Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2001.04a
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pp.833-836
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2001
The thermomechanical behaviors of the shape memory alloy were conducted through the finite element analysis of ABAQUS with UMAT user subroutine. The unified thermomechanical constitutive equation suggested by Lagoudas was adapted into the UMAT user subroutine to investigate the characteristics of the shape memory alloy. The three cases were solved to investigate the thermomechanical characteristics of the shape memory alloy. The material properties for the analysis were obtained by DSC and DMA techniques. According to the results, the thermomechanical characteristics, such as a shape memory effect and a pseudoelastic effect, could be obtained through the finite element analysis and the analysis results were revealed to agree well with the experimental results. Therefore, the finite element analysis using UMAT user subroutine is one of prominent analysis techniques to investigate the thermomechnical behaviors of the shape memory alloy quantitatively.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.8
no.2
s.21
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pp.77-87
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2005
The thermomechanical characteristics were evaluated for 17-4PH stainless steel widely used in supersonic airframe subjected to both aerodynamic loading and heating. The thermomechanical tests were conducted under both elevated temperature and rapid heating condition from $1^{\circ}C/sec\;to\;28^{\circ}C/sec$. The thermomechanical behaviors under rapid heating were compared with those of elevated temperature after 1/2 hour exposure in terms of yield stress to investigate the influence of heating rates. A heating rate-yield temperature parameter was suggested for rapid heating based on time-temperature parameters, and master yield stress curve was obtained by using these parameters. The experimental results and methodology from this study can be used as basic engineering data when designing supersonic vehicle structures subjected to aerodynamic loading and severe heating environment.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2001.04a
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pp.683-686
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2001
The thermomechanical characteristics of NITINOL shape memory alloy were evaluated using DSC with small samples and DMA with three-point bending specimens. The shape memory alloy of 54.4Ni/45.5Ti wt.% was used so that the austenite finish temperature was in the range of $50~100^{\circ}C$. Two types of sample were tested in the experiments corresponding to as-received and annealed conditions. Simple beam bending theory was used to calculate the dynamic moduli of the shape memory alloy. According to the results, a large discrepancy in transformation temperatures was found between DSC and DMA techniques. Annealing treatment was found to suppress the R-phase transformation during cooling and the secondary plateau in the austenite transformation. Such a heat treatment was also significantly influenced to raise the transformation temperatures and the moduli of the shape memory alloy.
In this paper, we present a design for a retraction-type actuator (ReACT) that has the characteristics of both thermomechanical metamaterials and displacement amplification mechanisms. The ReACT consists of an actuating bar, a diamond-shaped displacement amplification (DA) structure, and a slot for loading thin-film heaters formed through the actuating bar. When power is supplied to the thin film heater, the actuating bars contacting the heater thermally expand, and the diamond-shaped DA structures retract in the longitudinal direction. The performance characteristics of the ReACT, such as temperature distribution and retracting displacement, were calculated with thermomechanical analysis methods using the finite element method (FEM). Subsequently, the ReACTs were fabricated using a polymer-based 3D printer that can easily execute complex structures, and the performance of the ReACT was evaluated through repeated tests under various temperature conditions. The results of the performance evaluation were compared with the results of the FEM analysis.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2003.06a
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pp.426-429
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2003
In this study, phase transformation characteristics of Nitinol shape memory alloy with 54.5wt%Ni-45.5wt%Ti were investigated by varying with annealing treatment and cutting conditions through DSC(differential scanning calorimetry). Annealing treatment conditions were considered as heat treated time of 5 min, 15 min, 30 min, and 45 min, heat treated temperature of 40$0^{\circ}C$, 50$0^{\circ}C$, 5$25^{\circ}C$, 55$0^{\circ}C$, 575$^{\circ}C$, $600^{\circ}C$, $700^{\circ}C$, 80$0^{\circ}C$, and 90$0^{\circ}C$, and environmental condition of heat treatment under vacuum or air. Cutting conditions were considered as no cutting, one side cutting, and two side cutting. Tensile test was also conducted on Nitinol shape memory alloy to investigate thermomechanical characteristics by varying with annealing heat treatment histories. According to the results, annealing treatment and cutting conditions were found to significantly affect on phase transformation and thermomechanical characteristics of Nitinol shape memory alloy.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.38
no.2
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pp.129-134
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2010
The influence of the strain-rate on the thermomechanical characteristics of shape memory alloys (SMAs) is numerically investigated. The three-dimensional SMA constitutive equations of strain-rate effect is developed. The strain-rate effect is taken into account by introducing a coupling equation between the production rate of martensite and the temperature change. For the numerical results, the SMA algorithm is implemented into the ABAQUS finite element program. Numerical simulation shows that the pseudoelasticity of SMA may significantly be changed by considering the strain-rate due to the temperature change.
In this article, experimental training of the commercial available shape memory alloy fibre (SMA) fibre under the combined thermomechanical loading is reported. SMA has the ability to sense a small change in temperature (${\geq}10^{\circ}C$) and activated under the external loading and results in shape change. The thermomechanical characteristics of SMA at different temperature and mechanical loading are obtained through an own lab-scale experimental setup. The analysis is conducted for two types of the medium using the liquid nitrogen (cold cycle) and the hot water (heat cycle). The experimental data indicate that SMA act as a normal wire for Martensite phase and activated behavior i.e., regain the original shape during the Austenite phase only. To improve the confidence of such kind of behavior has been verified by inspecting the composition of the wire. The study reveals interesting conclusion i.e., while SMA deviates from the equiatomic structure or consist of foreign materials (carbon and oxygen) except nickel and titanium may affect the phase transformation temperature which shifted the activation phase temperature. Also, the grain structure distortion of SMA wire has been examined via the scanning electron microscope after the thermomechanical cycle loading and discussed in details.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2003.10a
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pp.172-175
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2003
Thermomechanical behavior of Al-Mg-Si alloys have been studied to investigate the effect of microstructural features such as pre-existing substructure and distribution of particles on the deformation characteristics. The controlled compression tests have been carried out to get the basic information on how the alloy responds to temperature, strain amount and strain rate. Then hot forging of Al-Mg-Si alloys has been carried out and analyzed by the comparison with the compression tests. Microstructural features after forging have been discussed in terms of the thermomechanical response of Al-Mg-Si alloys. As already well mentioned, we have found that the deformation of Al-Mg-Si at the elevated temperature brought the recovered structure on most conditions. In a certain time, however, abnormally large grains have been found as a result of deformation assisted grain growth, which means that hot forging of Al-Mg-Si alloys could lead to a undesirable microstructural variation and the consequent mechanical properties such as fatigue strength.
Thermomechanical behavior of Al-Mg-Si alloys was studied to investigate the effect of microstructural features such as pre-existing substructure and distribution of particles on the deformation characteristics. The controlled compression tests were carried out to get the information on how the alloy responds to temperature, strain amount and strain rate. Then hot forging of Al-Mg-Si alloys carried out and analyzed by the comparison with the compression tests. Microstructural features after forging were discussed in terms of the thermomechanical response of Al-Mg-Si alloys. As already well mentioned, we found that the deformation of Al-Mg-Si at the elevated temperature brought the recovered structure on most conditions. In a certain time, however, abnormally large grains were found as a result of deformation assisted grain growth, which means that hot forging of Al-Mg-Si alloys could lead to a undesirable microstructural variation and the consequent mechanical properties such as fatigue strength.
Attia, Amina;Bousahla, Abdelmoumen Anis;Tounsi, Abdelouahed;Mahmoud, S.R.;Alwabli, Afaf S.
Structural Engineering and Mechanics
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v.65
no.4
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pp.453-464
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2018
In this paper, an efficient higher-order shear deformation theory is presented to analyze thermomechanical bending of temperature-dependent functionally graded (FG) plates resting on an elastic foundation. Further simplifying supposition are made to the conventional HSDT so that the number of unknowns is reduced, significantly facilitating engineering analysis. These theory account for hyperbolic distributions of the transverse shear strains and satisfy the zero traction boundary conditions on the surfaces of the plate without using shear correction factors. Power law material properties and linear steady-state thermal loads are assumed to be graded along the thickness. Nonlinear thermal conditions are imposed at the upper and lower surface for simply supported FG plates. Equations of motion are derived from the principle of virtual displacements. Analytical solutions for the thermomechanical bending analysis are obtained based on Fourier series that satisfy the boundary conditions (Navier's method). Non-dimensional results are compared for temperature-dependent FG plates and validated with those of other shear deformation theories. Numerical investigation is conducted to show the effect of material composition, plate geometry, and temperature field on the thermomechanical bending characteristics. It can be concluded that the present theory is not only accurate but also simple in predicting the thermomechanical bending responses of temperature-dependent FG plates.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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