سبيكة متذكرة للشكل
التطبيقات > السلوك الميكانيكي لعناصر السبائك المتذكرة للشكل

للتعرف على السلوك الميكانيكي للسبائك المتذكرة للشكل يجب أولا توضح بعض المفاهيم الاساسية المتداولة في علم هندسة الزلازل.
فقدان الطاقة في الدورة الوحدة: وهو متوسط مساحة الحلقات الزلزالية التي لها نفس السعة.
فقدان الطاقة لوحدة الوزن: وهي تساوي حاصل قسمة الطاقة المفقودة في الدورة الواحدة على وزن العينة، وتعبر عن مادة تأثير العينة في صورة القدرة على تبديد الطاقة.
أقصى طاقة وضع لمادة لزجة ومرنة وخمد ضئيل للاهتزازات وتساوي U=1/2 ϵmax σ max حيث أن ϵmax هي أقصى انفعال σmax هي أقصى إجهاد، أما بلنسبة للمواد الغير خطية تعطي طاقة الوضع القصوى بقيمة أدق تساوي U=W-1/2∆W ، حيث أن W هو أقصى طاقة انفعال عند ϵmax هي الطاقة المتبددة حتى هذه النقطة
معامل الخسارة ويعرف على أنه العلاقة (η=(1/2π)(2∆W/U وتم تأكيد الثابت في المقام عن طريق الحقيقة التي تؤكد أن مجموع الطاقة المتبددة في الأحمال الدورية تساوي ضعف الطاقة المتبددة في أحمال الشد فقط.
الصلابة القاطعة، وتحسب من المعادلة (Ks=(Fmax-Fmin)/(δmax-δmin حيث أن Fmax وFmin هما والقوتان المطلوبتان للوصول إلى الازاحات الدورية δmax وδmin
الزوجة المكافئة وتمثل تأثير المدى في خمد الاهتزازات. ويتم حسابها من المعادلة (ξeq=WD(2πKsδ2 حيث أن WD هي الطاقة المفقودة للدورة الواحدة وδ هي أقصى إزاحة دورية.
قام العديد من العلماء بدراسة السلوك الميكانيكي لعناصر السبائك المتذكرة للشكل بهدف توقع ومعرفة رد فعل تلك العناصر تحت ظروف مختلفة الأعمال، ويلى ذكر بعض من تلك الدراسات.

قام العلمان ليم ومكدويل بالعديد من التجارب والاختبارات لتحليل تبعية المسار للسبائك المتذكرة للشكل أثناء التعرض للأعمال الدورية. وقد تم إجراء تلك التجارب على سلك قطره 2.54mm. وكان أكثر تركيزهم على رد فعل السبائك لأحمال الشد الدورية أحادية المحور وأحمال الشد والضغط الدورية أحادية المحور، وكان أهم ما توصلا إليه هو:
في حالة التحميل الدوري بأقصى انفعال متوقع، يقل الإجهاد الحرج الذي يبدأ عنده التحول إلى المارتنزيت، ويزيد معدل التصلد الانفعالي، ويتراكم الانفعال المتبقي وتقل قوة الاهتزاز (الزلزال).
الإجهاد الذي يحدث عنده التحول من الأوستنيت إلى المارتنزيت أو العكس يعتمد على مستوى الانفعال السابق لآخر خطوة من عملية إزالة الحمل، ويرجع هذا السلوك إلى تكوين وتوزيع المارتنزيت والأوستنيت الذي ينشأ خلال التحول.
حاول العالم مورونى استخدام السبائك المتذكرة للشكل النحاسية الأساس كمنفذ للطاقة للهياكل الهندسية الإنشائية، وكانت الفكرة الأساسية هي تصميم عمود وصل جديد اعتمادا على السبائك المتذكرة للشكل. وقام ببعض اختبارات الأحمال الدورية من الشد والضغط على قطر 5mm و7 mm ولكل منهم طريقة تصنيع مختلفة (الدرفلة أو البثق).
أجريت التجارب للتحكم في كلا من الإجهاد والانفعال عند ترددات متعددة من التحميل (من0.1 Hz إلى 2 Hz) وعلى أساس نتائج تلك التجارب وصل إلى بعض الاستنتاجات الأساسية:
سبيكة النحاس - زنك - ألمنيوم - نيكل في حالة المارتنزيت تبدد الطاقة عن طريق الإجهاد الدوري المتكررة مما قد يجعل لها دور في تطبيقات التخلص من طاقة الزلازل.
تعد خاصية خمد الاهتزازات دالة في سعة الانفعال وتميل إلى التوازن للانفعالات الكبيرة. ويعتبر للتردد من 0.1 Hz إلى 2 Hz تأثير بسيط على قيام الخمد.
طرق التصنيع المختلفة (كالدرفلة أو البثق) لا تؤثر في السلوك الميكانيكي للعمود.
الشقوق الملاحظة نتيجة عن إجهادات الشد والدخائل القصفة في تكوينها.
قام كلا من بيدبويف وجوفين بدراسة سلوك الخمد للأسلاك المصنعة من السبائك المتذكرة للشكل، فقد قاما بأكثر من مائة تجربة على سلك من سبيكة النيكل - تيتانيوم قطره (100μm) على ثلاث مستويات من السعة الاهتزازية وهي2%,3%,4% من الانفعال لأربع ترددات مختلفة و0.01 Hz و0.1 Hz و5 Hz و10 Hz ، وكان أهم ما توصلا إليه هو:
زيادة درجة الحرارة تؤدي إلى زيادة خطية في إجهادات التحول وقلب منحنيات الجهاد للأعلى.
يتواكب التردد مع سعة الاهتزاز وبالاخص عند التشكل بنسبة 2%، ويوجد مجرد تغيير طفيف في الطاقة المتبددة بالتغيير في التردد، بينما عند نسبة 4% يحدث التغيير الأقصى عند 0.1 Hz ، أما لقيم التردد الأعلى فتقل الطاقة المتبددة.
يقل معامل الخسارة بزيادة درجة الحرارة والذي لا يمت بصلة ولا يؤثر على الطاقة المفقودة.
قام ستراندل بدراسة الألواح الرفيعه من سبائك التيتانيوم-نيكل والنحاس-تيتانيوم في المرحلة التي تشمل زيادة في طاقات الحركة المتعددة تهدف بشكل رئيسى إلى تقيم سمات الإجهاد والانفعال الدورى للسبائك. وكذلك تم تخصيص اهتمام خاص لمدى استجابة العينات الميكانيكة الناتجة من تغير محتوى النيكل في السبيكة. وكان من النقاط المثيرة للاهتمام التي توصل اليها فريق البحث :
سبائك النحاس تيتانيوم نيكل الثلاثيه اقل عرضه للتحول للتشوه والتحولات الاجهادية من سبائك التيتانيوم نيكل الثنائية.
في كل من سبائك التيتانيوم-نيكل والنحاس-تيتانيوم-نيكل كلما زادت نسبة النيكل كلما انخفاض نمو معدل التشوه وزادت عدد الدورات.
رصد سلوك مرحلة زيادة طاقات الحركة المتعددة لاسلاك من التيتانيوم-نيكل قطرها 1.7 مم لاحتمالية استخدمها كنوع من القواعد في هياكل البناء. التحقيقات التجريبية تتكون من كل من اختبارات الشد المستمرة النابضة والساكنة.زيادة وقلة سعة الانفعال عند السرعة الخطية عند الاختبار تساوى 0.074% (ثانية)^-1 خلال كل التجارب. نتيجة للملاحظات قاموا بعمل التالى :
يلاحظ التباطؤ في حلقة الدوران ويظهر قدرا كبيرا من الطاقة الممتصة
الإجهاد الذي يبدا مرحلة التحول حساس للغاية لدرجات الحرارة المحيطة . لا تختلف كذلك درجة حرارة الأسلاك اثناء التحمبل الدورى نتيجة حرارتها الكامنة.
زيادة التشوه المتبقى وتبدد انقاص الطاقة لكل دورة يتناقص مع عدد دورات التحميل .
الارتفاع والانخفاض في درجة حرارة السلك خلال التحول إلى الامام أو إلى العكس لديهما تقريبا نفس الكثافة. خاصة في التحول إلى الامامي يكون طارد للحرارة والتحول العكسى يكون ماص للحرارة.
دراسة تاثير معدل الانفعال (ف) على خصائص المرونة على سلك مرن قطره 0.75 مم خلال اختبار للشد اجريت على معدلات انفعال تقع ما بين 1.67*10^-3 % (ثانية)^-1 إلى 1.67 % (ثانية)^-1 . ولكد أخذ التغير في درجة الحرارة في عين الاعتيار في مدى استجابة الخصائص الميكانيكية للاسلاك.والاعتبارات الرئيسية هي :
عندما تكون (ف) <1.67*10^-1 (ثانية)^-1 كلما كان (ف) أكبر يكون الإجهاد أكبر عندما يبدا التحول الامامى ويكون الإجهاد اقل عندما يبدا التحول العكسى.
لكل مستوى درجة حرارة يعتبر كلما كان (ف) كبير كلما كبر الانفعال المتبقى بعد التفريغ. أيضا كلما زادت درجة الحرارة كلما كبرالانفعال المتبقى.
كلما زادت عدد دورات التشوه كلما قل الإجهاد عند التحول الامامى أو العكسى عند حالات التغير المختلفة.وأيضا الانفعال الذي لايمكن استرداده الذي يتبقى بعد التفريغ يزداد
لكل مستوى درجة حرارة يعتبر كل تحول اجهادى تقريبا يكون ثابت لكل (ف)> 3.33*10^-2 % (ثانية)^-1 لكل 1.67*10^-1 % (ثانية)^-1 . عوضا عن المستوى الأعلى من الإجهاد يبدا التحول الامامى في الزيادة.
طاقة الانفعال تزداد بزيادة درجة الحرارة بينما تبدد العمل يعتمد قليلا على تغير درجة الحرارة . أيضا عند كل مستوى حرارة . يلاحظ ان الكميات لا تعتمد على معدل الانفعال لكل القيم ل (ف)> 3.33*10^-2 % (ثانية)^-1 . لقيم (ف)> 1.67*10^-1 % (ثانية)^-1 . العمل المتبدد يزداد وطاقة الانفعال تقل خطيا
اختبار المرونة لسلك قطره 0.5 من التيتانيوم نيكل لفهم خصائص التخميد. يتم دراسة تاثير التدوير بتفاصيل دقيقة عند ذبذبات ترددها (من 0 إلى 10 هرتز) ومستوى درجة حرارة (من 40 درجة سلزيوس تقريبا إلى 90 درجة سلزيوس) والتعويض عن انفعال ثابت (التشكل منذ بداية التشكل الدورى) وعلى اساس بيانات التجربة تم ملاحظة الاتى :
نحتاج كمية كبيرة من التدوير الميكانيكى للسلك (سلك من السبائك الذاكرة) للوصول إلى شكل حلقة التباطؤ المستقرة. كمية الانفعال المتبقى تعتمد على كل من درجة الحرارة وسعة الانفعال ولكنها لا تعنمد على تردد التدوير.
شكل حلقة التبلطؤ تختلف بشكل ملحوظ مع التردد. التحول العكسى من التودنيد إلى إلى الاوستينيت امثر تاثير من التحول الامامى.
تبدد الطاقة يعتمد على التردد ودرجة الحرارة وسعة الانفعال وازاحة الانفعال الثابت (الاختيار في نطاق 2.9 % إلى 4.7 %). تبدد الطاقة لوحدة الحجوم تقل في البداية إلى 1-2 هرتز ثم يقترب من الثابت عند مستوى 10 هرتز.سعة التبدد عند 6-10 % هرتز تكون تقريبا 50 % اقل من مثيلاتها عند الترددات المنخفضة جدا. علاوة على انها تقل كلما زادت درجة الحرارة فوق 50 درجة سلزيوس.
بتقليل ازاحة الانفعال الثابت تزداد الطاقة المتبددة لوحدة الحجوم.
الطاقة المتبددة لوحدة الحجوم للاسلاك الذاكرة تخضع للانفعالات التدويره عند سعة الانفعال المعتدلة (عند 1.5 %) تكون تقريبا 20 مرة أكبر اللدائن النمطية التي تخضع انفعال القص التدويرى.
اداء اختبارات تجربية متعددة على اسلاك وقضبان من التيتانيوم نيكل المرنة لتقيم امكانيتها في تصميم واعادة تهيئة تطبيقات مقاومة الزلازل. وبصفة خاصة قاموا بدراسة اثار التحميل الدورى على الانفعال المتبقى وتحول الإجهادات الامامية والعكسية وسعة الطاقة المتبددة. العينات المختلفة في اقطارها (1.8 – 7.1 – 12.7 – 25.4 مم) مع تكوين متماثل تقريبا يتكون بروتوكول التحميل من زيادة الانفعال الدورى من 0.5% - 1% إلى 5% بزيادات ب 1% متبعة ب اربع دورات عند 6%. يعتمد فريق البحث على سلسلتين من الاختبارات. الأول في حالة شبه ثابته اجريت عند تردد 0.025 هرتز. بينما الثانى تم اجرائه على ترددات 0.5 و1 هرتز لكى يتم تمثيل الاحمال الديناميكية. بعد تنفيذ تلك التجارب تم التواصل إلى الملاحظات الاتية:
خصائص المرونة (الزيادة في طاقة الحركة المتعددة) التي تم الحصول عليها في كل من الأسلاك والقضبان. يزداد الانفعال المتبقى عموما من متوسط 0.15 % إلى 3 % الانفعال من متوسط 0.65 % إلى انفعال متبوع ب 4 دورات عند 6 %. وبد انه لا يعتمد على كل من حجم المقطع أو معدل التحميل.
مدى ما يعادل قيم التخميد من 2 % للقضبان 12.7 مم إلى الحد الأقصى من 7.6 % للاسلاك 1.8 مم وفي اتفاقها مع القيم التي وجدت من قبل مؤلفين اخرين ((18)-(20)). وتظهر القضبان سعة تبدد اقل من الأسلاك.
قيمة الإجهاد عند بدا التحول الامامى عند اختبار القضبان اقل ب 30 % من قيمتها المقابلة في الأسلاك.