引張圧縮非対称性とラチェット効果を考慮した形状記憶合金の温度依存モデル

A Temperature-Dependent Model of Shape Memory Alloys Considering Tensile-Compressive Asymmetry and the Ratcheting Effect.

• Longfei Wang
• Peihua Feng
• Ying Wu
• Zishun Liu

抄録

引張-圧縮非対称性とラチェット効果は、一軸繰返し試験における形状記憶合金（SMA）の2つの重要な特性であり、これまでの研究でも大きな注目を集めてきた。本研究では、残留マルテンサイトの周期的蓄積を考慮してSMAの内部変数を再定義することにより、複数回の繰返し試験における引張-圧縮非対称性と繰返しラチェット効果を同時に反映するSMAの構成モデルを提案する。この構成モデルは温度依存性を有しており、高温での擬似弾性と低温での形状記憶効果を含む、引張-圧縮繰返し試験中のSMAの典型的な特徴を合理的に捉えるために用いることができる。さらに、提案したモデルは、異なるピーク値と谷値を持つ応力を加えられたSMAの繰返し機械的挙動を、引張圧縮下で予測することができます。提案モデルから得られた予測値と公表されている実験データとの間には一致が見られ、提案した新しいSMAの構成モデルが実現可能であることが確認された。

Tensile-compressive asymmetry and the ratcheting effect are two significant characteristics of shape memory alloys (SMAs) during uniaxial cyclic tests, thus having received substantial attention in research. In this study, by redefining the internal variables in SMAs by considering the cyclic accumulation of residual martensite, we propose a constitutive model for SMAs to simultaneously reflect tensile-compressive asymmetry and the cyclic ratcheting effect under multiple cyclic tests. This constitutive model is temperature dependent and can be used to reasonably capture the typical features of SMAs during tensile-compressive cyclic tests, which include the pseudo-elasticity at higher temperatures as well as the shape-memory effect at lower temperatures. Moreover, the proposed model can predict the cyclic mechanical behavior of SMAs subjected to applied stresses with different peak and valley values under tension and compression. Agreement between the predictions obtained from the proposed model and the published experimental data is observed, which confirms that the proposed novel constitutive model of SMAs is feasible.