شبیه‌سازی و بهینه‌سازی کابل های آلیاژ حافظه‌دار

در این پژوهش رفتار مکانیکی کابل‌های آلیاژ حافظه‌دار و اجزای آن با استفاده از معادلات ساختاری سه‌بعدی و به روش حل ضمنی در نرم‌افزار آباکوس با استفاده از زیربرنامه ماده تعریف شده توسط کاربر مطالعه شده است. پارامتر‌های مادی با استفاده از شبیه‌سازی‌های عددی و نتایج تجربی موجود استخراج گردیده است. تحلیل اجزاء محدود ابتدا برای کابل فولادی الاستیک و سپس کابل سوپرالاستیک آلیاژ حافظه‌دار صورت می‌پذیرد. مقایسه‌ نتایج عددی و تجربی برای این دو نوع کابل بیانگر دقت قابل قبول نتایج بدست آمده و اطمینان از صحت روش شبیه‌سازی در کار حاضر است. در ادامه، عملگر کابل آلیاژ حافظه‌دار تحت ویژگی حافظه‌شکلی شبیه‌سازی گردیده و رفتار مکانیکی کابل با ارائه نمودارهای تنش نرمال، تنش برشی، کرنش و دما برای هر دو ویژگی سوپرالاستیسیته و حافظه‌شکلی بررسی شده است. همچنین، بهینه‌سازی کابل آلیاژ حافظه‌دار تحت ویژگی حافظه‌شکلی با هدف دستیابی به بیشترین انرژی مخصوص کابل به کمک روش طراحی آزمایش‌ها مطالعه شده است. روش ارائه شده در این تحقیق، برای طراحی و بهینه‌سازی عملگرهای کابل حافظه‌دار قابل استفاده است.

Simulation and optimization of shape memory alloy cables

In this work, using a three-dimensional constitutive model and implicit solution through a user defined subroutine (UMAT) in Abaqus software, mechanical behavior of shape memory alloy (SMA) cables and their constituents are investigated. Material parameters of shape memory alloy cables are identified by numerical simulations and available experimental data. Finite element (FE) method is first employed for analysis of an elastic steel cable and subsequently for a superelastic (SE) cable. The simulation results for these two steel and SE cables show good agreement when compared with experimental data which also validates the simulation approach. The wire rope is then simulated for shape memory effect (SME) cables and investigating mechanical behavior and several diagrams including normal stress, shear stress, strain and temperature for both superelastic and shape memory effect cables are presented. Moreover, utilizing the design of experiments method, shape memory effect cable is optimized to achieve the maximum specific energy. The method proposed in this study can be used for the design and optimization of shape memory alloy wire ropes.