Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.22
no.3
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pp.103-110
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2018
The long-term flexural behavior of reinforced concrete (RC) beams strengthened with an iron based-shape memory alloys (Fe-SMAs) by a near-surface mounted (NSM) method was evaluated. The pre-strained values of 2% and 4% and introduced prestressing force by an activation of a shape memory effect of the Fe-SMA strengthening material were considered as experimental variables. Deflections at the center of the RC beams were measured for six months after the 1 tonf concrete weight was loaded on the beam. Experimental results show that the deflections decreased because of the increased flexural stiffness of beams strengthened with the Fe-SMA strips. On the contrary, with increased pre-strained values, the deflection increased due to stiffness reduction of the strengthening material. It was confirmed that the specimens incorporating the prestressed force showed the deflection reduction of about 30%, compared to the ones without the prestressed force.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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v.17
no.6
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pp.335-340
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2016
The vibrational energy is prevalent in the natural environment, which is studied by energy researchers as a new energy resource in recent years. Vibration generation utilizes electromagnetic induction technology, piezoelectric technology and certain characteristics of smart materials to convert mechanical energy into electrical energy. In this paper, a new method of using MSMA (magnetic shape memory alloy) to generate electricity is proposed and the principle of generating electricity is demonstrated. Martensitic variants and magnetic domain characteristics of MSMA are analyzed. Combining with Gibbs free energy function thermal theory, the mathematics model of MSMA vibration generator is established. The basic structure of MSMA vibration generator is designed and simulation is done to analyze that the effects of generator output voltage when the input amplitude and frequency of vibration stress change. The simulation experiments verify the feasibility of using MSMA to make the micro vibration generators and the correctness of the mathematical model, which lays a good foundation for the further research and application of MSMA vibration generator.
This paper studies mechanical behavior of the superelastic shape memory alloy (SMA) rods in terms of local deformations and time via tensile loading-unloading cycles for both ends fixed end constraints. Besides the unique stress induced martensitic transformation (SIMT), SMA's time dependent behavior when it is in mixed-phase condition upon loading and unloading, also need careful attention with a view of investigating the local deformation of the structural elements made of the same material. With this perspective, the so-called stress-relaxation tests have been performed to demonstrate and investigate the local strains-total strains relationships with time, particularly, during the forward SIMT. Some remarkable phenomena have been observed pertaining to SIMT, which are absent in traditional materials and those unique phenomena have been explained qualitatively. For example, at the stopped loading conditions the two ends (fixed end and moving end of the tensile testing machine) were in fixed positions. So that there was no axial overall deformation of the specimen but some notable increase in the axial local deformation was shown by the extensometer placed at the middle of the SMA specimen. It should be noted that this peculiar behavior termed as 'inertia driven SIMT' occurs only when the loading was stopped at mixed phase condition. Besides this relaxation test for the SMA specimens, the same is performed for the mild steel (MS) specimens under similar test conditions. The MS specimens, however, show no unusual increase of local strains during the stress relaxation tests.
The present article reported the thermal buckling strength of the sandwich shell panel structure and subsequent improvement of the same by embedding shape memory alloy (SMA) fibre via a general higher-order mathematical model in conjunction with finite element method. The geometrical distortion of the panel structure due to the temperature is included using Green-Lagrange strain-displacement relations. In addition, the material nonlinearity of SMA fibre due to the elevated thermal environment also incorporated in the current analysis through the marching technique. The final form of the equilibrium equation is obtained by minimising the total potential energy functional and solved computationally with the help of an original MATLAB code. The convergence and the accuracy of the developed model are demonstrated by solving similar kind of published numerical examples including the necessary input parameter. After the necessary establishment of the newly developed numerical solution, the model is extended further to examine the effect of the different structural parameters (side-to-thickness ratios, curvature ratios, core-to-face thickness ratios, volume fractions of SMA fibre and end conditions) on the buckling strength of the SMA embedded sandwich composite shell panel including the different geometrical configurations.
Connections play a significant role in strength of structures against earthquake-induced loads. According to the post-seismic reports, connection failure is a cause of overall failure in reinforced concrete (RC) structures. Connection failure results in a sudden increase in inter-story drift, followed by early and progressive failure across the entire structure. This article investigated the cyclic performance and behavioral improvement of shape-memory alloy-based connections (SMA-based connections). The novelty of the present work is focused on the effect of shape memory alloy bars is damage reduction, strain recoverability, and cracking distribution of the stated material in RC moment frames under seismic loads using 3D nonlinear static analyses. The present numerical study was verified using two experimental connections. Then, the performance of connections was studied using 14 models with different reinforcement details on a scale of 3:4. The response parameters under study included moment-rotation, secant stiffness, energy dissipation, strain of bar, and moment-curvature of the connection. The connections were simulated using LS-DYNA environment. The models with longitudinal SMA-based bars, as the main bars, could eliminate residual plastic rotations and thus reduce the demand for post-earthquake structural repairs. The flag-shaped stress-strain curve of SMA-based materials resulted in a very slight residual drift in such connections.
Metallic shape memory alloys present fascinating physical properties such as their super-elastic behavior in austenite phase, which can be exploited for providing a structure with both a self-centering capability and an increased ductility. More or less accurate numerical models have been introduced to model their behavior along the last 25 years. This is the reason for which the literature is rich of suggestions/proposals on how to implement this material in devices for passive and semi-active control. Nevertheless, the thermo-mechanical coupling characterizing the first-order martensite phase transformation process results in several macroscopic features affecting the alloy performance. In particular, the effects of day-night and winter-summer temperature excursions require special attention. This aspect might imply that the deployment of some devices should be restricted to indoor solutions. A further aspect is the dependence of the behavior from the geometry one adopts. Two fundamental lacks of symmetry should also be carefully considered when implementing a SMA-based application: the behavior in tension is different from that in compression, and the heating is easy and fast whereas the cooling is not. This manuscript focuses on the passive devices recently proposed in the literature for civil engineering applications. Based on the challenges above identified, their actual feasibility is investigated in detail and their long term performance is discussed with reference to their fatigue life. A few available semi-active solutions are also considered.
This study proposes a new concept of an axial damper using the combination of shape memory alloy (SMA), friction devices, and polyurethane springs. Although there are many kinds of dampers to limit the damages, large residual deformation may happen and it causes much repairing cost for restoring the structure to the initial position. Also in some of the dampers, a special technology for assembling and fabricating is needed. One of the most important advantages of this damper is the ability to remove all the residual deformation using SMA plates and simple assembling without any special technology to fabricate. In this paper, four different dampers (in presence or omission of friction devices and polyurethane springs) are investigated. All four cases are analyzed in ABAQUS platform under cyclic loadings. In addition, the SMA plates are replaced by steel ones in four cases, and the results are compared to the SMA dampers. The results show that the axial polyurethane friction (APF) damper could decrease the residual deformation effectively. Also, the damper capacity and dissipated energy could be improved. The analysis showed that APF damper is a good recentering damper with a large amount of energy dissipation and capacity, among others.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.05a
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pp.924-927
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2007
In this study, adaptation of two-way shape memory effect of SMA wire to the actuator is examined. Therefore the SMA characteristics which are training, material properties, response time at different thermal cycling rates are tested. During training, permanent deformation is accumulated till a certain number of cycle and then saturated. The amount of two-way strain is unchangeable over all cycle and the slope of strain(or stress)-temperature curve is slower as the increase of applied stress. The rate effect is observed resulted from the thermal distribution which heating profile differs from cooling as thermal cycling time. Using the estimated SMA properties, an experimental test for the simple smart wing is performed.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2005.11a
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pp.145-148
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2005
In this study, adaptation of two-way shape memory effect of SMA wire to the actuator is examined . Therefore the SMA characteristics which are training, material properties, response time at different thermal cycling rates are tested. During training, permanent deformation is accumulated till a certain number of cycle and then saturated. The amow1t of two-way strain is unchangeable over all cycle and the slope of strain(or stress)-temperature curve is slower as the increase of applied stress. The rate effect is observed resulted from the thermal distribution which heating profile differs from cooling as thermal cycling time. Using the estimated SMA properties, an experimental test for the simple smart wing is performed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.41
no.2
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pp.81-85
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2017
Fiber-reinforced polymer composites, which are made by combining a continuous fiber that acts as reinforcement and a homogeneous polymeric material that acts as a host, are engineering materials with high strength and stiffness and a lightweight structure. In this study, a shape memory alloy(SMA) reinforced composite actuator is presented. This actuator is used to generate large deformations in single lightweight structures and can be used in applications requiring a high degree of adaptability to various external conditions. The proposed actuator consists of numerous individual laminas of the glass-fiber fabric that are embedded in a polymeric matrix. To characterize its deformation behavior, the composition of the actuator was changed by changing the matrix material and the number of the glass-fiber fabric layers. In addition, current of various magnitudes were applied to each actuator to study the effect of the heating of SMA wires on applying current.
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