The Effect of Stress Redistribution in a Thick-Walled Sphere Made of Shape Memory Alloy at Direct Phase Transformation under Constant Pressure

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The coupled problems of changing the stress-strain and phase state in a thick-walled spherical shell made of a shape memory alloy, the material of which undergoes a direct thermoelastic phase transformation associated with a decrease in temperature uniformly distributed over the entire volume of the material under the action of constant internal or external pressure, are solved. The effects of significant overstressing of the body layers adjacent to the inner boundary and significant unloading of the layers adjacent to the outer boundary associated with the movement of the phase transition completion front through the material were found.

Full Text

Restricted Access

About the authors

A. A. Movchan

Institute of Applied Mechanics of the RAS

Author for correspondence.
Email: movchan47@mail.ru
Russian Federation, Moscow

A. V. Sharunov

Moscow Aviation Institute

Email: aleksej-sharunov@yandex.ru
Russian Federation, Moscow

References

  1. Lihachev V.A., Kuz’min S.L., Kamenceva Z. P. Shape Memory Effect. Leningrad: Izd.-vo LGU, 1987. 216 p. (in Russian)
  2. Lexcellent С. Shape-Memory Alloys Handbook. ISTE Ltd.; Wiley&Sons Inc., 2013. 379 р.
  3. Lagoudas D. S. Shape Memory Alloys Modeling and Engineering Applications. Springer, 2008. 435 p. https://doi.org/10.1007/978-0-387-47685-8.
  4. Kurdyumov G.V., Handros L. G. On thermoelastic equilibrium in martensitic transformation // Dokl. Phys., 1949, vol. 66, iss. 2, pp. 211–215. (in Russian)
  5. Rabotnov Yu. N. Creep Problems in Structural Members. Moscow: Nauka, 1966. 752 p. (in Russian)
  6. Rabotnov Yu. N. Introduction to Hereditary Mechanics of Solids. Moscow: Nauka, 1977. 384 p. (in Russian)
  7. Rabotnov Yu.N., Papernik L. Kh., Stepanychev E. I. Application of nonlinear theory of heredity to the description of temporal effects in polimeric materials. // Polimer Mech., 1971, vol. 7, no. 1, pp. 63–73.
  8. Dergunov N.N., Papernik L. Kh., Rabotnov Yu. N. Analysis of behavior of graphite on the basis of nonlinear heredity theory // J. Appl. Mech.&Tech. Phys., 1971, no. 1, pp. 235–240.
  9. Rabotnov Yu. N. Suvorova J. V. The non-linear hereditary-type stress-strain relations for metals // Int. J. Solids&Struct., 1978, vol. 14, no. 3, pp. 173–185.
  10. Materials with Shape Memory Effect: Vol. 2 / Ed. by Likhachev V. A. St. Petersburg: Izd-vo NIIH SPbGU, 1998. 374 p. (in Russian)
  11. Lihachev V.A., Malinin V. G. Structural and Analytical Theory of Strength. St. Petersburg: Nauka, 1993. 471 p. (in Russian)
  12. Rabotnov Yu. N. Mechanics of a Straining Solid. Moscow: Nauka, 1988. 712 p. (in Russian)
  13. Volkov A.E., Kukhareva A. S. Calculation of the stress-strain state of a TiNi cylinder subjected to cooling under axial force and unloading // Bull. of the RAS: Physics, 2008, no. 11, pp. 1267–1270.
  14. Volkov A.E., Kukhareva A. S. Calculation of the stress-strain state in an infinite shape memory alloy cylinder during cooling and heating at different speeds // Mech. Compos. Mater.&Const., 2009, vol. 15, no.1, pp. 128–136. (in Russian)
  15. Volkov A. E. Microstructural modeling of alloy deformation under repeated martensitic transformations // Izv. RAS. Ser. Phys., 2002, vol. 66, no. 9, pp. 1290–1297. (in Rusian)
  16. Movchan A. A. Coupling effects in bending problems for beams of a shape memory alloy // J. Appl. Mech.&Tech. Phys., 1998, vol. 39, no. 1, pp. 143–151.
  17. Movchan A. A. Torsion of prismatic beams from shape memory alloys // Mech. of Solids, 2000, no. 6, pp. 119–128.
  18. Movchan A. A. The Selection of the phase transition diagram approximation and model of disappearing of martensite crystals for shape memory alloys // J. Appl. Mech.&Tech. Phys., 1995, vol. 36, no. 2, pp. 300–306.
  19. Raniecki B., Tanaka K., Ziolkowski A. Testing and modeling of NiTi SMA at complex stress state // Mater. Sci. Res. Int. Spec. Techn. Pub., 2001, vol. 2, pp. 327–334.
  20. Lexcellent C., Vivet A., Bouvet C., Calloch S., Blanc P. Experimental and numerical determinations of the initial surface of phase transformation under biaxial loading in some polycrystalline shape-memory alloys // J. Mech.&Phys. Solids, 2002, vol. 50, pp. 2717–2735.
  21. Volkov A.E., Emelyanova E. V., Evard M. E., Volkova N. A. An explanation of phase deformation tension-compression asymmetry of TiNi by means of microstructural modeling // J. Alloys&Comp., 2013, vol. 577, pp. 127–130.
  22. Lomakin E.V., Rabotnov Yu.N. A theory of elasticity for an isotropic body with different moduli in tension and compression // Mech. of Solids, 1978, vol. 13, no. 6, pp. 825–831.
  23. Cisse C., Zaki W., Zineb T. B. A review of constitutive models and modeling techniques for shape memory alloys // Int. J. Plasticity, 2016, vol. 76, pp. 244–284.
  24. Gu X., Zhang W., Zaki W., Moumni Z. An extended thermomechanically coupled 3D rate-dependent model for pseudoelastic SMAs under cyclic loading // Smart Mater. Struct., 2017, vol. 26, art. no. 095047.
  25. Tikhomirova K. Computation of phase and structural deformations in shape memory alloys. One-dimensional model // Mater. Today: Proc., 2017, no. 4, pp. 4626–4630.
  26. Tihomirova K. A. Phenomenological modeling of phase and structural deformations in shape memory alloys. The one-dimensional case // Comput. Mech. Contin. Media, 2018, vol. 11, no. 1, pp. 36–50. (in Russian)
  27. Movchan A.A., Movchan I. A., Sil’chenko L. G. Micromechanical model of non-linear deformation of shape memory alloys under phase and structure transformation // Mech. of Solids, 2010, vol. 45, no. 3, pp. 406–416.
  28. Hachin V.N., Pushin V. G., Kondrat’ev V. V. Titanium Nickelide: Structure and Properties. Moscow: Nauka, 1992. 160 p. (in Russian)
  29. Movchan A.A., Kazarina S. A., Sil’chenko A. L. Experimental identification of a nonlinear deformation model for a shape memory alloy during phase and structural transformations // Russ. Metall., 2019, no. 4, pp. 301–308.
  30. Nushtaev D.V., Zhavoronok S. I. Dynamics of martensite phase transitions in shape memory beams under buckling and postbuckling conditions // IFAC Papers OnLine, 2018, vol. 51, no. 2, pp. 873–878.
  31. Nushtaev D.V., Zhavoronok S. I. Abnormal buckling of thin-walled bodies with shape memory effects under thermally induced phase transitions // Adv. Struct. Mater., 2019, vol. 110, pp. 493–524.
  32. Zhavoronok S. I. On the coupled model of the thermoelastic behavior of a shape memory alloy in intrinsic variables and some statement of buckling problems of shape memory elements // AIP Conf. Proc. Ser. “Int. Conf. of Comput. Meths. in Sci.&Engng. 2020”, 2021, pp. 120004. https://doi.org/10.1063/5.0047900
  33. Movchan A. A. Method of analytical inverting of nonlinear constitutive relations of the combined model of phase and structural deformation of shape memory alloys // AIP Conf. Proc., 2022, vol. 2611, iss. 1, art. no. 100005. https://doi.org/10.1063/5.0120427
  34. Movchan A. A. Phenomenological model of changes in phase-structural deformations in shape memory alloys // Mech. of Solids, 2020, vol. 55, no. 4, pp. 573–583.
  35. Banderia E., Savi M., Monteiro P. Jr. Finite element analysis of shape memory alloy adaptive trusses with geometrical nonlinearities // Arch. Appl. Mech., 2006, vol. 76, pp. 133–144.
  36. Alipour A., Kadkhodaei M., Ghaei A. Finite element simulation of shape memory alloy wires using a user material subroutine: Parametric study on heating rate, conductivity, and heat convection // J. Intell. Mater. Syst.&Struct., 2015, vol. 26, iss. 5, pp. 1–19.
  37. Zolochevskij A.A., Bekker A. A. Introduction to ABAQUS. Har’kov: 2011. 49 p. (in Russian)

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1

Download (90KB)
3. Fig. 2

Download (403KB)
4. Fig. 3

Download (99KB)
5. Fig. 4

Download (89KB)
6. Fig. 5

Download (98KB)
7. Fig. 6

Download (110KB)
8. Fig. 7

Download (92KB)
9. Fig. 8

Download (73KB)
10. Fig. 9

Download (80KB)

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».