Formgedächtnislegierungen wie Nitinol zeigen einen superelastischen Effekt. Mit dem Begriff "Superelastisch" werden Materialien beschrieben, die großen Verformungen in Belastungs-/Entlastungszyklen ausgesetzt werden können, ohne permanente Verformungen aufzuweisen.
Nitinol zeigt unter Belastungs-/Entlastungszyklen, sogar bei Dehnungen bis zu 10 - 15 %, eine hysteretische Reaktion, einen Steif-weich-steif-Pfad für Belastung und Entlastung und keine permanente Verformung.
Das Nitinol-Materialmodell ist für Volumenkörper- und Schalenelemente verfügbar.
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| Eine typische Spannungs-/Dehnungsreaktion für einen Nitinol-Stab unter uniaxialen Lastbedingungen. Beachten Sie, dass sich das Material bei Zugspannung und Kompression unterschiedlich verhält.
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Die Spannungs-/Dehnungskurve von Formgedächtnislegierungen zeigt ein erkennbares makroskopisches Verhalten, das in traditionellen Materialien nicht zu finden ist. Dieses Verhalten ist der zugrunde liegenden Makromechanik zuzuschreiben. In Formgedächtnislegierungen finden reversible martensitische Phasentransformationen statt, d. h. diffusionslose Festkörper-Festkörper-Transformationen zwischen einer kristallografisch geordneteren Phase, "Austenit", und einer kristallografisch weniger geordneten Phase, "Martensit".
Die weichen Teile der Reaktionskurve stellen die Bereiche dar, bei denen eine Phasentransformation, eine Umwandlung von Austenit in Martensit (Belastung) und von Martensit in Austenit (Entlastung), stattfindet.
Zur Vereinfachung werden wir das weiche Verhalten auf der Reaktionskurve als "plastisch" und die steifen Bereiche als "elastisch" bezeichnen.
Nach dieser Definition verhält sich das Material zuerst elastisch, bis eine bestimmte Spannung erreicht ist (die anfängliche Fließspannung beim Belasten). Wenn die Belastung zunimmt, zeigt das Material ein elastoplastisches Verhalten, bis die plastische Dehnung den entsprechenden Höchstwert erreicht. Von diesem Punkt an verhält sich das Material unter wachsenden Lasten wieder elastisch.
Beim Entlasten beginnt das Material immer elastisch, bis die Spannung auf die ursprüngliche Fließspannung beim Entlasten verringert wird. Das Material wird dann auf elastoplastische Weise entlastet, bis die gesamte akkumulierte plastische Dehnung (von der Belastungsphase) verloren ist. Von dieser Stelle an wird das Material elastisch entlastet, bis es in seine ursprüngliche Form (keine permanente Verformung) bei Spannung 0 unter Last 0 zurückkehrt.