Эффект памяти формы в монокристаллах Cu-Al-Ni, линейные и вращательные двигатели на их основе

Abstract

Экспериментально изучены функциональные свойства монокристаллов сплава Cu−Al−Ni с эффек-том памяти формы (ЭПФ), изготовленных в виде прутков. Образцы испытывались на растяже-ние в условиях, имитирующих работу силовых элементов в линейных и вращательных двигате-лях на ЭПФ в циклическом режиме. По результатам исследований сформулированы базовые прин-ципы построения и условия работы двигателей с силовыми элементами на основе этих моно-кристаллов. Установлены основные соотношения между функциональными свойствами монокристал-лического сплава и основными характеристиками двигателей. Изучены такие характеристики, как максимальный ход штока в линейном двигателе и угол поворота вала во вращательном дви-гателе, максимальные развиваемые сила и момент, а также совершаемая двигателями полезная работа. ВведениеМартенситное превращение, связанное с трансфор-мацией кристаллической структуры твердого тела под воздействием внешней силы, приводит к большим де-формациям неупругого характера, вследствие чего про-исходит изменение первоначальной формы тела. Такие деформации могут быть различного типа -растяжения, сжатия, кручения или изгиба. Восстановление накоплен-ной неупругой деформации и, как следствие, возврат к исходной форме тела могут осуществляться как в процессе разгрузки при постоянной температуре -эффект сверхупругости, так и в процессе нагрева -эффект памяти формы (Shape memory effect -SME). В ряде материалов эти обратимые деформации состав-ляют от нескольких единиц до десяти и более процен-тов [1][2][3][4].При проявлении эффекта памяти формы в процессе нагрева происходит генерация напряжений в объеме материала, что приводит в случае внешнего сопротив-ления к восстановлению формы тела к возникновению реактивной силы [5][6][7][8]. Важным обстоятельством для технических применений данного эффекта является зна-чительное превышение величины реактивной силы над силой, вызвавшей первоначальное изменение формы. Это открывает принципиальную возможность получения полезной механической работы в техническом устрой-стве, в котором " тело" из материала с эффектом памяти является " активно работающим" функциональным сило-вым элементом [8][9][10][11].

Образование дендритной структуры в кристаллах NiFeGaCo при выращивании способом Степанова

“…Следующим логическим этапом исследований, на наш взгляд, должно стать развитие технологии получения подобных кристаллов большой длины и различного заданного сечения, что расширит конструкторские возможности для создания устройств на основе эффектов ЭПФ, СУ и ВСДПФ. Примеры создания устройств на основе профилированных кристаллов CuAlNi с ЭПФ, полученных способом Степанова, продемонстрированы в [8,9]. Ранее нами было показано, что монокристаллы NiFeGaCo могут быть выращены из расплава промышленными методами, например, Чохральского и Степанова, которые позволяют получать высококачественные кристаллы кремния [10] и сапфира [11].…”

Моделирование Работы Привода На Основе Изгибного Силового Элемента, Выполненного Из Материала С Эффектом Памяти

“…При этом компоненты устройств, изготовленные из этих материалов, -функциональные силовые элементы -могут проявлять эффект памяти формы после деформации различного типа -кручения, растяжения, сжатия или изгиба. В работе [7] рассмотрены принципы построения линейных и вращательных циклических двигателей на основе силовых элементов, выполненных из материалов с памятью формы и подвергающихся растяжению. Расчет таких характеристик этих двигателей, как генерируемая сила и перемещение, базируется на предположении об однородности напряженно-деформированного состояния как в поперечном сечении, так и вдоль силового элемента.…”

Эффект локализации деформации в монокристаллах Cu-Al-Ni при изгибе продольной силой

“…На использовании материалов с эффектом памяти формы основан широкий спектр различных устройств, таких как двигатели и приводы для автомобильной промышленности, авиационной и космической техники [1][2][3][4][5]. Технические приложения базируются на способности материалов с эффектами памяти формы и сверхупругости преобразовывать подводимую тепловую энергию в механическую работу за счет изменения формы при термоупругих мартенситных превращениях [6][7][8][9]. С целью изменения формы элементы из материала с эффектом памяти формы могут подвергаться деформациям различного типа: кручения, растяжения, сжатия или изгиба.…”