Influence de la température d’utilisation et du mode de refroidissement sur la réponse pseudo-élastique d’un échantillon en alliages à mémoire de forme utilisé comme actionneur

¹ Université de Batna, Département de Mécanique, Laboratoire d’Innovations en Éco-Conception des Structures et Mécanique Sismique (LIECSMS), 05000 Batna, Algérie
kzidani05@gmail.com
² Université de Batna, Département d’électrotechnique, 05000 Batna, Algérie

Reçu : 26 Juillet 2014
Accepté : 5 Février 2015

Résumé

Les actionneurs en alliage à mémoire de forme (AMF) ont un grand potentiel d’utilisation dans les applications technologiques de pointe où les facteurs de conception tels l’encombrement, le poids et le coût sont cruciaux. Les AMF sont connus pour l’effet mémoire de forme qui est la capacité à retrouver une configuration initiale par simple chauffage après déformation. Ils présentent aussi un comportement pseudo-élastique qui se manifeste par de grandes déformations sous chargement, recouvrables à la décharge. Les mécanismes relativement complexes qui sont à la base de ces propriétés exceptionnelles ont pour origine une transformation au sein du matériau dite transformation martensitique. Cette dernière peut être induite mécaniquement ou thermiquement et provoque des déformations et des changements de température, d’où le comportement non-linéaire hystérétique à fort couplage thermomécanique associé aux AMF. Le présent travail, est une contribution à l’étude de l’influence de paramètres tels la température de fonctionnement et le mode de transfert de chaleur (convection naturelle ou forcée) sur la réponse pseudo-élastique des AMF utilisés comme actionneurs. En se basant sur le formalisme mathématique du modèle de comportement attribué aux auteurs Müller, Achenbach et Seelecke et connu sous la nomination anglaise « MAS model », nous développons une nouvelle méthodologie itérative de résolution du système d’équations couplées. La nouvelle approche donne des résultats très significatifs et permet un gain en temps machine important. Nous avons développés sous la plate forme Matlab un programme de simulation numérique permettant de mettre en évidence l’influence des paramètres température de fonctionnement et mode de transfert de chaleur sur la réponse pseudo-élastique de l’échantillon AMF.

Abstract

Shape memory alloy (SMA) actuators have great potential in advanced technology applications where space, weight, cost and noise are crucial design factors. They are known for the shape memory effect, which is the ability to recover an initial configuration by simple heating after deformation. They also exhibit a behavior called “pseudoelasticity” also known as “superelasticity”, which is the shape recovery associated with mechanical loading and unloading at temperatures above specific values. The key characteristic of SMAs is the martensitic phase transformation, brought about by temperature change and/or by application of stress. Martensitic transformation is usually accompanied by significant changes in mechanical, electrical and thermal properties that render them as prime candidates for the development of smart structures and devices. This work is a contribution to the study of the influence of parameters such as operating temperature and the mode of heat transfer (natural or forced convection) on the pseudoelastic response of SMA used as actuators. Based on the mathematical formalism of the Müller, Achenbach and Seelecke model and known as the « MAS model », we develop through a new mathematical formalism a new iterative resolution methodology of the coupled equations. The new approach provides very significant results and allows a significant gain in computation time.