Design of Vibration Damping Plates with Shape Memory Alloys

Öz

Shape Memory Alloys (SMAs), characterized by their unique properties, have been the focus of extensive research in recent years. This article aims to provide information on the design, production, and application of these alloys as Active Vibration Dampers (AVDs). It mentions the mechanism of shape memory, the vibration damping capabilities, and the various applications of SMAs. The Material and Methods section sheds light on the production stages of a thin rectangular AVD plate made of NiTi and glass fiber-reinforced, epoxy matrix material, with the production variables presented in a table format. The pre-production testing activities of the SMA-reinforced AVD plate are described, and a detailed flowchart (methodology) covering each step of the production process has been developed. In the Findings and Discussion section, it is stated that the proposed methodology in the production of SMA-reinforced AVD will serve as a critical guide. Experimental and finite element vibration data are presented and interpreted through graphs. In the conclusion part of the study, the importance of creating a flow chart is emphasized and thanks to this methodology, ATS production is made easy and understandable. The plate produced with the proposed methodology is shown.

Anahtar Kelimeler

• Active vibration damping
• Composites
• Nitinol
• Vibration experiment

Şekil Hafızalı Alaşımlar ile Titreşim Sönümleyici Plak Tasarımı

Öz

Kendilerine özgü karakteristik özeliklere sahip olan Şekil Hafızalı Alaşımlar (ŞHA), son yıllarda üzerinde en çok çalışma gerçekleştirilen malzemeler olarak dikkati çekmektedir. Bu alaşımların Aktif Titreşim Sönümleyici (ATS) olarak tasarlanması, üretilmesi ve kullanımı ile ilgili bilgi vermek amacı ile hazırlanan bu makalede şekil hafızası mekanizması, titreşim sönümleme yeteneği ve ŞHA’ların kullanım alanlarından bahsedilmiştir. Materyal Metot kısmında NiTi ve cam fiber katkılı, epoksi matris malzemeli ince dikdörtgen bir ATS plağın üretim aşamalarına ışık tutulmuştur ve üretim değişkenleri tablo halinde sunulmuştur. ŞHA katkılı ATS plağın üretim öncesi test faaliyetlerinden bahsedilmiş ve üretim sürecinin her adımını kapsayan detaylı bir akış şeması(metodolojisi) geliştirilmiştir. Bulgular ve Tartışma kısmında, ŞHA takviyeli ATS üretiminde önerilen metodolojinin kritik bir rehber olarak işlev göreceği belirtilmiştir. Deney ve sonlu eleman titreşim verileri grafikler ile sunulmuş ve yorumlanmıştır. Çalışmanın sonuç bölümünde, akış şemasının oluşturulmasının önemi vurgulanmış ve bu metodoloji sayesinde ATS üretimi kolay ve anlaşılır hale getirilmiştir. Önerilen metodoloji ile üretilmiş olan plak gösterilmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Aktif titreşim sönümleyici
• Kompozitler
• Nitinol
• Titreşim deneyi

Kaynakça

1. Akavci, S.S., Yerli, H.R. & Dogan, A. (2007). The First Order Shear Deformation Theory for Symmetrically Laminated Composite Plates on Elastic Foundation. Arabian Journal for Science and Engineering, 32, 341-348.
2. Akdoğan, A. & Nurveren, K. (2002). Akıllı Malzemeler ve Uygulamaları. Machinery MakinaTek, 57, 35.
3. Arın, T. (2008). Şekil bellekli NiTi alaşımlarında kimyasal bileşim-ısıl işlem koşullarının optimizasyonu, Doktora Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi, İstanbul, Türkiye.
4. Balaji, P.S., Rahman, M.E., Moussa, L. & Lau, H.H. (2015). Wire Rope Isolators for Vibration Isolation of Equipment and Structures – A review. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 78. https://doi.org/10.1088/1757-899x/78/1/012001
5. Berthelot, J.M., Assarar, M., Sefrani, Y. & Mahi, A.E. (2008). Damping Analysis of Composite Materials and Structures. Composite Structures, 85(3), 189-204.
6. Brinson, L. C. (1993). One-Dimensional Constitutive Behavior of Shape Memory Alloys: Thermomechanical Derivation with Non-Constant Material Functions and Redefined Martensite Internal Variable. Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 4(2), 229-242. https://doi.org/10.1177/1045389X9300400213
7. Herold, S. & Mayer, D. (2016). Adaptive Piezoelectric Absorber for Active Vibration Control. Actuators, 5(1). https://doi.org/10.3390/act5010007
8. Huang, W. (2002). On the Selection of Shape Memory Alloys for Actuators. Materials & Design, 23(1), 11-19. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/S0261-3069(01)00039-5

9. Johe, R. (2009). Tensile Testing of Nitinol Tubes and Wires with Higher Strain Rates. Journal of Materials Engineering and Performance, 18(5), 836-842. https://doi.org/10.1007/s11665-009-9406-x
10. Kaya, M. (2008). Toz metalürjisi ile üretilen şekil hatırlamalı alaşımların metalürjik ve mekanik karakteristiklerinin incelenmesi, Doktora Tezi, Fırat Üniversitesi, Elazığ, Türkiye.
11. Kaya, M., Cakmak, Ö., Saygili, T.Y. & Atli, K.C. (2016). Şekil Hafızalı Alaşımlarda Martensitik Faz Dönüşümü ve Şekil Hafıza Mekanizması. Selçuk-Teknik Dergisi,15(3), 157-172.
12. Kidner, M. & Brennan, M.J. (1999). Improvıng the Performance of a Vibration Neutraliser by Actively Removing Damping. Journal of Sound and Vibration, 221(4), 587-606. https://doi.org/https://doi.org/10.1006/jsvi.1998.2027
13. Komarizadehasl, S., Mobaraki, B., Ma, H., Lozano-Galant, J.A. & Turmo, J. (2021). Development of a Low-Cost System for the Accurate Measurement of Structural Vibrations. Sensors, 21(18). https://doi.org/10.3390/s21186191
14. Prabhu, R. (2016). Processing and Testing of Hybrid Sandwich Composites for Vibration Damping and Mechanical Properties. Journal of Mechanical Engineering and Automation, 6, 22-27. https://doi.org/10.5923/c.jmea.201601.05
15. Ryhänen, J. (1999). Biocompatibility Evaluation of Nickel-Titanium Shape Memory Metal Alloy, Oulu University Press, ISBN: 951-42-5206-03, Oulu, Finland.
16. Vasudha, N. & Uma Rao, K. (2020). Shape Memory Alloy Properties, Modelling Aspects and Potential Applications - A Review. Journal of Physics: Conference Series, 1706, 012190. https://doi:10.1088/1742-6596/1706/1/012190
17. Otsuka, K. & Wayman, C.M. (1999). Shape Memory Materials, Cambridge University Press, ISBN: 0-521-44487, Cambridge, England.
18. Hashemi, S.M.T. & Khadem, S.E. (2006). Modeling and Analysis of the Vibration Behavior of a Shape Memory Alloy Beam. International Journal of Mechanical Sciences, 48(1), 44-52. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2005.09.011