Dynamics of thermally activated shape memory alloy reinforced laminated beams

• Autorzy: Pietrzakowski M.

Warianty tytułu

PL

Dynamika termicznie uaktywnianej belki laminowanej wzmocnionej włóknami z pamięcią kształtu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A way of use of shape memory alloy (SMA) fibers for dynamics response modification of laminated beams is presented in the paper. The considered concept of adaptive control is based on the ability to change the Young modulus during a temperature activated, reversible, martenstic transition that is specific to SMAs. It is assumed that the laminate is midplane symmetric and the corresponding layers of the same fiber orientation are activated simultaneously, and the SMA fibers can freely elongate in the matrix. A cantilever laminated beam with mass distributed on its free edge is subject to numerical analysis. Due to the quasi-steady one-dimensional model of heat conduction, martensite fraction and natural frequency time relations for the phase transition of SMA have been obtained. The influence of temperature on natural frequencies of the system has been analysed for some different locations of activated plies and directions of SMA fibers. The frequency response functions varying with the material phase transformation for a harmonic load acting on the free end of the beam have also been presented.

PL

W pracy przedstawiono zastosowanie włókien ze stopu z pamięcią kształtu (SMA) do modyfikacji właściwości dynamicznych belek laminowanych. Koncepcję adaptacyjnego sterowania oparto na unikalnej zdolności stopów SMA do wyraźnej zmiany wartości modułu Younga w procesie odwracalnej przemiany martenzytycznej wywołanej temperaturą. Założono, że warstwy laminatu są ułożone i uaktywniane symetrycznie względem powierzchni środkowej, a włókna SMA mogą swobodnie odkształcać się w osnowie. Symulacja numeryczna dotyczy belki laminowanej utwierdzonej wzdłuż jednego brzegu, z masą równomiernie rozłożoną na swobodnym, przeciwległym brzegu. Zgodnie z przyjętym stacjonarnym, jednowymiarowym modelem przewodnictwa cieplnego, wyznaczono przebiegi czasowe temperatury i zawartości martenzytu we włóknach SMA, oraz przebiegi podstawowej częstości własnej w zakresie przemiany fazowej. Zbadano wpływ temperatury na częstości własne zmieniając położenie warstw uaktwnianych a także kierunek ułożenia włókien SMA. Zakładając wymuszenie harmoniczne działające na swobodny brzeg belki, wyznaczono charakterystyki amplitudowo-częstotliwościowe odpowiadające pełnemu zakresowi transformacji fazy materiałowej.

Słowa kluczowe

EN

laminate; thermal activation; natural frequencies

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej
• Czasopismo: Journal of Theoretical and Applied Mechanics
• Rocznik: 1998
• Tom: nr 4
• Strony: 879--893
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., rys.

Twórcy

autor

Pietrzakowski M.

• Institute of Machine Design Fundamentals, Warsaw University of Technology

Bibliografia

• 1. JACKSON CM., WAGNER H.J., WASILEWSKI R.J., 1972,55-Nitinol-The Alloy with a Memory: Its Physical Metallurgy, Properties, and Applications, NASA-SP-5110, Washington, D.C.
• 2. LIANG C, ROGERS C.A., 1990, One-Dimensional Thermomechanical Constitutive Relations for Shape Memory Materials, J. of Intell. Mater. Syst. and Struct, 1, 207-234.
• 3. LIANG C, ROGERS C.A., 1991, Design of Shape Memory Alloys Coils and their Applications in Vibration Control, Recent Advances in Active Control of Sound and Vibration, Rogers C.A. edit., Technomic Publishing, Lancaster-Basel, 177-198.
• 4. ROGERS C.A., LIANG C, JIA J., 1989, Behavior of Shape Memory Alloy Reinforced Composite Plates - Parts I and II, Proceedings of the 30th Structures, Structural Dynamics and Material Conference, Mobile, AL, 2011-2017.
• 5. TSAI S.W., PAGANO N.J., 1968, Invariant Properties of Composite Materials, Composite Materials Workshop, Technomic Publishing Company.
• 6. WHITNEY J.M., 1987, Structural Analysis of Laminated Anisotropic Plates, Technomic Publishing Co.Inc, Lancaster.
• 7. WIRTZ R.A, GORDANINEJAD F., WU W., 1995, Free Response of a Thermally Driven, Composite Actuator, J. of Intell. Mater. Syst. and Struct., 6, 364-371.