Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.21
no.10
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pp.1609-1618
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1997
Thermo-mechanical behaviors of polymer matrix composite(PMC) with continuous TiNi fiber are studied using theoretical analysis with 1-D analytical model and numerical analysis with 2-D multi-fiber finite element(FE) model. It is found that both compressive stress in matrix and tensile stress in TiNi fiber are the source of strengthening mechanisms and thermo-mechanical coupling. Thermal expansion of continuous TiNi fiber reinforced PMC has been compared with various mechanical behaviors as a function of fiber volume fraction, degree of pre-strain and modulus ratio between TiNi fiber and polymer matrix. Based on the concept of so-called shape memory composite(SMC) with a permanent shape memory effect, the critical modulus ratio is determined to obtain a smart composite with no or minimum thermal deformation. The critical modulus ratio should be a major factor for design and manufacturing of SMC.
Transformation behavior and reversible shape memory effct of Ti-Ni-Cu alloys with various Cu content has been investigated by means of electrical resistivity measurement, differential scanning calorimetry. X-ray diffraction and strain gage sensor. The transformation sequence in Ti-Ni-Cu alloys substituted by Cu for Ni up to 5at.% occurs to $B2{\leftrightarrow}B19^{\prime}$ and it proceeds in two stages by addition of 10 at.%Cu. i.e. $B2{\leftrightarrow}B19{\leftrightarrow}B19^{\prime}$. But the content of Cu increases up to 20at.%, it has been transformed in one stage ; $B2{\leftrightarrow}B19$. The shape change of Ti-40Ni-10Cu alloy which was constrain aged in circular form bended in $B2{\leftrightarrow}B19$ transformation but it spreaded out in $B19{\leftrightarrow}B19^{\prime}$ transformation. The amount of reversible shape change (${\Delta}{\varepsilon}$) of Ti-47Ni-3Cu alloy constrain aged at $400^{\circ}C$ after solution treatment has a maximum value of about $5.6{\times}10^{-3}$, but that of cold rolled and constrain aged specimens exhibits a little value independent of Cu concentrations.
Hyeok-Jin Yang;Hyeong Ju Mun;Ye-Seul Cho;Jun-Hong Park;Hyun-Jun Youn;In-Chul Choi;Myung-Hoon Oh
Journal of the Korean Society for Heat Treatment
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v.37
no.2
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pp.79-85
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2024
The effects of annealing heat treatment and the addition of Cu element on the shape memory effect of the NiTi-based alloy were investigated by analyzing differential scanning calorimeter results and characterizing recovery rate through 3D scanning after Vickers hardness test. Through 3D scanning of impressions after Vickers hardness test, the strain recovery rates for specimens without annealing treatment and annealed specimens at 400, 450, and 500℃ were measured as 45.96%, 46.76%, 52.37%, and 43.57%, respectively. This is because as the annealing temperature increases, both B19' and NiTi2 phases, which can impede martensitic transformation, are incorporated within the NiTi matrix. Particularly, additional phase transformation from R-phase to B19' observed in specimens annealed at 400 and 450℃ significantly contributes to the improvement in strain recovery rates. Additionally, the results regarding the Cu element content indicate that when the total content of Ni and Cu is below 49.6 at.%, the precipitation of fine B19' and NiTi2 phases within the matrix can greatly influence the transformation enthalpy and temperature range, resulting in relatively lower strain recovery rates in NiTi alloys with a small amount of Cu element produced in this study.
Kim, Yoen-Wook;Chung, Young-Soo;Choi, Eun-Soo;Nam, Tae-Hyun;Im, Yeon-Min
Journal of Korea Foundry Society
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v.31
no.1
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pp.26-30
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2011
For the fabrication of bulk near-net-shape Ti-Ni-Cu shape memory alloys, consolidation of Ti-Ni-Cu alloy powders are useful because of their brittle property. In the present study, $Ti_{50}Ni_{30}Cu_{20}$ shape memory alloy powders were prepared by gas atomization and martensitic transformation temperatures and microstructures of those powders were investigated as a function of powder size. The size distribution of the powders was measured by conventional sieving, and sieved powders with the specific size range of 25 to $150\;{\mu}m$ were chosen for this examination. XRD analysis showed that the B2-B19 martensitic transformation occurred in the powders. In DSC curves of the as-atomized $Ti_{50}Ni_{30}Cu_{20}$ powders as a function of powder size, only one clear peak was found on each cooling and heating curve. The martensitic transformation start temperature($M_s$) of the $25-50\;{\mu}m$ powders was $31.5^{\circ}C$. The $M_s$ increased with increasing powder size and the difference of $M_s$ between $25-50\;{\mu}m$ powders and $100-150\;{\mu}m$ powders is only $1^{\circ}C$. The typical microstructure of the rapidly solidified powders showed cellular morphology and very small pores were observed in intercellular regions.
The shape memory effect in Ti-50.4at.%Ni alloy after solution treatment at 1273K for 2h and aged at 350, 450, $550^{\circ}C$ for 0.5, 1, 1.5, 2, 4, 10hrs had been investigated by differential scanning calorimetry measurement. It was found that ageing in the temperature range of $350^{\circ}C{\sim}550^{\cric}C$ induced complex transformation behavior, involving the R-phase and multiple-stage martensitic transformation. Usually aged Ni-rich NiTi alloys undergo martensitic transformation on cooling from high temperatures in two step : Austenite to R-phase and then R-phase to Martensite (normal behavior). In sample aged at $350^{\circ}C$ two distinct DSC peaks arised giving evidence of intermediate stages of martensite transformation. This results in the nucleation and growth of coherent $Ni_4Ti_3$-precipitate. These explain all features of the evolution of DSC charts during ageing including the number of distinct DS peaks and their positions.
Jeong, S. H.;Kim, K. S.;Jang, W. Y.;Kim, H. U.;Cha, K. R.;Song, S.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2002.05a
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pp.723-726
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2002
In the recent years, as the research and the development of micro and precision machinery become active, the interest of micro actuators using SMA(Shape Memory Alloy) has been increased. The dynamic characteristic analysis of SMA is necessary for actuator application and many common researches report the material characteristics of SMA sufficiently. However, the research of dynamic characteristics is very deficient. In this paper, the helical spring is fabricated with NiTi SMA wire of high resistivity The farce, response speed, temperature, and displacement are measured by digital force gauge, infrared thermometer, and laser displacement sensor so that the dynamic characteristics of this SMA actuator is analyzed.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.14
no.5
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pp.100-106
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2006
NiTi alloy known as its shape memory effect also has superelastic characteristic, which makes it possible to be elastic under large deformation. Since the tensile strength of the alloy is very high and density is low compared to carbon steel, it can be applied to lightweight structural design. In order to design structures with shape memory alloy, finite element analysis is used and a constitutive algorithm based on Aurrichio's model is added to LS-DYNA as a user subroutine. Explicit time integration and shell element formulation are used to simulate thin-walled structures. The algorithm uses Drucker-Prager type loading condition to calculate martensite volume fraction during the transformation. The implemented algorithm is verified in uni-axial loading condition and martensite phase transformation can be detected well with the algorithm. In this study, as a energy absorbing structure, thin-walled tube is modeled with finite elements and the deformation behavior is studied. Simulation results has shown that the martensite transformation was generated in loading condition. After plastic deformation reached, the load decreases linearly without reverse martensite transformation.
NiTiCu alloys can produce a large force per unit volume and operate with a simple mechanism. For this reasons, it has been widely studied for application as a micro actuator. So in this study, one-way and two way shape memory effects of Ti-42.5at%Ni-2.0at%Cu alloys are studied. In the case of one-way shape memory effects, shape memory recoverable stress and strain of this alloys were measured by means of tension and compression tests under constant temperature. The strains by tension and compression stress were perfectly recovered by heating at any testing conditions also shape memory recoverable stress increased to 116 MPa in tension tests and to 260 MPa in compression tests. In the case of two-way shape memory effects, transformation temperatures from thermal cycling under constant uniaxial applied tension and compression loads linearly increased by increasing external loads and their maximum recoverable strain is 3.8% at 100MPa tensile condition and 2.2% at 125 MPa compression condition.
Saebyeok, Jeong;Kun-Ho E., Kim;Youngchan, Lee;Dahye, Yoo;Kinam, Hong;Donghyuk, Jung
Earthquakes and Structures
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v.23
no.5
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pp.431-444
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2022
The unique thermomechanical properties of shape memory alloys (SMAs) make it a versatile material for strengthening and repairing structures. In particular, several research studies have already demonstrated the effectiveness of using the heat activated shape memory effect of nickel-titanium (Ni-Ti) based SMAs to actively confine concrete members. Despite the proven effectiveness and wide commercial availability of Ni-Ti SMAs, however, their high cost remains a major obstacle for applications in real structural engineering projects. In this study, the shape memory effect of a new, much more economical iron-based SMA (Fe-SMA) is characterized and the compressive behavior of concrete confined with Fe-SMA strips is investigated. Tests showed the Fe-SMA strips used in this study are capable of developing high levels of recovery stress and can be easily formed into hoops to provide effective active and passive confining pressure to concrete members. Compared to concrete cylinders confined with conventional carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) composites, Fe-SMA confinement yielded significantly higher compressive deformation capacity and residual strength. Overall, the compressive behavior of Fe-SMA confined concrete was comparable to that of Ni-Ti SMA confined concrete. This study clearly shows the potential for Fe-SMA as a robust and cost-effective strengthening solution for concrete structures and opens possibilities for more practical applications.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.18
no.6
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pp.551-557
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2009
A development of smart materials is becoming a prominent issue on present industries. A smart material, included in functions, is needed for micro fabrication. A shape memory alloy(SMA) in a smart material is best known material. Ni-Ti alloy, composed of nikel and titanium is one of the best shape memory alloy(SMA). Nitinol SMA is used for a lot of high tech industry such as aero space, medical device, micro actuator, sensor system. However, Ni-Ti SMA is difficult to process to make a shape and fabrications as traditional machining process. Because nitinol SMA, that is contained nikel content more than titanium content, has similar physical characteristics of titanium. In this paper, the characteristics of ECM grooving process for nitinol SMA are investigated by experiments. The experiments in this study are progressed for power, gap distance and machining time. The characteristics are found each part. Fine shape in work piece can be found on conditions; current 6A, duty factor 50%, gap distance 15%, gap distance $15{\mu}m$, machining time 10min.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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