Tytuł pozycji:
Constitutive modelling and numerical implementation of SMA material with internal loops
The article presents a constitutive model for Shape Memory Alloys (SMA) along with result of dynamic simulations of SMA model. The applications of devices incorporating SMA in civil engineering focus mostly on mitigation of the seismic hazard effects in new-build and historical buildings or improvement of fatigue resilience. The unique properties of SMA, such as shape memory effect and superelasticity give promising results for such applications. The presented model includes additional phenomenon of SMA – internal loops. The paper shows the method of formulation of physical relations of SMA based on special rheological structure, which includes modified Kepes’s model. This rheological element, introduced as dual-phase plasticity body, is given in the context of martensite phase transformation. One of the advantages of such an approach is a possibility of formulation of constitutive relationships as a set of explicit differential equations. The application of the model is demonstrated on example of dynamic simulations of three dimensional finite element subjected to dynamic excitation.
Artykuł przedstawia model konstytutywny stopów z pamięcią kształtu (ang. Shape Memory Alloy – SMA) wraz z wynikami przeprowadzonej analizy dynamicznej. Zastosowanie urządzeń wykorzystujących SMA w dziedzinie inżynierii lądowej skupia się głównie na ograniczeniu skutków odziaływań sejsmicznych w nowo powstających oraz istniejących budynkach, w tym w obiektach historycznych. Odrębnym zagadnieniem, w którym także wykorzystywane są urządzenia z SMA, jest poprawienie trwałości zmęczeniowej elementów konstrukcyjnych. W artykule przedstawiono wybrane możliwości zastosowania urządzeń z SMA w budownictwie. Wykorzystanie SMA do powyższych celów jest możliwe dzięki ich wyjątkowym właściwościom – efektowi pamięci kształtu oraz pseudosprężystości. Prezentowany model konstytutywny uwzględnia także dodatkową właściwość SMA jaką są wewnętrzne pętle histerezy. W artykule przedstawiono metodę formułowania zależności fizycznych SMA na specjalnych strukturach reologicznych wykorzystujących zmodyfikowany model Kepesa (tzw. ciało z dwufazową plastycznością). Definicję tego elementu reologicznego przedstawiono na tle makroskopowego opisu przemian fazowych zachodzących w SMA. Jedną z zalet prezentowanego w artykule podejścia do formułowania zależności fizycznych jest uzyskanie zależności konstytutywnych w postaci jawnych równań różniczkowych. Zastosowanie prezentowanego modelu zostało przedstawione na przykładzie analizy dynamicznej trójwymiarowego elementu skończonego poddanego dynamicznemu wymuszeniu.
Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).
