Uklonske stabilnosti superelastičnih Ni-Ti cevk med cikličnim tlačnim obremenjevanjem: Opredelitev funkcionalno stabilnih cevk za elastokalorično hlajenje

Objavil lahde dne

V sklopu ERC projekta SUPERCOOL smo analizirali uklonsko stabilnost elastokaloričnih cevk in definirali uklonska fazna diagrama, na osnovi katerih lahko določimo funkcionalno stabilne cevke za uporabo v elastokaloričnih napravah. Rezultati so objavljeni v reviji International Journal of Solid and Structures.

Članek je prosto dostopen tukaj: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0020768322004012

Povzetek:

Tehnologija elastokaloričnega hlajenja je nedavno pritegnila veliko pozornosti kot okolju prijazna alternativa parno-kompresijski tehnologiji hlajenja. Temelji na elastokaloričnem učinku, ki je značilen za superelastične zlitine z oblikovnim spominom (ZOS) in se v gradivu pojavi med napetostno povzročeno matenzitno transformacijo. Do danes je bilo razvitih več poskusnih naprav (večinoma na osnovi nateznega obremenjevanja), pri katerih se je kot eden glavnih problemov izkazala omejena življenjska doba elementov iz ZOS zaradi utrujanja. Tlačno obremenjevanje znatno izboljša življenjsko dobo takih naprav, vendar pa lahko pride do pojava strukture nestabilnosti. Za premagovanje tega izziva je ključno razumevanje pojava nestabilnosti pri strukturah iz ZOS, zlasti pri tankostenskih ceveh okroglega prereza, ki se zdijo najbolj primerne geometrije za uporabo v elastokaloričnih hladilnih napravah. V tem delu smo eksperimentalno raziskali vpliv vitkosti (?) in razmerja med premerom in debelino (?out∕?) na stabilnost Ni-Ti cevi, ki so bile izpostavljene cikličnemu tlačnemu obremenjevanju. Skupno smo testirali 161 superelastičnih Ni-Ti cevi z zunanjim premerom (?out) med 2 in 3 mm, z ?out∕? med 5 in 25 in z merilno dolžino (?g) med 6 in 20 mm. Postopek obremenjevanja je bil sestavljen iz treh delov: (I) 1 izotermen cikel obremenjevanja do popolne transformacije, (II) 50 ciklov urjenja in (III) 20 adiabatnih ciklov, s katerimi smo poustvarili razmere v elastokalorični napravi. Izdelali smo dva eksperimentalna fazna diagrama uklonskih oblik. Prvega v prostoru ? – ?out∕? pri konstantnem zunanjem premeru ?out, ter drugega v prostoru ? – ?out pri konstantnem razmerju ?out∕?. V diagramih so označena območja funkcionalno stabilnih cevi, ki podajajo smernice za nadaljnji razvoj vzdržljivih in učinkovitih elastokaloričnih naprav, ter drugih aplikacij, npr. aktuatorjev in dušilnih elementov.