Fatigue behavior of a Fe-Mn-Si shape memory alloy used for prestressed strengthening

Ghafoori, Elyas; Hosseini, E.; Leinenbach, Christian; Michels, Julien; Motavalli, Masoud

doi:10.1016/j.matdes.2017.07.055

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“…As shown in Figure 9 and Table 4, the recovery stress increases linearly with the recovery temperature on all the pre-strained specimens. Ghafoori reported the fatigue behavior of the Fe-SMA and reported the recovery stress of 372 MPa on the 2% pre-strained Fe-SMA at 160 • C, referred to as "recovery temperature" in this paper [32]. The recovery stress reported in [32] is somewhat higher than obtained from this paper with 2% pre-strained Fe-SMA and 160 • C heating temperature.…”

Section: Recovery Stress Test Of Fe-smamentioning

confidence: 54%

“…Ghafoori reported the fatigue behavior of the Fe-SMA and reported the recovery stress of 372 MPa on the 2% pre-strained Fe-SMA at 160 • C, referred to as "recovery temperature" in this paper [32]. The recovery stress reported in [32] is somewhat higher than obtained from this paper with 2% pre-strained Fe-SMA and 160 • C heating temperature. In the case of the pre-strain level variable, the 6% or over pre-strained specimen shows somewhat reduced recovery stress when compared to 4% pre-strained one.…”

Section: Recovery Stress Test Of Fe-smamentioning

confidence: 54%

“…The modulus of elasticity was decreased by an average of 9.3% with increase in the pre-strains from 2% to 8%. At 2% pre-strained Fe-SMA, modulus of elasticity of the Fe-SMA with activated SME was 120.93 GPa, which is lower than the 173 GPa reported in [32]. Figure 8 shows the typical temperature-recovery stress behavior of Fe-SMA in this paper.…”

Section: Pre-straining Of Fe-smamentioning

confidence: 59%

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Evaluation of Fe-Based Shape Memory Alloy (Fe-SMA) as Strengthening Material for Reinforced Concrete Structures

et al. 2018

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This paper aims to evaluate potential of an Fe-based shape memory alloy (Fe-SMA) for strengthening civil structures. Mechanical properties of the Fe-SMA were investigated with a direct tensile test, which showed the stress-induced transformation, stress at fracture of the Fe-SMA, and modulus of elasticity. Heating temperature ranging from 110 • C to 220 • C and pre-straining level ranging from 2% to 8% of the Fe-SMA were considered as variables to provoke a shape memory effect (SME), which generates a recovery stress. The recovery stresses ranged from 207.59 MPa to 438.61 MPa, which plays a role in introducing a pre-stressing force to concrete members. Bonding behavior of the Fe-SMA embedded into a groove with a cement-based mortar filler was investigated to determine the required bonding length to fully develop the pre-stressing force of the Fe-SMA with a near-surface mounted (NSM) strengthening technique. All the tested specimens showed slippage failure and suggested a minimum bonding length of 600 mm. The pre-stressing force applied on the concrete can be calculated with the recovery stress of the Fe-SMA. Based on those test results, the Fe-SMA shows sufficient potential to be used as strengthening material for civil structures.

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Section: Recovery Stress Test Of Fe-smamentioning

confidence: 54%

Section: Recovery Stress Test Of Fe-smamentioning

confidence: 54%

Section: Pre-straining Of Fe-smamentioning

confidence: 59%

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Evaluation of Fe-Based Shape Memory Alloy (Fe-SMA) as Strengthening Material for Reinforced Concrete Structures

et al. 2018

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“…The shape memory effect (SME) in FeMnSi based alloys was first discovered by [1][2][3]. Due to low costs, high recovery stresses and its damping capacity the material is considered for use in civil engineering as prestressing or damping element [4][5][6][7][8][9]. The SME is based on the stress-induced austenite fcc (γ) to martensite hcp (ε) transformation.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Recovery stress formation in FeMnSi based shape memory alloys: Impact of precipitates, texture and grain size

2018

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FeMnSi based shape memory alloys are considered for engineering applications such as prestressing of concrete or coupling devices. For this, a high recovery stress is desired which forms when the FeMnSi alloy is first elongated and then heated above the austenite transformation temperature under mechanical constraints. In this work, we study the impact of three different microstructural properties on the recovery stress of Fe17Mn5Si10Cr4Ni1(V,C) shape memory alloys: Precipitates, texture and grain size. Precipitates allowed varying the recovery stress in a broad range between 255MPa and 564MPa. A recovery stress of 564MPa was achieved by a combination of a high materials yield strength σ0.1 of 536MPa and a shape recovery of 14%. The [001] grain orientation with a low Schmid factor has a beneficial impact on the recovery stress due to a higher yield strength when compared with the [011] orientation. A decrease of the grain size caused a Hall-Petch strengthening but had no influence on the recovery stress. However the pseudo-elasticity increased for a decrease of grain size.

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“…Eine Materialcharakterisierung der an der EMPA entwickelten eisenbasierten Formgedächtnislegierung FE‐17Mn‐5Si‐10Cr‐4Ni‐1(V,C) (mass %) wurde in durchgeführt. Das Ermüdungsverhalten dieser Legierung wurde in untersucht.…”

Section: Materialienunclassified

Selbstvorspannende ultrahochfeste Betonelemente

Kromoser¹,

Strieder²,

Kirnbauer

2019

Beton und Stahlbetonbau

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1 Einleitung Beton ist charakterisiert durch eine verhältnismäßig hohe Druckfestigkeit und eine vergleichsweise niedrige Zugfestigkeit. Um das Material möglichst effizient nutzen zu können, müssen Baustrukturen so gestaltet werden, dass hauptsächlich Druckspannungen und nur geringe Zugspannungen auftreten. Oft führen externe Lasten jedoch zu einer Biegebeanspruchung, die sich insbesondere bei dünnwandigen Bauteilen negativ auswirkt. Aufgrund der kleinen statischen Nutzhöhe z. B. bei Schalentragwerken führt dies auch schon bei geringen Beanspruchungen zu relativ hohen Zugbeanspruchungen und in weiterer Folge zu Rissen. Diese sind insbesondere bei Bauteilen mit hohen optischen Anforderungen wie Fassadenplatten oder bei Bauteilen mit hohen Dichtigkeitsanforderungen wie Rohren oder Wasserbehältern problematisch. Eine Möglichkeit, höhere Biegespannungen unter Gebrauchslast rissfrei aufnehmen zu können, ist eine Vorspannung. Für dünnwandige Bauteile wird aktuell meist eine Vorspannung im sofortigen Verbund verwendet. Nachteilig ist dabei, dass die Spannglieder immer einen geradlinigen Verlauf zwischen den Spannvorrichtungen aufweisen. Eine Umlenkung wäre zwar möglich, ist aber praktisch schwer umsetzbar. Janke et al. [1] haben die Idee beschrieben, dünnwandige gekrümmte Elemente mit Formgedächtnislegierung (FGL) zu bewehren. Die Idee der Autoren ist nun, eine vorgedehnte FGL als Bewehrung zu verwenden und das gesamte Bauteil im Rahmen einer geeigneten Nachbehandlung nach Erreichen einer notwendigen Mindestfestigkeit des Betons thermisch zu aktivieren. Die Betonfestigkeit muss dabei bereits so weit entwickelt sein, dass die Vorspannkräfte aus der Formgedächtnislegierung vom Beton aufgenommen werden können, ohne dass dieser frühzeitig geschädigt Durch thermische Nachbehandlung können die Eigenschaften von Materialien gezielt beeinflusst werden. Ein Beispiel dafür ist Beton. Durch den Erwärmungsprozess können der Aushärtungsprozess beschleunigt und etwaig vorhandene puzzolanische Zuschlagstoffe zugunsten einer Verbesserung der mechanischen Eigenschaften aktiviert werden. Eisenbasierte Formgedächtnislegierungen reagieren unter bestimmten Umständen auch sensitiv auf Temperatureinwirkung. Eine vorab mechanisch eingeprägte Form, die beispielsweise durch Vordehnen hergestellt wird, kann durch eine thermische Behandlung wieder rückgängig gemacht werden. Wird diesem "Formgedächtniseffekt" ein Widerstand entgegengesetzt, so führt dieser zu einer Zugkraft im Metallteil, die gezielt als Vorspannung genutzt werden kann. Bewehrt man nun Beton mit Stäben oder Matten aus einer eisenbasierten Formgedächtnislegierung und behandelt die Bauteile entsprechend thermisch nach, kann ein Selbstvorspannungseffekt erzeugt werden, der sich vorteilhaft auf die Gebrauchstauglichkeit und Steifigkeit der Bauteile auswirkt. Der vorliegende Beitrag gibt einen Überblick über eine erste Machbarkeitsstudie zu diesem Ansatz. Nach einer Beschreibung der verwendeten Ausgangsmaterialien wird eine erste Serie von Dreipunktbiegeversuchen präsentiert, anhand dere...

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Fatigue behavior of a Fe-Mn-Si shape memory alloy used for prestressed strengthening

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Evaluation of Fe-Based Shape Memory Alloy (Fe-SMA) as Strengthening Material for Reinforced Concrete Structures

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Recovery stress formation in FeMnSi based shape memory alloys: Impact of precipitates, texture and grain size

Selbstvorspannende ultrahochfeste Betonelemente

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