The effectiveness of using the advanced seismic protection technology based on shape memory alloy (SMA) dampers to preserve a historical minaret is investigated. The proposed studied case, the minaret of Mansourah, is a seven century old minaret located in Tlemcen, Algeria. Its original height was of 47m, while nowadays, the monument is half destructed and its current height reaches the 40m. The proposed seismic retrofit is based on the technique that utilizes SMA wires as dampers for the upper flexible part of the minaret. The effectiveness of the proposed technique is numerically evaluated via non-linear finite element analysis using the structural software ANSYS. The effectiveness of the proposed device in mitigating the seismic hazard is demonstrated by the effective reduction in its dynamic response.
The use of pre-tensioned shape memory alloy (SMA) wires to retrofit historic masonry structures is investigated. A small wall, serving as a prototype masonry specimen, is constructed to undergo a series of shaking-table tests. It is first studied in its original state, and its dynamic characteristics (in terms of modal frequencies) are extracted from the recorded signals. The results are then compared with those obtained when an increasing number of couples of pre-stressed SMA wires are introduced in the specimen to link the bricks together. A three-dimensional finite element model of the specimen is developed and calibrated according to the modal parameters identified from each experimental test (with and without SMA wires). The calibration process is conducted by enhancing the masonry mechanical behaviour. The results and the effectiveness of the approach are presented.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.18
no.2
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pp.109-119
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2018
In this paper a systematic numerical analysis is performed to obtain the energy dissipation and re-centering capacities of diagonal steel braced frames subjected to cyclic loading. This diagonal steel bracing systems are fabricated with super-elastic SMA (Shape Memory Alloy) braces in order to develop a recentering seismic resistance system without residual deformation. The three-dimensional nonlinear finite element models are constructed to investigate the horizontal stiffness, drifts and failure modes of the re-centering bracing systems.
This paper investigates the possibility of a strategy for an automatic full recover of a structural component undergoing loading-unloading (fatigue) cycles: full recover means here that no replacement is required at the end of the mission. The goal is to obtain a material capable of self healing earlier before the damage becomes irreversible. Attention is focused on metallic materials, and in particular on shape memory alloys, for which the recovering policy just relies on thermal treatments. The results of several fatigue tests are first reported to acquire a deep understanding of the physical process. Then, for cycles of constant amplitude, the self-healing objective is achieved by mounting, on the structural component of interest, a suitable microcontroller. Its input, from suitable sensors, covers the current stress and strain in the alloy. The microcontroller elaborates from the input the value of a decisional parameter and activates the thermal process when a threshold is overcome.
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.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.16
no.6
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pp.49-54
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2007
Electropolishing, the anodic dissolution process without contact with tools, is a surface treatment method to make a surface planarization using an electrochemical reaction with low current density. Nitinol is a metal alloy composed of Ni and Ti around 50% respectively which has shape memory effect. Nitinol can be put various applications which require purity and high pricision surface of products. The aim of this study is to investigate the characteristic of electropolishing effect for nitinol workpieces. In order to analyze the characteristics of electropolishing effect, surface roughness and micro-burr size were measured in terms of machining conditions such as current density, machining time and electrode gap. The tendencies about improvement of surface roughness and deburring effect by electropolishing for nitinol workpieces were determined.
Hamdaoui, Karim;Benadla, Zahira;Chitaoui, Houssameddine;Benallal, Mohammed Elamine
Smart Structures and Systems
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v.23
no.4
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pp.337-345
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2019
This work resumes a research that proposes the use of the technique based on the dissipation energy of the shape memory alloy (SMA) ties. It focuses principally on the assessment of the effectiveness of the use of these smart materials on displacements, accelerations and the stresses of the minaret of the great mosque of Ajloun in Jordan. The 3-D finite element model of the minaret is performed by the ANSYS software. First of all, the proposed model is calibrated and validated according to the experimental results gathered from ambient vibration testing results. Then, a nonlinear transient analysis is considered, when the El-Centro earthquake is used as the input signal. Different simulating cases concerning the location, number and type of SMA devices are proposed in order to see their influence on the seismic response of the minaret. Hence, the results confirm the effectiveness of the proposed SMA device.
Fedor S. Belyaev;Margarita E. Evard;Aleksandr E. Volkov;Maria S. Starodubova
Smart Structures and Systems
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v.33
no.3
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pp.243-251
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2024
Modeling of vibrations of a rotating pendulum with working shape memory alloy rod has been performed in the frames of a microstructural model taking into account the latent heat release, absorption and the heat exchange during direct and reverse martensitic transformation. It has been shown that the influence of the latent heat, the rate of preliminary deviation of the pendulum from the equilibrium, the rate of heating and cooling can have a significant impact on the vibrations and damping characteristics of the system.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.16
no.6
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pp.1-12
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2012
The researches related to active control systems utilizing superelastic shape memory alloys (SMA) have been recently conducted to reduce critical damage due to lateral deformation after severe earthquakes. Although Superelastic SMAs undergo considerable inelastic deformation, they can return to original conditions without heat treatment only after stress removal. We can expect the mitigation of residual deformation owing to inherent recentering characteristics when these smart materials are installed at the part where large deformation is likely to occur. Therefore, the primary purpose of this research is to develop concentrically braced frames (CBFs) with superelastic SMA bracing systems and to evaluate the seismic performance of such frame structures. In order to investigate the inter-story drift response of CBF structures, 3- and 6-story buildings were design according to current design specifications, and then nonlinear time-history analyses were performed on numerical 2D frame models. Based on the numerical analysis results, it can be comparatively verified that the CBFs with superelastic SMA bracing systems have more structural advantages in terms of energy dissipation and recentering behavior than those with conventional steel bracing systems.
The composition of martensite transformation in NiAl alloy is determined using pure nickel and aluminum powder by vacuum hot press powder metallurgy, which is a composition of martensitic transformation, and the characteristics of martensitic transformation and microstructure of sintered NiAl alloys are investigated. The produced sintered alloys are presintered and hot pressed in vacuum; after homogenizing heat treatment at 1,273 K for 86.4 ks, they are water-cooled to produce NiAl sintered alloys having relative density of 99 % or more. As a result of observations of the microstructure of the sintered NiAl alloy specimens quenched in ice water after homogenization treatment at 1,273 K, it is found that specimens of all compositions consisted of two phases and voids. In addition, it is found that martensite transformation did not occur because surface fluctuation shapes did not appear inside the crystal grains with quenching at 1,273 K. As a result of examining the relationship between the density and composition after martensitic transformation of the sintered alloys, the density after transformation is found to have increased by about 1 % compared to before the transformation. As a result of examining the relationship between the hardness (Hv) at room temperature and the composition of the matrix phase and the martensite phase, the hardness of the martensite phase is found to be smaller than that of the matrix phase. As a result of examining the relationship between the temperature at which the shape recovery is completed by heating and the composition, the shape recovery temperature is found to decrease almost linearly as the Al concentration increases, and the gradient is about -160 K/at% Al. After quenching the sintered NiAl alloys of the 37 at%Al into martensite, specimens fractured by three-point bending at room temperature are observed by SEM and, as a result, some grain boundary fractures are observed on the fracture surface, and mainly intergranular cleavage fractures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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