Caractérisation multi-axiale des alliages à mémoire de forme

Settouane, Karim Larbi (2003). Caractérisation multi-axiale des alliages à mémoire de forme. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Dans le but de mettre au point des outils de conception fidèles à la réalité, les alliages à mémoire de forme doivent être étudiés selon différents cas de chargement complexes afin de développer des modèles qui prédiront convenablement la réponse de ces matériaux sous sollicitations multi-axiales.

Le matériau étudié dans le cadre de ce travail est un alliage titane-nickel qui ne présente pas le phénomène de superélasticité à haute température. Dans les AMF, à haute température, la limite élastique correspond à la limite de transformation du matériau de l'austénite en martensite. À basse température, cette limite correspond à la limite du début de réorientation de la martensite. Une série d'expériences ont donc été menées à différentes températures afin de déterminer dans quelle mesure ces limites obéissent au critère de Von Mises.

Dans un premier temps, nous avons conçu des montages expérimentaux permettant de tester des échantillons d'AMF selon des sollicitations multi-axiales à partir d'une machine de traction uni-axiale. La procédure expérimentale et la méthodologie de mesure ont été discutées. Enfin, les résultats ont été analysés et synthétisés.

Il s'avère que le Nitinol étudié à basse température présente une limite de réorientation de la martensite qui obéit au critère d'énergie de distorsion maximale de Von Mises. À haute température, il apparaît aussi, selon les expériences menées, que la limite du début de martensite satisfait également le critère de Von Mises. Cependant, les résultats obtenus ne permettent pas d'affirmer si la superélasticité à haute température obéit également au critère de Von Mises car de toute évidence, des déformations plastiques sont générées dans l'échantillon lors des chargements.

Titre traduit

Multiaxial characterization of shape memory alloys

Résumé traduit

The mechanical behavior of shape memory alloys (SMA) under tensile loading is well known but their behavior under multiaxial loading is not so well documented. However, the industrial applications of SMA exclusively under tensile loading are very rare. In order to develop design tools closer to reality, SMA should be studied under multiple and complex loading cases. Models could then be developed to accurately predict the response of these materials under multiaxial loading.

The material studied in this project is a shape memory alloy of Titanium-Nickel that does not show a superelastic phenomena at high temperature.

In shape memory alloys (Ninitnol in this case), the elastic limit represents the onset of the phase transformation of themartensite to austenite at high temperature, whereas at low temperature, this limit represents the martensitic reorientation stress. The purpose of this work is to conduct a series of experiments aiming to show whether these limits follow systematically the Von Mises plasticity criteria.

Prior to the mechanical tests, samples of the SMA were analysed by a differential scanning calorimeter (DSC) in order to establish the onset temperatures of both the forward and the reverse transformations.

The first stage is the design of experimental assemblies allowing the multiaxial loading of SMA samples using a tensile testing machine. Samples adapting to these assemblies (cruciform Nitinol samples) have also been manufactured. The following step was the realization of the tests. Tests have been conducted in both uniaxial tension and biaxial tension. The whole experimental procedure and the methodology of measurement are discussed. Finally the results of these different tests have been analyzed and synthesized.

They will eventually be used to develop models that properly predict the behavior of these alloys.

The results of this study have indeed shown that at low temperature as well as at high temperature, the onset of martensitic reorientation (at low temperature) and the onset of the austenite to martensite transformation (at high temperature) follow a Von Mises criteria. However, due to plastic deformations, it is unclear that the superelasticity of this particular alloy is governed by the Von Mises criteria.

A better knowledge of the SMA behavior under various combined loadings will lead to a better use of their mechanical properties in new industrial applications.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie mécanique". Bibliogr.: f. [118]-[120].
Mots-clés libres:	Alliage, Caracterisation, Forme, Mecanique, Memoire, Multiaxial, Nitinol, Pluriaxial, Thermique, Titane-Nickel
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Terriault, Patrick
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt:	06 mai 2011 20:49
Dernière modification:	18 oct. 2016 01:09
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/742

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