Дюшекеев К.Д.

УДК 539.371
РЕАКТИВНОЕ УСИЛИЕ ПРЯМОГО БРУСА С ЭФФЕКТОМ ПАМЯТИ ФОРМЫ
Дюшекеев К.Д.
Нарынский государственный университет, Кыргызстан
Во многих конструкциях, содержащих элементы с памятью формы, имеются детали,
работающие на изгиб. И они применяются благодаря, в основном, эффекту генерации
реактивных
усилий
при
стесненном
формовосстановлении
в
процессе
обратного
мартенситного превращения. В большинстве случаев, такие детали изготавливаются в виде
прямого консольного бруса и несут поперечную нагрузку, приложенную к свободному концу
[1]. При таком приложении нагрузки, естественно, нормальное напряжение распределяется
по длине бруса линейно, достигая максимальных значений у заделки. Возникает
естественный вопрос, что будет ли распределение реактивных усилий по длине бруса также
аналогично распределению напряжений.
В настоящей работе излагается
результаты экспериментального исследования
реактивного усилия консольного бруса при поперечном изгибе.
Суть эксперимента заключается в следующем. Брус подвергается изгибу поперечной
силой, приложенной к его свободному концу. Деформирование проводится таким образом,
чтобы после снятия нагрузки оставался остаточный прогиб концевого сечения бруса. Затем
брус "закрепляется" в каком-либо сечении и нагревается через интервал температур
обратного мартенситного превращения, в результате чего на месте закрепления брус
генерирует
реактивное
усилие.
Ставится
задача
экспериментального
определения
реактивного усилия бруса в его различных сечениях.
Эксперименты проводились на специально сконструированной установке. Прогиб
бруса измеряли индикатором часового типа с ценой деления 0,01мм. Температуры измеряли
хромель-алюмелевой термопарой. Характеристические температуры фазовых превращений
материала бруса следующие: МН=300С, МК= -70С, АН=70С, АК=400С. Перед каждым
испытанием образец отжигали при температуре 4500С
с последующим охлаждением вместе
с печкой. Испытуемый образец, изготовленный из никелида титана, имеет длину 80 мм,
прямоугольное поперечное сечение высотой 1,9мм и шириной 19,3мм.
фазовый прогиб
бруса получали двумя способами:
Остаточный
1) активным нагружением в
мартенситном состоянии и 2) охлаждением под некоторой силой из аустенитного состояния
в мартенситное. Причем брус нагружается во всех экспериментах только в одном сечении –в
его свободном конце.
Результаты экспериментов приведены на рис. 1 и 2. На рис. 1 показано значение
реактивного усилия в различных сечениях бруса в том случае, когда остаточные прогибы
получены при активном нагружении. Активное нагружение образца проводилось для трех
уровней максимального значения нагрузки 10.3 Н, 11.7 Н и 13.2 Н, что соответствует
значению нормальных напряжений (при подсчете по формулам упругости) у опоры 1.49, 1.69
и 1.91 МПа. После полной разгрузки остаточные прогибы
свободного конца бруса
составляли соответственно 1.5, 3 и 3.5 мм. Затем брус нагревали, при температуре начала
обратного мартенситного превращения он начинал восстанавливать свою первоначальную
форму. Следя за остаточным прогибом интересующего нас сечения,
добивались его
постоянства, догружая брус, как только значение прогиба начинало меняться. Принимая
значение догружающей нагрузки за реактивное усилие, возникающее в этом сечении,
получили зависимость, показанную на рис.1. Здесь кривые 1, 2 и 3 соответствуют
максимальным значения нагрузки 10.3 Н, 11.7 Н и 13.2 Н.
На рис. 2 показана аналогичная зависимость, при этом остаточные прогибы получены
в процессе прямого мартенситного превращения под некоторой начальной нагрузкой. Здесь
кривые 1 , 2 и 3 соответствуют начальным нагрузкам 1.96, 2.45 и 2.94 Н. Т.е., брус в
аустенитном состоянии нагружали начальной нагрузкой и под этой нагрузкой охлаждали
ниже температуры Мк, разгружали и дальше определяли реактивное усилие.
R, Н
60
R, Н
60
3
40
40
2
1
20
3
2
20
l , мм
0
l , мм
1
0
0
20
40
60
80
100
Рис.1. Распределение реактивного
усилия по длине бруса.
(Остаточные прогибы получены
при изотермическом активном
нагружении)
0
20
40
60
80
100
Рис.2. Распределение реактивного
усилия по длине бруса.
(Остаточные прогибы получены
при
прямом
мартенситном
превращении)
Как видно из рисунков, чем ближе сечение, в котором определяется реактивное
усилие, к опоре, тем больше значение реактивного усилия. Но, вблизи самой опоры
реактивное усилие резко падает.
Такое явление можно объяснить тем, что начиная со
свободного конца до некоторого сечения, являющегося границей упругой и упруго-фазовой
областей, влияние упругих деформаций на реактивное усилие постепенно уменьшается. А
при перемещении точки определения реактивного усилия с граничного сечения к опоре
уменьшается объем накопленной фазовой деформации, следовательно, уменьшается
значение реактивного усилия.
Литература
1. A.I. Razov. Application of Titanium Nickelide–Based Alloys in Engineering//The
Metals and Metallography, Vol. 97, Suppl. 1, 2004, pp. S97–S126.
Physics of