Vibrations of a wind turbine blade have a negative impact on its performance and result in failure of the blade, therefore an approach to effectively control vibration in turbine blades are sought by wind industry. The small domestic horizontal axis wind turbine blades induce flap wise (out-of-plane) vibration, due to varying wind speeds. These flap wise vibrations are transferred to the structure, which even causes catastrophic failure of the system. Shape memory alloys which possess physical property of variable stiffness across different phases are embedded into the composite blades for active vibration control. Previously Shape memory alloys have been used as actuators to change their angles and orientations in fighter jet blades but not used for active vibration control for wind turbine blades. In this work a GFRP blade embedded with Shape Memory Alloy (SMA) and tested for its vibrational and material damping characteristics, under martensitic and austenite conditions. The embedment portrays 47% reduction in displacement of blade, with respect to the conventional blade. An analytical model for the actuated smart blade is also proposed, which validates the harmonic response of the smart blade.
Ti-Ni-Cu alloys are very attractive shape memory alloys for applications as actuators because of a large transformation elongation and a small transformation hysteresis. Rapidly solidified Ti-Ni alloy ribbons have been known to have the shape memory effect and superelasticity superior to the alloy ingots fabricated by conventional casting. In this study, solidification structures and shape memory characteristics of $Ti-Ni_{30}-Cu_{20}$ alloy ribbons prepared by melt spinning were investigated by means of DSC and XRD. Operating parameters to fabricate the amorphous ribbons were the wheel velocity of 55 m/s and the melt spinning temperature of $1500^{\circ}C$. The crystallization temperature was measured to be $440^{\circ}C$. The crystallized ribbons exhibited very fine microstructure after annealing at $440^{\circ}C$ for 10 minutes and $460^{\circ}C$ for 5 minutes and was deformed up to about 6.8% and 6.23% in ductile manner, respectively. Stress-strain curve of the ribbon exhibited a flat stress-plateau at 64 MPa and this is associated with the stress-induced a B2-B19 martensitic transformation. During cycle deformation with the applied stress of 220 MPa, transformation hysteresis and elongation associated with the B2-B19 transformation were observed to be $4.3^{\circ}C$ and 3.6%.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.10
no.3
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pp.99-108
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2006
Aerospace applications use pyrotechnic devices with many different functions. Functional shock, safety, overall system cost issue, and availability of new technologies, however, question the continued use of these mechanisms on aerospace applications. Release device is an important example of a task usually executed by pyrotechnic mechanisms. Many aerospace applications like satellite solar panels deployment or weather balloon separation need a release device. Several incidents, where pyrotechnic mechanisms could be responsible for spacecraft failure, have been encouraging new designs for these devices. The Frangibolt is a non explosive device which comprises a commercially available bolt and a small collar made of shape memory alloy (SMA) that replace conventional explosive bolt systems. This paper presents the modeling and simulation of Frangiblot by the change of bolt size and notch geometry. This analysis may contribute to improve the Frangibolt design.
Nitinol is an alloy of nickel and titanium. Nitinol is one of the shape memory alloys(SMA) that are restored to a remembered form, changing the crystal structure at a given temperature. Because of these unique features, it is used in medical devices, high precision sensors, and aerospace industries. However, the conventional method of mechanical machining for nitinol has problems of thermal and residual stress after processing. Therefore, the electrochemical machining(ECM), which does not produce residual stress and thermal deformation, has emerged as an alternative processing technique. In addition, to replace the existing experimental planning methods, this study used deep neural network(DNN), which is the basis for AI. This method was shown to be more useful than conventional method of design of experiments(RSM, Taguchi, Regression) by applying deep neural network(DNN) to electrochemical machining(ECM) and comparing root mean square errors(RMSE). Comparison with actual experimental values has shown that DNN is a more useful method than conventional method. (DOE - RSM, Taguchi, Regression). The result of the machining was accurately and efficiently predicted by applying electrochemical machining(ECM) and deep neural network(DNN) to the shape memory alloy(SMA), which is a hard-mechinability material.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.14
no.5
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pp.100-106
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2006
NiTi alloy known as its shape memory effect also has superelastic characteristic, which makes it possible to be elastic under large deformation. Since the tensile strength of the alloy is very high and density is low compared to carbon steel, it can be applied to lightweight structural design. In order to design structures with shape memory alloy, finite element analysis is used and a constitutive algorithm based on Aurrichio's model is added to LS-DYNA as a user subroutine. Explicit time integration and shell element formulation are used to simulate thin-walled structures. The algorithm uses Drucker-Prager type loading condition to calculate martensite volume fraction during the transformation. The implemented algorithm is verified in uni-axial loading condition and martensite phase transformation can be detected well with the algorithm. In this study, as a energy absorbing structure, thin-walled tube is modeled with finite elements and the deformation behavior is studied. Simulation results has shown that the martensite transformation was generated in loading condition. After plastic deformation reached, the load decreases linearly without reverse martensite transformation.
Saebyeok, Jeong;Kun-Ho E., Kim;Youngchan, Lee;Dahye, Yoo;Kinam, Hong;Donghyuk, Jung
Earthquakes and Structures
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v.23
no.5
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pp.431-444
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2022
The unique thermomechanical properties of shape memory alloys (SMAs) make it a versatile material for strengthening and repairing structures. In particular, several research studies have already demonstrated the effectiveness of using the heat activated shape memory effect of nickel-titanium (Ni-Ti) based SMAs to actively confine concrete members. Despite the proven effectiveness and wide commercial availability of Ni-Ti SMAs, however, their high cost remains a major obstacle for applications in real structural engineering projects. In this study, the shape memory effect of a new, much more economical iron-based SMA (Fe-SMA) is characterized and the compressive behavior of concrete confined with Fe-SMA strips is investigated. Tests showed the Fe-SMA strips used in this study are capable of developing high levels of recovery stress and can be easily formed into hoops to provide effective active and passive confining pressure to concrete members. Compared to concrete cylinders confined with conventional carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) composites, Fe-SMA confinement yielded significantly higher compressive deformation capacity and residual strength. Overall, the compressive behavior of Fe-SMA confined concrete was comparable to that of Ni-Ti SMA confined concrete. This study clearly shows the potential for Fe-SMA as a robust and cost-effective strengthening solution for concrete structures and opens possibilities for more practical applications.
During recent earthquakes, a significant number of concrete structures suffered extensive damage. Conventional reinforced concrete structures are designed for life-time safety that may see permanent inelastic deformation after severe earthquakes. Hence, there is a need to utilize adequate materials that have the ability to tolerate large deformation and get back to their original shape. Super-elastic shape memory alloy (SMA) is a smart material with unique properties, such as the ability to regain undeformed shape by unloading or heating. In this research, four different stories (three, five, seven and nine) of reinforced concrete (RC) buildings have been studied and subjected to near-field ground motions. For each building, two different types of reinforcement detailing are considered, including (1) conventional steel reinforcement (RC frame) and (2) steel-SMA reinforcement (SMA RC frame), with SMA bars being used at plastic zones of beams and steel bars in other regions. Nonlinear time history analyses have been performed by "SeismoStruct" finite element software. The results indicate that the application of SMA materials in plastic hinge regions of the beams lead to reduction of the residual displacement and consequently post-earthquake repairs. In general, it can be said that shape memory alloy materials reduce structural damage and retrofit costs.
In this article, experimental training of the commercial available shape memory alloy fibre (SMA) fibre under the combined thermomechanical loading is reported. SMA has the ability to sense a small change in temperature (${\geq}10^{\circ}C$) and activated under the external loading and results in shape change. The thermomechanical characteristics of SMA at different temperature and mechanical loading are obtained through an own lab-scale experimental setup. The analysis is conducted for two types of the medium using the liquid nitrogen (cold cycle) and the hot water (heat cycle). The experimental data indicate that SMA act as a normal wire for Martensite phase and activated behavior i.e., regain the original shape during the Austenite phase only. To improve the confidence of such kind of behavior has been verified by inspecting the composition of the wire. The study reveals interesting conclusion i.e., while SMA deviates from the equiatomic structure or consist of foreign materials (carbon and oxygen) except nickel and titanium may affect the phase transformation temperature which shifted the activation phase temperature. Also, the grain structure distortion of SMA wire has been examined via the scanning electron microscope after the thermomechanical cycle loading and discussed in details.
Tensile residual stress is occurred by difference of coefficients of thermal expansion between fiber and matrix is one of the serious problems in metal matrix composite(MMC). TiNi alloy fiber was used to solve the problem of the tensile residual stress as the reinforced material. TiNi alloy fiber improves the tensile strength of composite with occurring of compressive residual stress in the matrix by its shape memory effect. A hot press method was used to create the optimal fabrication condition for a Shape Memory Alloy(SMA) composite. The bonding effect of the matrix and the reinforcement within the SMA composite by the hot press method was strengthened by cold rolling. In addition, acoustic emission technique was used to quantify the microscopic damage behavior of cold rolled TiNi/A16061 shape memory alloy composite at low temperature. The damage degree for the specimen that underwent thermal shock cycles was also discussed.
The nickel-titanium shape memory alloy (SMA), referred to as Nitinol, exhibits a superelastic effect that can be restored to its original shape even if a significant amount of deformation is applied at room temperature, without any additional heat treatment after removal of the load. Owing to these unique material characteristics, it has widely used as displacement control devices for seismic retrofitting in civil engineering fields as well as medical, electrical, electronic and mechanical fields. Contrary to ordinarty carbon steel, superelastic SMAs are very resistant to fatigue, and have force-displacement properties depending on loading speed. The change for the mechanical properties of superelastic SMAs are experimentally inviestigated in this study when loading cycle numbers and loading speeds are different. In addition, the standardized force-displacement properties of such superelastic SMAs are proposed with an aim to efficiently design the seismic retrofitting devices made of these materials.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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