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.
Proceedings of the Korean Powder Metallurgy Institute Conference
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1998.10b
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pp.7-7
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1998
Research activities of Russian Medical Engineering Center and Institute of Medical Materials of Shape Memory Alloys and Implants are presented as follows: ${\bullet}$ The direction of elaboration of porous shape memory alloys for medicine. ${\bullet}$ Medical and technical requirements and physical and mechanical criteria of porous shape memory implants elaboration. ${\bullet}$ Basic laws of heat-, stress- and strain-induced changes of mechanical properties, shape memory effect and superelasticity in porous TiNi-based alloys. ${\bullet}$ Methods of regulation of shape memory effect parameters in porous alloys and methods for controlling the regulation-induced changes of physical and mechanical properties. ${\bullet}$ Original technologies of elaboration of porous alloys In various fields of medicine. ${\bullet}$ Arrangement of serial production of shape memory porous implants and examples of their medical use.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.39
no.1
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pp.9-15
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2011
The influence of the strain-rate on the superelastic behaviors of shape memory alloys (SMAs) wires is experimentally and numerically investigated. The one-dimensional SMA constitutive equations considering strain-rate effect is developed. The evolution of stress-strain curves of SMA wires is examined with various strain-rates. Results show that the superelastic behaviors of SMAs may significantly be changed depending on the variation of strain-rate.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.16
no.6
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pp.1-12
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2012
The researches related to active control systems utilizing superelastic shape memory alloys (SMA) have been recently conducted to reduce critical damage due to lateral deformation after severe earthquakes. Although Superelastic SMAs undergo considerable inelastic deformation, they can return to original conditions without heat treatment only after stress removal. We can expect the mitigation of residual deformation owing to inherent recentering characteristics when these smart materials are installed at the part where large deformation is likely to occur. Therefore, the primary purpose of this research is to develop concentrically braced frames (CBFs) with superelastic SMA bracing systems and to evaluate the seismic performance of such frame structures. In order to investigate the inter-story drift response of CBF structures, 3- and 6-story buildings were design according to current design specifications, and then nonlinear time-history analyses were performed on numerical 2D frame models. Based on the numerical analysis results, it can be comparatively verified that the CBFs with superelastic SMA bracing systems have more structural advantages in terms of energy dissipation and recentering behavior than those with conventional steel bracing systems.
Journal of the Korean Academy of Esthetic Dentistry
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v.3
no.1
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pp.32-43
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1995
Ni-Ti alloy has excellent corrosion resistance, biocompatibility, shape memory effect and superelasticity, so it has been used widely in biomedical fields. But it has difficulty in casting due to its high melting temperature and oxygen affinity at high temperature. Recently it has been attempted to cast Ni-Ti alloy using new casting machine and investment. The purpose of this study was to examine the superelastic behavior of cast shape memory Ni-Ti alloy and to compare the mechanical properties of the cast shape memory alloy with those of commercial alloys for removable partial denture framework. Ni-Ti alloy(Ni 50.25%, Ti 49.75% : atomic ratio) was cast with dental argon-arc pressure casting machine and Type IV gold alloy, Co-Cr alloy, Ni-Cr alloy, pure titanium were cast as reference. Experimental cast Ni-Ti alloy was treated with heat($500{\pm}2^{\circ}C$) in muffle furnace for 1 hour. Transformation temperature range of cast Ni-Ti alloy was measured with differential scanning calorimetry. The superelastic behavior and mechanical properties of cat Ni-Ti alloy were observed and evaluated by three point bending test, ultimate tensile test, Vickers microhardness test and scanning electron microscope. The results were as follows : 1. Cast Ni-Ti alloy(Ni 50.25%, Ti 49.75% : atomic ratio) was found to have superelastic behavior. 2. Stiffness of cast Ni-Ti alloy was considerably lesser than that of commercial alloys for removable partial denture. 3. Permanent deformation was observed in commercial alloys for removable partial denture framework at three point bending test over proportional limit(1.5mm deflection), but was not nearly observed in cast Ni-Ti alloy. 4. On the mechanical properties of ultimate tensile strength, elongation and Vickers microhardness number, cast Ni-Ti alloy was similiar to Type IV gold alloy, Co-Cr alloy, Ni-Cr alloy and pure titanium. With these results, cast Ni-Ti alloy had superelastic behavior and low stiffness. Therefore, it is suggested that cast Ni-Ti alloy may be applicated to base metal alloy for removable partial denture framework.
Reinforced concrete (RC) framed buildings dissipate the seismic energy through yielding of the reinforcing bars. This yielding jeopardizes the serviceability of these buildings as it results in residual lateral deformations. Superelastic Shape Memory Alloys (SMAs) can recover inelastic strains by stress removal. Since SMA is a costly material, this paper defines the required locations of SMA bars in a typical RC frame to optimize its seismic performance in terms of damage scheme and seismic residual deformations. The intensities of five earthquakes causing failure to a typical RC six-storey building are defined and used to evaluate seven SMA design alternatives.
This study compares the performance of two smart isolation systems that utilize superelastic shape memory alloys (SMAs) for seismic protection of bridges using energy balance concepts. The first isolation system is a SMA/rubber-based isolation system (SRB-IS) and consists of a laminated rubber bearing that decouples the superstructure from the bridge piers and a SMA device that provides additional energy dissipation and re-centering capacity. The second isolation system, named as superelastic-friction base isolator (S-FBI), combines the superelastic SMAs with a flat steel-Teflon bearing rather than a laminated rubber bearing. Seismic energy equations of a bridge structure with SMA-based isolation systems are established by absolute and relative energy balance formulations. Nonlinear time history analyses are performed in order to assess the effectiveness of the isolation systems and to compare their performance. The program RSPMatch 2005 is employed to generate spectrum compatible ground motions that are used in time history analyses of the isolated bridge. Results indicate that SRB-IS produces higher seismic input energy, recoverable energy and base shears as compared to the S-FBI system. Also, it is shown that combining superelastic SMAs with a sliding bearing rather than rubber bearing significantly reduce the amount of the required SMA material.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2008.04a
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pp.557-561
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2008
Shape memory alloys (SMA) have interesting features which are the superelastic effect (SE), shape memory effect (SME), two-way SME (TWSME), and so on. These are utilized in actuation factor. The thermo-mechanical constitutive equations of SMA proposed by Lagoudas et al. were employed in the present study for simulating SMA truss structures. The constitutive equation includes the necessary internal variables to account for the material transformations and is utilized in the non-linear finite element procedure of three dimensional truss structures that composed SMA bar (wholly or partially). In this study, we observed which element should be actuated to get a desired shape (actuation shape) from computational analysis. To reach this goal, we apply SMA constitutive equation to non-linear finite element formulation. And then, we simulate two-way shape memory effect as well as superelastic effect of various three dimensional truss using SMA.
Large-scale earthquakes pose serious threats to infrastructure causing substantial damage and large residual deformations. Superelastic (SE) Shape-Memory-Alloys (SMAs) are unique alloys with the ability to undergo large deformations, but can recover its original shape upon stress removal. The purpose of this research is to exploit this characteristic of SMAs such that concrete Beam-Column Joints (BCJs) reinforced with SMA bars at the plastic hinge region experience reduced residual deformation at the end of earthquakes. Another objective is to evaluate the seismic performance of SMA Reinforced Concrete BCJs repaired with flowable Structural-Repair-Concrete (SRC). A $\frac{3}{4}$-scale BCJ reinforced with SMA rebars in the plastic-hinge zone was tested under reversed cyclic loading, and subsequently repaired and retested. The joint was selected from an RC building located in the seismic region of western Canada. It was designed and detailed according to the NBCC 2005 and CSA A23.3-04 recommendations. The behaviour under reversed cyclic loading of the original and repaired joints, their load-storey drift, and energy dissipation ability were compared. The results demonstrate that SMA-RC BCJs are able to recover nearly all of their post-yield deformation, requiring a minimum amount of repair, even after a large earthquake, proving to be smart structural elements. It was also shown that the use of SRC to repair damaged BCJs can restore its full capacity.
Helical structures made of superelastic shape memory alloys are widely used as interventional medical devices and active actuators. These structures generally undergo large deformation during expansion or actuation. Currently their behaviour is modelled numerically using the finite element method or obtained through experiments. Analytical tools are absent. In this paper, an analytical approach has been developed for analyzing the mechanical responses of such structures subjected to axial and torsional loads. The simulation results given by the analytical approach have been compared with both numerical and experimental data. Good agreements between the results indicate that the analysis is valid.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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