Super-elastic Behavior of Shape Memory Alloys under Proportional Cyclic Loadings

WOSInternational audienceThis paper is concerned with the super-elastic behavior of shape memory alloys under cyclic loads. Particular attention is paid to ratchetting (i.e., evolution of residual strain with the number of cycles). First, a series of uni-axial tensile tests on Cu–Al–Be wires is presented. Then, a macroscopic model is proposed and its parameters are identified from experimental results

A 3D Super-elastic Model for Shape Memory Alloys Taking into account Progressive strain under Cyclic Loadings

WOSInternational audienceThis paper concerns the mechanical behavior of super-elastic polycrystalline shape memory alloys under cyclic loadings. Sometimes, as shown by many experimental observations, a permanent inelastic strain occurs and increases with the number of cycles. A series of cyclic tests has been carried out and used to develop a 3D macroscopic model for the super-elasticity of SMAs able to describe the evolution of permanent inelastic strain during cycles

Modélisation de la superélasticité des alliages à mémoire de forme sous chargement cyclique

Cette étude concerne la superélasticité des Alliages à Mémoire de Forme (AMF) sous chargement cyclique. Une attention toute particulière a été portée sur l'évolution de la déformation résiduelle en fonction du nombre de cycles (similaire à de l'effet rochet en plasticité cyclique des métaux classiques). Pour étudier le comportement cyclique et identifier l'origine de l'apparition de la déformation résiduelle, un essais de traction uniaxiale sur un alliage à base de cuivre a été réalisé. Un modèle macroscopique décrivant le comportement cyclique des AMF superélastiques est proposé. Les particularités de ce modèle sont d'un côté la définition d'un domaine d'élasticité particulier lorsque le matériau est dans un état biphasé, et de l'autre, la description d'une cinétique ad hoc de déformation de transformation prenant en compte l'évolution de la déformation résiduelle. Le modèle proposé a été identifié à partir de l'essai réalisé et utilisé pour simuler un chargement multiaxial cyclique

Modélisation du comportement thermo-mécanique cyclique des alliages à mémoire de forme

La plupart des applications en AMF subissent des chargements cycliques. Afin de dimensionner ces applications, un modèle macroscopique du comportement thermo-mécanique des AMF a été développé. Basé sur un modèle développé précédemment [1,2], il prend en compte la présence de martensite bloquée observée lors des essais, ce qui permet de simuler l'apparition de la déformation résiduelle sous chargements cycliques. Les paramètres du modèle ont ensuite été identifiés et son comportement validé à partir de résultats expérimentaux de chargements thermo-mécaniques cycliques

Dosage de phases dans des matériaux métastables à partir des mesures de la variation de la résistance électrique

La microstructure des alliages métastables varie avec l'histoire thermomécanique du matériau. Au cours d'un chargement thermomécanique, différentes phases cristallographiques peuvent être simultanément présentes dans le matériau et entraîner des contraintes et déformations macroscopiques. Il est donc important de déterminer la proportion de chacune des phases pour comprendre la cinétique de transformation. Cette étude, grâce à une série d'essais basés sur la mesure de résistance électrique, a permis de déterminer les fractions volumiques des différentes phases présentes dans le matériau

Fatigue et auto-échauffement sous sollicitation cyclique des alliages à mémoire de forme.

Les alliages à mémoire de forme (AMF) sont des matériaux capables de recouvrer une grande déformation élastique (jusqu'à 8%) sous chargement thermomécanique. Le mécanisme de déformation à l’origine de cette capacité est un changement de phase solide/solide du type martensitique. Cet alliage est utilisé pour des applications biomédicales ou dans le domaine du transport. Les AMF sont notamment utilisés pour la réalisation d’instrument endodontique. Ils sont utilisés par les dentistes pour réaliser certaines opérations sur les canaux des racines de dents. La propriété super-élastique du Nickel-titane (NiTi) permet aux instruments de s’adapter parfaitement aux géométries des racines de dents. Le comportement thermomécanique de ces alliages est étudié depuis quelques années et plusieurs modèles ont été développés pour décrire ce comportement. En revanche les propriétés en fatigue restent un domaine peu exploré. En effet actuellement lors de la phase de conception de structure utilisant cet alliage, la fatigue n’est pas considérée. Or les dentistes rencontrent des problèmes de rupture en fatigue qui peuvent compliquer la suite de l’opération. Cette étude commence par la réalisation d’essais de fatigue en traction sur éprouvette à faible et à grand nombre de cycles. Ainsi nous obtenons des courbes de fatigue classique (amplitude de chargement en fonction du nombre de cycles à rupture). En parallèle nous utilisons une technique dite rapide appelée essais d’auto-échauffement sous sollicitation cyclique pour déterminer les propriétés de tenue à la fatigue de ces matériaux. Ainsi nous pouvons valider la méthode rapide à l’aide d’essais classiques dans l’optique d’étudier l’influence de différents paramètres du procédé de fabrication sur les propriétés en fatigue des instruments. Pour se rapprocher du chargement vu par les instruments en utilisation des essais de fatigue en flexion rotative sont également réalisés

Étude et modélisation du comportement cyclique des Alliages à Mémoire de Forme

The Shape Memory Alloys are used in many applications. But they generally impose a cyclic loading which is changing their behavior. We studied this behavior by performing an experimental database in superelastic and assisted shape memory effect (recovery strain) showing the appearance of a residual strain during cyclic tests. The application of a thermal flash at the end of these tests was used to determine the origin of this residual strain which is mainly due to residual martensite in the used alloy. A macroscopic model was developed to take into account this aspect of the Shape Memory Alloy behavior. It is a threshold model taking into account the various properties of Shape Memory Alloys such as the tension-compression asymmetry, the return point memory effect, the reorientation of martensite during multiaxial non-proportional loadings and the appearance of jammed martensite during cyclic loadings. The model was implemented in a finite elements code in order to simulate the behavior of structures under cyclic loadings. Its use for validation of the behavior or as a help in the conception was shown on two common applications using Shape Memory Alloys.Les Alliages à Mémoire de Forme sont utilisés dans un grand nombre d'applications. Or celles-ci imposent généralement un chargement cyclique qui fait évoluer leur comportement. Nous avons donc étudié ce comportement en réalisant une base d'essais en super-élasticité et en effet mémoire assisté montrant l'apparition d'une déformation résiduelle au cours du cyclage. À la fin de ces essais l'application d'un flash thermique a permis de déterminer que l'origine de cette déformation résiduelle provient majoritairement de martensite résiduelle pour l'alliage utilisé. Un modèle macroscopique a ensuite été développé afin de prendre en compte cet aspect du comportement des Alliages à Mémoire de Forme. C'est un modèle à seuil permettant de prendre en compte les différentes propriétés des Alliages à Mémoire de Forme telles que la dissymétrie traction-compression, l'effet point-mémoire, la réorientation de la martensite lors de chargements multiaxiaux non-proportionnels ainsi que l'apparition de martensite bloquée lors de chargements cycliques. Le modèle a été implanté dans un code de calcul par éléments finis afin de simuler le comportement de structures sous chargement cyclique. L'utilisation du modèle pour la validation de comportement ou l'aide à la conception a été montrée sur deux applications courantes utilisant des Alliages à Mémoire de Forme

Thermomechanical cyclic behavior modeling of CuAlBe SMA materials and structures

WOSInternational audienceThis paper concerns the behavior of Cu-Al-Be polycrystalline shape memory alloys under cyclic thermomechanical loadings. Sometimes, as shown by many experimental observations, a permanent inelastic strain occurs and increases with the number of cycles. A series of cyclic thermomechanical tests has been carried out and the origin of the residual strain has been identified as residual martensite. These observations have been used to develop a 3D macroscopic model for the superelasticity and stress assisted memory effect of SMAs able to describe the evolution of permanent inelastic strain during cycles. The model has been implemented in a finite elements code and used to simulate the behavior of antagonistic actuators based on SMA springs under cyclic thermomechanical loading with a residual displacement appearance

3D Thermomechanical Model for SMA Behaviors Under Different Type of Cyclic Loadings Enriched by an Experimental Study of the Transformation Kinetic

International audienc

3D thermo-mechanical model for SMA behaviors under different type of cyclic loadings enriched by an experimental study of transformation kinetic

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