기 위하여 지리학적 좌표가 필요하다. 좌표들은 측지경도와 측지위도의 형태로 저장된다. 데카르트 좌표계로 구성된 지도를 표현하기 위하여 측지경도와 측지위도는 국제 횡단 메르카토르 좌표계(UTM)로 전환돼야 한다. 좌표계 변환 과정과 변환된 좌표를 화면상에 표현하기 위한 렌더링 과정은 복잡한 부동 소수점 계산이 필요하다. 본 논문에서는 성능 향상을 위해 GPU를 활용한 좌표변환 과정과 렌더링 과정을 병렬적으로 처리하는 기법을 제안한다. 대용량 공간 데이터는 파일로 디스크 내에 저장된다. 대용량 공간 데이터를 효율적으로 처리하기 위하여 공간 데이터 파일들을 하나의 대용량 파일로 병합하고 Memory Mapped File 기법을 활용하여 파일에 접근하는 기법을 제안한다. 본 논문에서는 TIGER/Line 데이터를 활용하여 747,302,971개의 점으로 구성된 공간 데이터의 좌표 변환 및 렌더링 처리 과정을 GPU를 활용하여 병렬로 수행하는 연구를 진행한다. CPU를 이용하여 좌표변환 과정 결과와 렌더링 처리 과정 결과를 비교하여 속도 향상 정도에 대한 결과를 제시한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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