Термоупругий эффект (память формы)

В некоторых сплавах, в частности, в системе Ni-Ti, наблюдается эффект памяти формы - восстановление первоначально заданной формы тела, измененной пластической деформацией. Память формы реализуется при нагреве деформированного тела (термоупругий эффект).

Один из механизмов этого явления заключается в том, что если пластическая деформация в материале осуществляется только за счет двойникования, то при нагреве возможно энергетически оправданное обратное двойникование, что и обеспечивает восстановление первоначальной формы тела. При этом внутреннее усилие, возвращающее тело в исходную форму, в несколько раз больше внешнего усилия, вызвавшего пластическую деформацию. Возможное появление дислокаций делает деформацию частично необратимой и ухудшает эффект памяти формы, вызывая дополнительные затраты энергии.

Примеры материалов с высокой жесткостью

1. Алмаз – E~900 ГПа,

2. Нитевидные кристаллы C – E~700 ГПа, SiC – E~580 ГПа, Al ₂ O ₃ - 500 ГПа,

3. Бериллий – 300 ГПа.

Конструкционная жесткость

В процессе конструирования изделий производится расчет деталей на жесткость. В результате выявляется такая характеристика жесткости, как величина максимальной допустимой упругой деформации [ Δ L], которая не вызовет нарушение работоспособности изделия. Так, в случае растяжения или сжатия [ Δ L] соответствует изменению линейных размеров детали. Очевидно, что в процессе эксплуатации детали возникающая под действием рабочей нагрузки P _P упругая рабочая деформация Δ L _P должна быть не больше допустимой [ Δ L].

При этом:

Δ L _P = (L ·P _P / S ·E),

где L – длина детали; S – площадь поперечного сечения детали; E – модуль нормальной упругости материала.

Выполнение неравенства Δ L _P < [ Δ L] при заданных L и P _P зависит от S и E. В таком случае высокой жесткости детали можно добиться за счет:

• увеличения S, что чаще всего не оправдано, так как это приводит к росту массы детали и ее габаритов;

• выбора материалов с высоким E.

Материалы	Cu	W	Ti	Mg	Ni	Al	Fe	Mo	Be	ситалл 2MgO · 2Al 2 O 3 · 5SiO 2	композит полимер-углерод
E, ГПа	120	360	110	42	220	70	210	320	300	13,2	180
ρ · g, КН/м3	89	193	45	17,4	89	27	79	102	18,4	28,4	14,7
E/ ρ · g · 10–6, м	1,35	1,87	2,44	2,4	2,47	2,6	2,65	3,1	16,3	4,65	12,2

С точки зрения конструирования деталей для повышения жесткости изделия следует придерживаться следующих рекомендаций:

• замены изгиба растяжением-сжатием,

• увеличение моментов инерции сечения,

• рациональное расположение опор валов,

• усиление участков приложения сосредоточенных сил,

• увеличение жесткости тонкостенных конструкций за счет использования рельефов, отсеков, поперечных связей и т.п.