Comportamento Termoelástico de Vigas SMAHC sob Flexão em duas Temperaturas

Abstract

RESUMONeste trabalho, foi desenvolvido e caracterizado um compósito híbrido com memória de forma (SMAHC) por meio de uma análise teórico-experimental, no regime elástico, envolvendo a fabricação de vigas laminadas. A viga híbrida foi confeccionada em matriz de epóxi reforçada com fios de SMA e mantas de fibras picadas de vidro-E, com e sem bolsa de vácuo, de cura a frio e quente. A viga possui duas camadas de fios, com e sem roving, afastadas simetricamente o máximo possível do plano médio. Também foram produzidas vigas semelhantes, com e sem fios de aço galvanizado. Os módulos de elasticidade à flexão das vigas foram comparados aos módulos de simulações analíticas. O principal objetivo foi avaliar o aumento controlado da rigidez à flexão quando os fios de Ni-Ti (SMA) foram aquecidos, por efeito Joule, de 25°C a 69°C. As vigas de SMAHC, com fração volumétrica de Ni-Ti até 2%, tiveram um aumento no módulo de elasticidade de até 6,53%, apenas mudando a fase dos fios de martensita (25ºC) para austenita (69ºC). Palavras-chave:Liga Ni-Ti com memória de forma, viga SMAHC, comportamento termoelástico. ABSTRACTIn this paper, a shape memory alloy hybrid composite (SMAHC) was developed and characterized by theoretical and experimental analysis, in the elastic regime, involving the fabrication of laminated beams. The hybrid beam was made of epoxy matrix reinforced with SMA wires and E-glass chopped mat, with and without vacuum bag, as well as cold and hot curing. The two plies incorporating wires reinforced with roving or not, were symmetrically distributed along the thickness direction, as far as possible from the beam´s middle surface. Similar specimens were also produced, substituting the Ni-Ti (SMA) wires by cheaper galvanized steel wires. The flexure elasticity modulus of the beams was compared with those obtained analytically. The main objective was to evaluate the bending stiffness of the beams, when the temperature of the Ni-Ti wires was increased by Joule effect, from 25 ºC and 69 ºC. The SMAHC beams, with volume fraction of Ni-Ti up to 2%, presented an increase in the modulus, up to 6.53 %, by changing the phase of the wires, from the martensite (25 ºC) to the austenite (69 ºC).Keywords: Ni-Ti shape memory alloy, SMAHC beam, thermoelastic behavior. INTRODUÇÃOA crescente demanda da sociedade e uma conjuntura favorável para o desenvolvimento de novos materiais viabilizaram um importante avanço tecnológico na área de estruturas adaptativas [1]. Atualmente, em alguns sistemas estruturais existe uma forte tendência à substituição de atuadores convencionais como motores elétricos; atuadores hidráulicos e pneumáticos que aumentam a complexidade e inviabilizam grandes reduções no peso global, por componentes adaptativos [1]. Neste contexto, JANOCHA [2] destacou o importante papel dos materiais inteligentes na inovação tecnológica, atuando, simultaneamente, como sensores e/ou atuadores, bem como componentes estruturais. Dentre esses materiais, encontram-se os piezoelétricos, magnetorestritivos e ligas com memória de forma...

Thermomechanical response of a viscoelastic Ni-Ti – Shape Memory Alloy composite beam

“…The bending modulus of composite cylindrical beams with Ni-Ti bar, showed increases of 18% to 31% that are associated to the effects of the phase change of Ni-Ti wire, from martensite to austenite, induced under conditions of temperature increase in the composite, from 21° C to 56° C. This effect gave the composite the adaptive character and can be used in environments where it is required and under two preferential orientations of 0° and 180° degrees with respect to the axis of application of the load [14].…”

“…One of the most important parameters in the research on composites is the manufacturing methods, so important aspects such as the repeatability of composite characteristics are guaranteed [13], [14]. With regard to the manual winding device, the manufacturing time and the geometric arrangement of the fibers to be wound in the process are the major drawbacks.…”

“…With regard to the manual winding device, the manufacturing time and the geometric arrangement of the fibers to be wound in the process are the major drawbacks. The technique can be improved with a system that adjusts with constant movement as a function of the amount of fiber used for winding [13], [14]. A motor with speed control next to the device can be thought of, however, any error in the speed control inserts vibration in the distribution of the fiber which can affect the repeatability of the process.…”