When no extensometer is available in a generic tensile-compression test carried out by a universal testing machine (for instance the model BIONIX from Material Testing Systems (MTS)), the test results only provide the relative displacement between the machine grips. The test does not provide any information on the local behaviour of the material. This contribution presents the potential of an application of Digital Image Correlation (DIC) toward the reconstruction of the behaviour along the specimen. In particular, the authors test a Ni-Ti shape memory alloys (SMA) specimen with emphasis on the coupling of the two measurement techniques.
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 Mechanical Engineers
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v.18
no.11
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pp.2913-2921
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1994
In SMA(shape memory alloy), the degradation by fatigue is one of the most important problems to be overcome, when SMA is used for robot-actuator material. The actuator is operated repeatitively for long time and its repeating operation develops the fatigue degradation of SMA. The fatigue degradation changes the transformation temperature and deformation behavior and results in inaccurate operation control of robot. Accordingly, the changing behavior of transformation temperature and deformation which results from repeating operation is to be investigated in advance and the scheme to resolve those problems have to be made for the design of actuator. In this study, the fatigue tests were carried out on SMA specimens prepared to have different condition of aging time and pre-strain with the direct-current heating-cooling method, which was a general method of operation in robot actuators. The behavior of transformation temperature and deformation were examined and analyzed in each specimen and the study was performed to establish the optimistic manufacturing condition of SMA against the fatigue degradation.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2009.11a
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pp.453-456
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2009
Impact resistance of shape memory alloy hybrid composite(SMAHC) plates were experimentally investigated. Shape memory alloy(SMA) have large failure strain and failure stress and can absorb large strain energies through phase transformation. SMA wires were embedded in composite plates to improve their weak impact resistance. Tensile tests of SMA wires were performed at various temperature to investigate their thermo-mechanical properties. Low-Velocity impact tests of several types of composite plates with SMA/Al/Fe were performed. Embedding SMA wires was most effective to improve impact resistance of composite plates. The effects of SMA position on impact resistance were also investigated.
Park, Dong-Sung;Lee, Jun-Hee;Lee, Guy-Chang;Park, Young-Chul
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.7
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pp.1223-1231
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2002
Al alloy matrix composite with TiNi shape memory fiber as reinforcement has been fabricated by hot pressing to investigate microstructures and mechanical properties. The analysis of SEM and EDS showed that the composites have shown good interface bonding. The stress-strain behavior of the composites was evaluated at temperatures between 363K and room temperature as a function of prestrain, and it showed that the yield stress at 363K was higher than that of the room temperature. Especially, the yield stress of this composite increases with increasing the amount of prestrain, and it also depends on the volume fraction of fiber and heat treatment. The smartness of the composite is given due to the shape memory effect of the TiNi fiber which generates compressive residual stress in the matrix material when heated after being prestrained. Microstructural observation has revealed that interfacial reactions occur between the matrix and fiber, creating two intermetallic layers.
Nitinol is an alloy of nickel and titanium. Nitinol is one of the shape memory alloys(SMA) that are restored to a remembered form, changing the crystal structure at a given temperature. Because of these unique features, it is used in medical devices, high precision sensors, and aerospace industries. However, the conventional method of mechanical machining for nitinol has problems of thermal and residual stress after processing. Therefore, the electrochemical machining(ECM), which does not produce residual stress and thermal deformation, has emerged as an alternative processing technique. In addition, to replace the existing experimental planning methods, this study used deep neural network(DNN), which is the basis for AI. This method was shown to be more useful than conventional method of design of experiments(RSM, Taguchi, Regression) by applying deep neural network(DNN) to electrochemical machining(ECM) and comparing root mean square errors(RMSE). Comparison with actual experimental values has shown that DNN is a more useful method than conventional method. (DOE - RSM, Taguchi, Regression). The result of the machining was accurately and efficiently predicted by applying electrochemical machining(ECM) and deep neural network(DNN) to the shape memory alloy(SMA), which is a hard-mechinability material.
The nickel-titanium shape memory alloy (SMA), referred to as Nitinol, exhibits a superelastic effect that can be restored to its original shape even if a significant amount of deformation is applied at room temperature, without any additional heat treatment after removal of the load. Owing to these unique material characteristics, it has widely used as displacement control devices for seismic retrofitting in civil engineering fields as well as medical, electrical, electronic and mechanical fields. Contrary to ordinarty carbon steel, superelastic SMAs are very resistant to fatigue, and have force-displacement properties depending on loading speed. The change for the mechanical properties of superelastic SMAs are experimentally inviestigated in this study when loading cycle numbers and loading speeds are different. In addition, the standardized force-displacement properties of such superelastic SMAs are proposed with an aim to efficiently design the seismic retrofitting devices made of these materials.
Shape memory alloys(SMAs) exhibit pseudoelastic behavior, characterized by the recovery of an original shape even after severe deformation, during loading and unloading within appropriate temperature regimes. The distinctive mechanical behavior is associated with stress-induced transformation of austenite to martensite during loading and reverse transformation to austenite upon unloading. To develop a material model for SMAs, it is imperative to consider the difference in moduli of active phases. For example, the Young’s modulus of the martensite is one-third to one half of that of the austenite. The model proposed herein is a modification of the one proposed recently by Ho[17]. The prediction of the behavior of SMAs during unloading before the onset of reverse transformation was improved by introducing a new internal state variable incorporating the variation of the elastic modulus.
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 for Aeronautical & Space Sciences
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v.33
no.11
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pp.1-6
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2005
In this research, the thermomechanical responses of shape memory alloy(SMA) actuators and their applications in the structures combining strip SMA actuators are investigated. The numerical algorithm of the 3-D SMA thermomechanical constitutive equations based on Lagoudas model is developed using user material(UMAT) subroutine written by FORTRAN. For the numerical results, the ABAQUS finite element program has been utilized with UMAT subroutine of the numerical algorithm of SMAs. The interactions between the host structure and SMA strip actuator are numerically investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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