بررسی و تحلیل عملکرد ایزولاتورهای ارتعاشی غیرفعال مبتنی بر آلیاژهای حافظه دار شکلی در سامانه های فضایی

پیشرفت های اخیر در حوزه علم مواد و توسعه مواد هوشمند با قابلیت های مکانیکی و ترمومکانیکی منحصربه فرد، زمینه ساز کاربرد گسترده این مواد در سامانه های مهندسی پیشرفته شده است. در این میان، آلیاژهای حافظه دار شکلی به دلیل برخورداری از ویژگی هایی نظیر رفتار شبه الاستیک، اثر حافظه شکلی، میرایی ذاتی و توانایی تحمل کرنش های بزرگ بدون باقی ماندن کرنش پسماند، توجه ویژه ای را در طراحی سیستم های ایزولاسیون و کنترل ارتعاش به خود جلب کرده اند. این ویژگی ها به ویژه در سامانه های حساس هوافضایی، که کاهش ارتعاشات و حفاظت از تجهیزات دقیق از اهمیت بالایی برخوردار است، نقش تعیین کننده ای ایفا می کنند. در این پژوهش، رفتار مکانیکی و قابلیت اتلاف انرژی ارتعاشی یک ایزولاتور مبتنی بر آلیاژ حافظه دار شکلی از جنس نیتینول مورد بررسی قرار گرفته است. ابتدا، مبانی نظری رفتار حافظه شکلی و شبه الاستیک آلیاژهای حافظه دار و مکانیزم های تبدیل فازی آستنیت-مارتنزیت تشریح شده و سپس کاربردهای این مواد در ایزولاسیون ارتعاشی، به ویژه در سامانه های فضایی، مرور گردیده است. در ادامه، به منظور ارزیابی عملکرد ایزولاتور، یک نمونه با هندسه حلقوی طراحی و مدل سازی عددی آن با استفاده از روش المان محدود در نرم افزار ANSYS انجام شده است. رفتار شبه الاستیک آلیاژ نیتینول با تعریف پارامترهای مناسب ماده در مدل عددی لحاظ گردیده و تحلیل کشش استاتیکی تحت اعمال جابه جایی کنترل شده انجام شده است. نتایج حاصل از تحلیل عددی نشان داد که ایزولاتور طراحی شده تحت بارگذاری کششی-فشاری، رفتار هیسترزیسی مشخصی از خود نشان می دهد که بیانگر توانایی مناسب آن در اتلاف انرژی ارتعاشی است. مساحت حلقه هیسترزیس استخراج شده از نمودار نیرو–جابه جایی، به عنوان شاخصی از انرژی تلف شده در هر چرخه بارگذاری، مورد استفاده قرار گرفته و نسبت میرایی معادل سیستم محاسبه شده است. یافته های این پژوهش حاکی از آن است که ایزولاتورهای مبتنی بر آلیاژهای حافظه دار شکلی می توانند به عنوان گزینه ای کارآمد برای کاهش ارتعاشات و افزایش ایمنی سامانه های حساس مهندسی مطرح شوند. همچنین، چارچوب ارائه شده در این مطالعه قابلیت توسعه و به کارگیری در طراحی و تحلیل سایر سامانه های ایزولاسیون ارتعاشی مبتنی بر آلیاژهای حافظه دار شکلی را دارا می باشد.

کلیدواژه ها:

آلیاژ حافظه دار شکلی ، ایزولاتور ارتعاشی غیرفعال ، ماهواره