ساختار مورفینگ

مدیران انجمن: parse, javad123javad

ارسال پست
نمایه کاربر
rohamjpl

نام: Roham Hesamiرهام حسامی

محل اقامت: City of Leicester Area of Leicestershire LE7

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 1475

سپاس: 3154

جنسیت:

تماس:

ساختار مورفینگ

پست توسط rohamjpl »

شکل گیری ساختارها
بال‌های هندسی ثابت برای یک نقطه طراحی بهینه شده‌اند که از طریق ارتفاع، عدد ماخ، وزن و غیره مشخص می‌شود... این تغییرات را می‌توان با تغییرات کمبر بال جبران کرد تا هندسه بهینه را برای هر شرایط پرواز دنبال کند، در نتیجه عملکرد آیرودینامیکی و ساختاری را بهبود بخشد. .آلیاژهای حافظه دار شکلی بسته به ترکیبشان رفتارهای ویژه ای چون اثر حافظه شکلی ( SME ) ، رفتار فوق ارتجاعی و ظرفیت میرایی زیاد نشان می دهند و بنا بر اثر حافظه شکلی اگر تغییر شکلی در SMA ایجاد شود ، پس از باربرداری و در صورت اعمال گرما به آن ، SMA به شکل اولیه خود باز می گردد. از این خاصیت می توان برای پیش تنیده کردن یک نوار میله SMA استفاده کرد. به این ترتیب که اگر در حین ایجاد اثر حافظه شکلی و در هنگام اعمال گرما ، به ماده اجازه تغییر شکل بازگرداننده داده نشود ، به عنوان مثال با مقید شدن SMA در بتن ، در آن تنش ایجاد خواهد شد. از این تنش که به تنش بازگردانی موسوم است ، می توان برای پیش تنیده کردن یک تیر بتنی استفاده کرد. Fe-SMA به دلیل داشتن هیسترزیس گرمایی بزرگ ، سختی الاستیک زیاد و قیمت کمتر از دیگر آلیاژهای حافظه دار شکلی ، برای این کاربرد بسیار مناسب به نظر می رسد. استفاده از اثر حافظه شکلی برای پیش تنیده کردن سازه مزیت های زیادی نسبت به روش های قدیمی تر پیش تنیدگی دارد از جمله اینکه به دلیل توزیع یکنواخت نیروی کششی در طول تاندون پیش تنیدگی از طریق مهار شدن در بتن ، کاهش نیروی پیش تنیدگی وجود ندارد و روشی مناسب برای پیش تنیده کردن اعضای بتنی منحنی شکل می باشد.
آلیاژهای NiTi با سرد شدن از آستنیت به مارتنزیت تغییر می کنند. Mf دمایی است که در آن انتقال به مارتنزیت پس از سرد شدن کامل می شود. بر این اساس، هنگام گرم کردن As و Af دماهایی هستند که در آن تبدیل از مارتنزیت به آستنیت شروع و پایان می‌یابد. استفاده مکرر از اثر حافظه شکل ممکن است منجر به تغییر دمای تبدیل مشخصه شود (این اثر به عنوان خستگی عملکردی شناخته می‌شود، زیرا ارتباط نزدیکی با تغییر ویژگی‌های ریزساختاری و عملکردی مواد دارد] حداکثر دمایی که در آن SMA ها دیگر نمی توانند تحت فشار قرار گیرند، Md نامیده می شود، جایی که SMAs به طور دائم تغییر شکل می دهند.
انتقال از فاز مارتنزیت به فاز آستنیت تنها به دما و تنش بستگی دارد، نه زمان، زیرا اکثر تغییرات فاز به آن بستگی دارد، زیرا هیچ انتشاری وجود ندارد. به طور مشابه، ساختار آستنیت نام خود را از آلیاژهای فولادی ساختار مشابه دریافت کرده است. این انتقال بدون انتشار برگشت پذیر بین این دو فاز است که منجر به خواص ویژه می شود. در حالی که مارتنزیت می تواند از آستنیت با خنک کردن سریع فولاد کربنی تشکیل شود، این فرآیند برگشت پذیر نیست، بنابراین فولاد خاصیت حافظه شکلی ندارد.
قطعات ساخته شده از آلیاژهای دارای حافظه شکل می توانند جایگزین های سبک وزن و حالت جامد برای محرک های معمولی مانند سیستم های هیدرولیک، پنوماتیک و مبتنی بر موتور باشند. همچنین می توان از آنها برای ایجاد اتصالات هرمتیک در لوله های فلزی استفاده کرد.آلیاژهای حافظه دار شکلی ( SMAs ) مصالحی هوشمند و نوین می باشند که به دلیل رفتارهای منحصر به فردی که از خودشان نشان می دهند ، . قابلیت تغییر فاز بازگشت پذیر این آلیاژها سبب می شود که بتوانند تغییر شکل های زیادی را متحمل شوند و بسته به شرایط دمایی و تنش موجود ، در صورت بارگذاری یا باربرداری به همراه اعمال گرما به شکل اولیه ی خود بازگردند. این قابلیت که با تغییر در خواص مکانیکی ، حرارتی و الکتریکی آلیاژ همراه می باشد ، موجب شده است که آلیاژهای حافظه دار شکلی به عنوان گزینه ای مناسب جهت کاربرد در سازه های هوشمند ، پیشرفته و انطباق پذیر مد نظر قرار گیرند .
تا به امروز انواع زیادی از آلیاژهای حافظه دار شکلی شناخته شده است. با این حال همه ی این آلیاژها قابلیت استفاده در سازه های عمرانی را ندارند زیرا که مصالح مورد استفاده در سازه های عمرانی باید دارای ویژگی های مکانیکی و حرارتی خاص و هم چنین قیمت مناسب باشند.تصویر
فازهای مختلف آلیاژهای حافظه دار شکلی و تبدیل مارتنزیتی
آلیاژهای حافظه دار شکلی در دو فاز کریستالی به نام های آستنیت و مارتنزیت موجود می باشند. حالت آستنینت حالت اصلی با تقارن بالا بوده و در دماهای زیاد و تنش های کم پایدار می باشد. حال آن که حالت مارتنزیت حالت محصول و با تقارن کمتر است و در دماهای کم و تنش های زیاد پایدار می باشد. با اعمال بارگذاری های حرارتی و یا مکانیکی این دو فاز می توانند به یکدیگر تبدیل شوند. این تبدیل برگشت پذیر فازها ، تبدیل مارتنزیتی نامیده می شود که تمامی خصوصیات رفتاری آلیاژهای حافظه دار شکلی را تحت تاثیر قرار می دهد و آن ها را به عنوان یک ماده هوشمند مطرح می کند.
همان گونه ذکر شد ، تبدیل مارتنزیتی در آلیاژهای حافظه دار شکلی ترموالاستیک می تواند هم توسط اعمال تنش و هم با تغییر دمای آلیاژ صورت گیرد. شکل زیر تبدیل مارتزیتی ناشی از تغییر دما و بدو اعمال تنش را نشان می دهد. SMA دارای چهار دمای مشخصه As ، Af ، Ms و Mf می باشد که به ترتیب دمای آغاز حالت آستنیت ، دمای پایان حالت آستنیت ، دمای آغاز حالت مارتنزیت و دمای پایان حالت مارتنزیت می باشند. تبدیلات مارتنزیتی ، یک هیسترزیس گرمایی را تشکیل می دهند و این بدین معنا است که تبدیل مستقیم و معکوس هر دو در یک دما رخ نمی دهند.
با توجه به شکل در تبدیل مستقیم زمانی که ماده تحت کاهش دما قرار می گیرد ، تا زمانی که ماده به دمای Ms نرسیده است ، در حالت کاملا آستنیت قرار دارد. هنگامی که به دمای Ms می رسد ، کریستال های آستنیت شروع به تبدیل شدن به مارتنزیت می کنند و زمانی که ماده به دمای Mf می رسد ، تبدیل از آستنیت به مارتنزیت کامل شده است. در تبدیل مستقیم در دماهای بین Ms و Mf ، ماده به صورت ترکیبی از آستنیت و مارتنزیت می باشد. در تبدیل معکوس که با افزایش دما همراه است ، تا زمانی که ماده به دمای As نرسیده به صورت کاملا مارتنزیت است. زمانی که به As می رسد ، تبدیل از آستنیت به مارتنزیت آغاز شده و سرانجام که به دمای Af می رسد ، کاملا به حالت آستنیت در می آید و تبدیل فاز پایان می پذیرد.
مارتنزیت ایجاد شده توسط تغییر دما ، مارتنزیت پیچ خورده و مارتنزیت ایجاد شده توسط تغییر تنش ، مارتنزیت پس پیچ خورده نامیده می شود. در تبدیل ساختار کریستالی آستنیت به مارتنزیت پیچ خورده ، تغییر شکل ماکروسکوپیک ماده ناچیز است. مارتنزیت پس پیچ خورده ، با اعمال تنش به مارتنزیت پیچ خورده به وجود می آید. طی این تبدیل ، بدون اینکه هیچ لغزش واقعی به معنای آسیب به ماده وارد شود ، شکل پذیری آن به طور قابل توجهی افزایش یافته ، آلیاژ به حداکثر تغییر طول خود می رسد و کرنش شبه پلاستیک در مارتنزیت ایجاد می شود. زمانی که باربرداری صورت می گیرد ، مارتنزیت به صورت پس پیچ خورده باقی می ماند و کرنش ایجاد شده در آن به جز مقدار اندکی کرنش الاستیک ، برگشت پذیر نیست. این کرنش پسماند می تواند با اعمال دمای بیشتر از Af به ماده ، حذف شود. شکل زیر ساختار آستنیت و دو نوع مارتنزیت ذکر شده را نشان می دهد.
رفتارهای مختلف آلیاژهای حافظه دار شکلی
رفتار فوق الاستیک ( Superelasticity )
اعمال تنش به SMA که در حالت اولیه آستنیت قرار دارد و دمای آن بالاتر از Af می باشد ، موجب می شود که آستنیت به مارتنزیت پس پیچ خورده تبدیل شود ، زیرا که آستنیت در تنش های زیاد پایدار نیست. منحنی تنش – کرنش این تبدیل شامل سه قسمت است که عبارتند از : یک شاخه الاستیک اولیه با مدول الاستیسیته اولیه آستنیت ، یک قسمت افقی که تبدیل فاز از آستنیت به مارتنزیت در این قسمت رخ می دهد و بار دیگر یک شاخه الاستیک با مدول الاستیسیته اولیه مارتنزیت در هنگام باربرداری ، مارتنزیت ناپایدار می شود و تبدیل معکوس رخ می دهد و ماده بدون هیچ کرنش پسماندی به شکل اولیه خود باز می گردد. تبدیل معکوس از روی یک مسیر متفاوت ماده را به مکان اولیه می رساند و بنابراین یک هیسترزیس تشکیل می شود که مساحت آن مصرف انرژی اتلافی می باشد. این رفتار را رفتار فوق الاستیک یا شبه الاستیک می نامند زیرا طی آن هیچ کرنش پسماندی بر روی ماده باقی نمی ماند. اگر دمای SMA بیشتر از Md (بیشینه دمایی که مارتنزیت در اثر اعمال تنش می تواند در آن ایجاد شود) باشد ، رفتار آلیاژ پس از یک تغییر شکل الاستیک اولیه ، پلاستیک خواهد شد ( همانند رفتار فولاد معمولی ) رفتار فوق الاستیک در شکل زیر نشان داده شده است.
رفتار حافظه شکلی ( Shape memory effect )
زمانی که SMA در دمایی کمتر از As تحت بارگذاری قرار بگیرد ، به دلیل پایدار بودن مارتنزیت در دماهای کم ، پس از باربرداری تغییر فاز صورت نمی گیرد. همچنین کرنش پلاستیک در مارتنزیت ایجاد می شود که به هنگام باربرداری قابل بازگشت نیست. با این حال ، کرنش پسماند تولید شده می تواند با اعمال دمای بالاتر از Af به طور کامل حذف شود. از آن جا که این مواد شکل اولیه خود را به یاد داشته و می توانند پس از اعمال دما به شکل اولیه خود بازگردند ، این خاصیت ، رفتار حافظه شکلی ( SME ) یا شبه پلاستیک نام گرفته است. در شکل زیر رفتار حافظه شکلی و دمایی که این رفتار در آ« به وقوع می پیوندد ، ارائه شده است.
هما طور که در شکل بالا نشان داده شده است ، اگر در حین ایجاد اثر حافظه شکلی و در هنگام اعمال حرارت ، به ماده اجازه تغییر شکل بازگردانده داده نشود ، به عنوان مثال با مقید شدن SMA در بتن ، در آن تنش ایجاد خواهد شد. از این تنش که به تنش بازگردانی موسوم است ، می توان برای پیش تنیده کردن یک تیر بتنی استفاده کرد.
میرایی مارتنزیتی ( Martensitic damping )
زمانی که SMA در حالت مارتنزیت تحت تنشی بیشتر از تنش تسلیم قرار گیرد ، به دلیل تغییر تدریجی جهت گیری گونه های مارتنزیت ، ظرفیت استهلاک انرژی زیادی از خود نشان می دهد. در بارگذاری رفت و برگشتی هیسترزیس بزرگی تشکیل خواهد شد که مساحت آن برابر انرژی تلف شده می باشد.
این خاصیت مهم سبب شده است که SMA در کنترل غیر فعال سازه ها جایگاه ویژه ای پیدا کند. قابلیت استهلاک انرژی این مواد ، تقاضا را بر روی اعضای اصلی سازه کاهش می دهد و از آنجایی که این مواد دارای مقاومت بسیار بالایی در مقابل خستگی هستند ، می توانند پس از زلزله نیز مورد استفاده قرار گیرند و نیازی به تعویض آن ها نمی باشد.
با استفاده از آلیاژهای حافظه‌دار بال‌هایی ساخته می‌شود که متناسب با شرایط هواپیما، توانایی تغییر حالت دارند. در این صورت عملکرد هواپیما بهبود می‌یابد و ضمنا وزن سازه‌ها و سازوکارهای مورد استفاده و مصرف انرژی به طور قابل ملاحظه‌ای کاهش می‌یابد.
سازه‌های مورفینگ (سازه‌های هوشمند) به سازه‌هایی اطلاق می‌شود که قادرند شکل و هندسه خود را با توجه به شرایط مختلف تغییر دهند و از این طریق سبب افزایش عملکرد سازه‌ها شوند.
به دلیل این که برای انجام یک پرواز خوب و ایده‌آل لازم است بال هواپیما در هر یک از شرایط پرواز هندسه متفاوتی داشته باشد متخصصان پس از مطالعه و بررسی شیوه‌های پرواز پرندگان تصمیم به تولید بال‌هایی با توانایی عملیاتی بالا به منظور جایگزینی با بال‌های هواپیماهای کنونی گرفته‌اند، ایده ساخت بال‌های قابل تغییر، که بال مورفینگ نامیده می‌شود ، برای نخستین بار در سال 1920 میلادی توسط ناسا مطرح شد. امروزه استفاده از این سازه‌ها ، که به آن‌ها سازه‌های هوشمند نیز گفته می‌شود، در صنایع مختلف به ویژه صنایع هوایی، مورد علاقه طراحان قرار گرفته است. از فناوری مورفینگ در چهار هواپیما تامکت، لنسر، هرنت و ماو استفاده شده است.
طراحان به منظور ایجاد سازه‌ای یکپارچه از ترکیبی از مواد خاص و پیچیده در طراحی بال مورفینگ استفاده کرده‌اند . استفاده از آلیاژهای حافظه‌دار در این فناوری به دلیل امکان ترکیب سیستم عملگری با سازه اصلی موجب کاهش بسیاری از محدودیت‌ها و در نتیجه افزایش کارایی می‌شود .
آلیاژهای حافظه دار به دسته‌ای از آلیاژها گفته می‌شود که قادرند تغییر شکل و کرنش‌های دائمی اعمال شده را بازیابی نمایند و در نهایت به شکل اولیه خود بازگردند. . فاز در دمای بالا آستنیت و فاز با دمای پاییین مارتنزیت نامیده می‌شود. در رفتار آلیاژهای حافظه‌دار بر اساس یک دگرگونی فازی و تغییر ساختار بلوری که در آن‌ها رخ می‌دهد ، سبب می‌شود که از یک ساختار پایدار و مستحکم در دمای بالاتر به یک ساختار تغییر فرم پذیر پایدار در دمای پایین‌تر تبدیل گردد. ساختار مارتنزیتی در دمای پایین با افزایش دما به ساختار آستنیتی تبدیل می‌شود و در هنگام سرد کردن فرایند عکس رخ خواهد داد.
این آلیاژها دو ویژگی بسیار مهم دارند: رفتار حافظه‌ای و رفتار شبه‌الاستیک. از دیگر ویژگی این آلیاژها مقاومت زیاد در برابر خوردگی، مقاومت الکتریکی نسبتا خوب، شکل پذیری بالا و قابلیت انطباق با بدن می‌باشند. آلیاژهای حافظه‌دار در دماهای مختلف خصوصیات مکانیکی متنوعی دارند. با استفاده از سیم‌هایی از جنس آلیاژ حافظه‌دار و در نتیجه اعمال گشتاور خمشی می‌توان در ورق‌های بال هواپیما گشتاور خمشی ایجاد کرد و منحنی ورق را تغییر داد.
پژوهش‌هایی درباره طراحی ایرفویل هواپیما با استفاده از تکنولوژی مورفینگ انجام شده‌است در سه دسته تغیر پلاتفرم، تغییر خمیدگی در راستای طول بال و تغییر پروفیل مقطع بال دسته‌بندی می‌شوند.
در هواپیماهای امروزی به طور معمول به منظور تغییر در مقطع بال و یا به عبارت بهتر، ایجاد خمیدگی در مقطع بال، از فلپ‌هایی در لبه حمله و لبه فرار بال استفاده می‌شود. در صورت به کارگیری آلیاژهای حافظه‌دار در عملگر این گونه بال­ها، به دلیل عدم استفاده از قطعات مکانیکی متحرک، علاوه بر سبک شدن سازه بال، در هواپیماهای نظامی امکان رادارگریز بودن آن‌ها را فراهم می‌کند.
hope I help you understand the question. Roham Hesami smile072 smile261 smile260 رهام حسامی ترم پنجم مهندسی هوافضا
تصویر

ارسال پست