zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2019-85-7-55-63zldm-1030Research ArticleИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. МЕХАНИКА МАТЕРИАЛОВ: ПРОЧНОСТЬ, РЕСУРС, БЕЗОПАСНОСТЬTESTING OF STRUCTURE AND PARAMETERS. MECHANICAL TESTING METHODSВлияние предварительного термоциклирования под нагрузкой на величины деформаций, обусловленных эффектом памяти формыThe effect of preliminary thermal cycling under load on the magnitude of the deformations driven by the shape memory effectАндроновИ. Н.AndronovIvan N.

169300, Республика Коми, Ухта, ул. Первомайская, 13

Pervomayskaya ul., 13, Ukhta, Komi Respublika, 169300

ЧурилинаИ. В.ChurilinaIrina V.

169300, Республика Коми, Ухта, ул. Первомайская, 13

Pervomayskaya ul., 13, Ukhta, Komi Respublika, 169300

КрючковС. В.KryuchkovSergei V.

169300, Республика Коми, Ухта, ул. Первомайская, 13

Pervomayskaya ul., 13, Ukhta, Komi Respublika, 169300

БогдановН. П.BogdanovNikolai P.

169300, Республика Коми, Ухта, ул. Первомайская, 13

Pervomayskaya ul., 13, Ukhta, Komi Respublika, 169300

bnp55@mail.ruУхтинский государственный технический университетРоссияUkhta State Technical UniversityRussian Federation2019110820198575563Copyright © Андронов И.Н., Чурилина И.В., Крючков С.В., Богданов Н.П., 20192019Андронов И.Н., Чурилина И.В., Крючков С.В., Богданов Н.П.Andronov I.N., Churilina I.V., Kryuchkov S.V., Bogdanov N.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/1030

Выполнено экспериментальное исследование влияния предварительного термомеханического воздействия (ТМВ) путем термоциклирования под нагрузкой на величины деформаций, обусловленных эффектом памяти формы (ЭПФ). Исследования осуществляли при двух режимах ТМВ: термоциклировании под постоянными нагрузками, величины которых последовательно увеличивали до уровня максимального значения; термоциклировании под постоянными нагрузками, величины которых последовательно уменьшали от уровня максимального значения до нуля. Исследовали гладкие цилиндрические образцы длиной и диаметром рабочей части 33 и 4 мм, выполненные из сплава ТН-1 с характеристическими температурами мартенситных переходов: Mн = 326 К, Mк = 298 К, Aн = 365 К, Aк = 395 К. Опыты осуществляли в режиме термоциклирования через интервалы мартенситных переходов при постоянной величине крутящего момента. Показано, что при первом режиме термомеханического воздействия термоциклирование приводит к монотонному росту деформаций, обусловленных ЭПФ, последующее термоциклирование при той же нагрузке при втором режиме — к заметному увеличению деформации, обусловленной ЭПФ. Предложена логистическая модель явлений мартенситной неупругости в материалах с эффектом памяти формы, основанная на уравнении Ферхюльста, позволяющая достаточно точно описывать деформирование материала на этапах термоциклирования. Разработан расчетно-экспериментальный метод для учета влияния предварительного термомеханического воздействия на деформации, обусловленные ЭПФ.

Results of the experimental study of the effect of preliminary thermomechanical impact (TMI) via thermal cycling under load on the deformations attributed to the shape memory effect (SME) are presented. Two modes of TMA were studied: i) thermal cycling under constant loads, the values of which were sequentially increased to the level of the maximum value; and ii) thermal cycling under constant loads, the values of which are successively reduced from the level of the maximum value to zero. Smooth cylindrical samples with a length and diameter of the working part 33 and 4 mm, respectively, made of TN-1 alloy with characteristic martensitic transition temperatures were used. The experiments were carried out in the mode of thermal cycling through the intervals of martensitic transitions at a constant value of torque. It is shown that thermocycling in conditions of mode (i) leads to a monotonic growth of the SME induced deformations, whereas subsequent thermocycling at the same load in conditions of mode (ii) leads to a noticeable increase in the SME induced deformations. A logistic model of the phenomena of martensite inelasticity observed in the materials with shape memory effect is proposed on the base of the Verhulst logistic equation which provides a fairly accurate description of the material deformation during all the stages of thermal cycling. A computational-experimental method has been developed to take into account the effect of a preliminary thermomechanical impact on SME induced deformations.

эффект памяти формыдеформацияобусловленная эффектом памяти формыматериалы с памятью формыинтервалы мартенситных переходовтермомеханическое воздействиекоэффициент термомеханического воздействияshape memory effectdeformation induced by shape memory effectintervals of martensite transitionsthermomechanical impactthermomechanical impact coefficientReferencesЛихачев В. А., Кузьмин С. Л., Каменцева З. П. Эффект памяти формы. — Л.: Изд. ЛГУ, 1987. — 216 с.Likhachev V. A., Kuzmin S. L., Kamentseva Z. P. Shape memory effect. — Leningrad: Izd. LGU, 1987. — 216 p. [in Russian].Прокошкин С. Д., Хмелевская И. Ю., Рыклина Е. П., Браиловский В., Коротицкий А. В., Инаекян К. Э. Возможности управления функциональными свойствами сплавов Ti – Ni с памятью формы методами ТМО. — В сб.: Фундаментальные проблемы современного материаловедения / Под общей ред. В. Е. Громова. — Новокузнецк, 2015. С. 135 – 141.Prokoshkin S. D., Khmelevskaya I. Yu., Ryklina E. P., Brailovsky V., Korotitsky A. V., Inaekyan K. E. Possibilities to control the functional properties of Ti – Ni alloys with shape memory by TMT methods. — In: Fundamental problems of modern materials science / V. E. Gromov, ed. — Novokuznetsk, 2015. P. 135 – 141 [in Russian].Рыклина Е. П., Прокошкин С. Д., Крейцберг А. Ю. Возможности достижения предельно высоких эффектов памяти формы в сплаве Ti-50,0 ат. % Ni в различных структурных состояниях аустенита / Изв. РАН. Серия физическая. 2013. Т. 77. № 11. С. 1644 – 1652.Ryklina E. P., Prokoshkin S. D., Kreitsberg A. Yu. The possibility of achieving extremely high shape memory effects in the alloy Ti-50.0 at. % Ni in various structural states of austenite / Izv. RAN. Ser. Fiz. 2013. Vol. 77. N 11. P. 1644 – 1652 [in Russian].Рыклина Е. П., Прокошкин С. Д., Крейсберг А. Ю. Возможности достижения аномально высоких параметров ЭПФ сплава Ti-50,0 ат. % Ni в различных структурных состояниях аустенита / Известия РАН. Серия физическая. 2013. Т. 77. № 11. С. 1653 – 1663.Ryklina E. P., Prokoshkin S. D., Kreisberg A. Yu. The ability to achieve abnormally high parameters of the SME of the alloy Ti-50.0 at. % Ni in various structural states of austenite / Izv. RAN. Ser. Fiz. 2013. Vol. 77. N 11. P. 1653 – 1663 [in Russian].Беляев С. П., Рубаник В. В., Реснина Н. Н., Рубаник В. В., Ломакин И. В., Рубаник О. Е. Влияние предварительной деформации на функциональные свойства биметаллического композита «TiNi – Сталь» / Вестник тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки. 2010. Т. 15. Вып. 3. С. 1152 – 1154.Belyaev S. P., Rubanik V. V., Resnina N. N., Rubanik V. V., Lomakin I. V., Rubanik O. E. The effect of pre-strain on the functional properties of the TiNi – Steel bimetallic composite / Vestn. Tambov. Univ. Ser. Estestv. Tekhn. Nauki. 2010. Vol. 15. Vyp. 3. P. 1152 – 1154 [in Russian].Плотников В. А., Грязнов А. С., Харламов И. В. Обратимый деформационный ресурс при циклировании термоупругих мартенситных превращений в никелиде титана в условиях механического нагружения / Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2011. Т. 8. № 2. С. 63 – 66.Plotnikov V. A., Gryaznov A. S., Kharlamov I. V. Reversible deformation resource when cycling thermoelastic martensitic transformations in titanium nickelide under mechanical loading / Fund. Probl. Sovrem. Materialoved. 2011. Vol. 8. N 2. P. 63 – 66 [in Russian].Андронов И. Н., Овчинников С. К. Эффекты обратимого формоизменения никелида титана при термоциклировании / Деформация и разрушение материалов. 2005. № 5. С. 28 – 30.Andronov I. N., Ovchinnikov S. K. Effects of reversible shaping of titanium nickelide during thermal cycling / Deform. Razrush. Mater. 2005. N 5. P. 28 – 30 [in Russian].Андронов И. Н., Богданов Н. П., Вербаховская Р. А., Пластинина Е. В., Чурилина Е. В. Влияние циклического термомеханического воздействия на обратимые деформации и энергоемкость никелида титана / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2014. Т. 80. № 1. С. 59 – 62.Andronov I. N., Bogdanov N. P., Verbakhovskaya R. A., Plastinina E. V., Churilina E. V. Effect of cyclic thermomechanical effects on reversible deformations and energy intensity of titanium nickelide / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2014. Vol. 80. N 1. P. 59 – 62 [in Russian].Андронов И. Н., Богданов Н. П., Вербаховская Р. А. Феноменологическое описание поведения материалов с каналами мартенситной неупругости при термоциклировании под нагрузкой / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2009. Т. 75. № 5. С. 47 – 50.Andronov I. N., Bogdanov N. P., Verbakhovskaya R. A. Phenomenological description of the behavior of materials with martensitic inelasticity channels during thermal cycling under load / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2009. Vol. 75. N 5. P. 47 – 50 [in Russian].Заявка 94007969/28 РФ, 1538 МПК G0103/08. Установка для испытания образцов материалов при сложном напряженном состоянии. Полезная модель / Власов В. П., Андронов И. Н., Какулия Ю. Б. — № 94007969/28; заявл. 05.03.94; опубл. 16.01.96.RF Application 94007969/28, 1538 MPK G0103/08. Installation for testing samples of materials under complex stress state / Vlasov V. P., Andronov I. N., Kakulia Yu. B.; applicant and owner UGTU. — N 94007969/28; appl. 05.03.94; publ. 16.01.96 [in Russian].Работнов Ю. Н. Механика деформируемого твердого тела: Учебное пособие для вузов. — М.: Наука, 1988. — 712 с.Rabotnov Yu. N. The mechanics of a deformable solid different. manual for universities. — Moscow: Nauka, 1988. — 712 p. [in Russian].Лихачев В. А., Малинин В. Г. Структурно-аналитическая теория прочности. — СПб.: Изд. Санкт-Петербург, 1993. — 471 с.Likhachev V. A., Malinin V. G. Structural — analytical theory of strength. — St. Petersburg: Izd. Sankt-Peterburg, 1993. — 471 p. [in Russian].Verhulst P. F. Notice sur la loi que la population poursuit dans son accroissement / Correspondance mathématique et physique. 1838. N 10. P. 113 – 121.Verhulst P. F. Notice sur la loi que la population poursuit dans son accroissement / Correspondance mathématique et physique. 1838. N 10. P. 113 – 121.Малыгин Г. А. О кинетике бездиффузионных фазовых превращений мартенситного типа на мезоскопическом уровне / Физика твердого тела. 1993. Т. 35. № 11. С. 2993 – 3002.Malygin G. A. On the kinetics of diffusionless phase transformations of the martensitic type at the mesoscopic level / Fiz. Tv. Tela. 1993. Vol. 35. N 11. P. 2993 – 3002 [in Russian].Андронов И. Н., Богданов Н. П., Уляшева Л. А. Аналитическая модель управления фазой мартенсита под нагрузкой / Прикладная механика и техническая физика. 2009. Т. 50. № 4. С. 196 – 200.Andronov I. N., Bogdanov N. P., Ulyasheva L. A. Analytical model of controlling the phase of martensite under load / Prikl. Mekh. Tekhn. Fiz. 2009. Vol. 50. N 4. P. 196 – 200 [in Russian].Малинин Н. Н. Прикладная теория пластичности и ползучести. — М.: Машиностроение. 1968. — 400 с.Malinin N. N. Applied theory of plasticity and creep. — Moscow: Mashinostroenie, 1968. — 400 p. [in Russian].

The authors declare that there are no conflicts of interest present.