Dankie dat jy Nature.com besoek het.Die blaaierweergawe wat jy gebruik het beperkte CSS-ondersteuning.Vir die beste ervaring, beveel ons aan dat jy 'n opgedateerde blaaier gebruik (of versoenbaarheidsmodus in Internet Explorer deaktiveer).In die tussentyd, om volgehoue ondersteuning te verseker, sal ons die webwerf sonder style en JavaScript weergee.
Aktuators word oral gebruik en skep beheerde beweging deur die korrekte opwekkingskrag of wringkrag toe te pas om verskeie bewerkings in vervaardiging en industriële outomatisering uit te voer.Die behoefte aan vinniger, kleiner en doeltreffender aandrywers dryf innovasie in aandrywingontwerp aan.Shape Memory Alloy (SMA)-aandrywers bied 'n aantal voordele bo konvensionele aandrywers, insluitend 'n hoë krag-tot-gewig-verhouding.In hierdie proefskrif is 'n twee-veer SMA-gebaseerde aktuator ontwikkel wat die voordele van die veeragtige spiere van biologiese sisteme en die unieke eienskappe van SMA's kombineer.Hierdie studie verken en brei vorige SMA-aktueerders uit deur 'n wiskundige model van die nuwe aktuator te ontwikkel wat gebaseer is op die bimodale SMA-draadrangskikking en dit eksperimenteel te toets.In vergelyking met bekende aandrywers gebaseer op SMA, is die aandrywingskrag van die nuwe aandrywing ten minste 5 keer hoër (tot 150 N).Die ooreenstemmende gewigsverlies is ongeveer 67%.Die resultate van sensitiwiteitsanalise van wiskundige modelle is nuttig om ontwerpparameters in te stel en sleutelparameters te verstaan.Hierdie studie bied verder 'n multi-vlak Nde stadium aandrywing aan wat gebruik kan word om dinamika verder te verbeter.SMA-gebaseerde dipvaleraat-spieraktuators het 'n wye reeks toepassings, van bou-outomatisering tot presisie-medisynafleweringstelsels.
Biologiese stelsels, soos die spierstrukture van soogdiere, kan baie subtiele aktueerders aktiveer1.Soogdiere het verskillende spierstrukture wat elkeen 'n spesifieke doel dien.Baie van die struktuur van soogdierspierweefsel kan egter in twee breë kategorieë verdeel word.Parallel en pennate.In die dyspiere en ander fleksors, soos die naam aandui, het die parallelle muskulatuur spiervesels parallel met die sentrale tendon.Die ketting van spiervesels is in lyn en funksioneel verbind deur die bindweefsel rondom hulle.Alhoewel daar gesê word dat hierdie spiere 'n groot uitswaai (persentasie verkorting) het, is hul algehele spierkrag baie beperk.Daarteenoor, in die triceps kuitspier2 (laterale gastrocnemius (GL)3, mediale gastrocnemius (GM)4 en soleus (SOL)) en ekstensor femoris (quadriceps) word 5,6 pennate spierweefsel in elke spier aangetref7.In 'n geveerde struktuur is die spiervesels in die bipennate bespiering aan beide kante van die sentrale tendon teen skuins hoeke (gevylde hoeke) teenwoordig.Pennate kom van die Latynse woord "penna", wat "pen" beteken, en, soos in fig.1 het 'n veeragtige voorkoms.Die vesels van die pennate spiere is korter en skuins na die lengte-as van die spier.As gevolg van die geveerde struktuur word die algehele mobiliteit van hierdie spiere verminder, wat lei tot die transversale en longitudinale komponente van die verkortingsproses.Aan die ander kant lei aktivering van hierdie spiere tot hoër algehele spierkrag as gevolg van die manier waarop fisiologiese deursnee-area gemeet word.Daarom, vir 'n gegewe deursnee-area, sal pennate spiere sterker wees en sal groter kragte genereer as spiere met parallelle vesels.Kragte wat deur individuele vesels gegenereer word, genereer spierkragte op 'n makroskopiese vlak in daardie spierweefsel.Daarbenewens het dit sulke unieke eienskappe soos vinnige krimping, beskerming teen trekskade, kussing.Dit transformeer die verhouding tussen veselinsette en spierkraguitset deur die unieke kenmerke en geometriese kompleksiteit van die veselrangskikking wat met spierlyne van aksie geassosieer word, te ontgin.
Getoon is skematiese diagramme van bestaande SMA-gebaseerde aktuatorontwerpe met betrekking tot 'n bimodale spierargitektuur, byvoorbeeld (a), wat die interaksie van tasbare krag voorstel waarin 'n handvormige toestel wat deur SMA-drade aangedryf word op 'n tweewielige outonome mobiele robot gemonteer is9,10., (b) Robotiese orbitale prostese met antagonisties geplaasde SMA veergelaaide orbitale prostese.Die posisie van die prostetiese oog word beheer deur 'n sein van die okulêre spier van die oog11, (c) SMA-aktuators is ideaal vir onderwatertoepassings as gevolg van hul hoë frekwensierespons en lae bandwydte.In hierdie konfigurasie word SMA-aktuators gebruik om golfbeweging te skep deur die beweging van vis te simuleer, (d) SMA-aktuators word gebruik om 'n mikropyp-inspeksie-robot te skep wat die duimwurmbewegingsbeginsel kan gebruik, beheer deur die beweging van SMA-drade binne kanaal 10, (e) wys die rigting van sametrekking spiervesels en generering van kontraktiele krag in die spierweefsel in die spierweefsel, (draad)em vesel pennate spierstruktuur.
Aktuators het 'n belangrike deel van meganiese stelsels geword as gevolg van hul wye reeks toepassings.Daarom word die behoefte aan kleiner, vinniger en doeltreffender aandrywers krities.Ten spyte van hul voordele, het tradisionele aandrywers bewys dat dit duur en tydrowend is om te onderhou.Hidrouliese en pneumatiese aandrywers is kompleks en duur en is onderhewig aan slytasie, smeerprobleme en komponentfout.In reaksie op die vraag is die fokus op die ontwikkeling van koste-effektiewe, grootte-geoptimaliseerde en gevorderde aktuators gebaseer op slim materiale.Deurlopende navorsing kyk na vormgeheue-legering (SMA) gelaagde aktuators om in hierdie behoefte te voorsien.Hiërargiese aktueerders is uniek deurdat hulle baie diskrete aktueerders kombineer in geometries komplekse makroskaal substelsels om verhoogde en uitgebreide funksionaliteit te verskaf.In hierdie verband bied die menslike spierweefsel wat hierbo beskryf is 'n uitstekende meerlaagse voorbeeld van so 'n meerlagige aandrywing.Die huidige studie beskryf 'n meervlakkige SMA-aandrywing met verskeie individuele dryfelemente (SMA-drade) wat in lyn is met die veseloriëntasies teenwoordig in bimodale spiere, wat die algehele dryfverrigting verbeter.
Die hoofdoel van 'n aktuator is om meganiese kraguitset soos krag en verplasing op te wek deur elektriese energie om te skakel.Vormgeheue-legerings is 'n klas "slim" materiale wat hul vorm by hoë temperature kan herstel.Onder hoë vragte lei 'n toename in die temperatuur van die SMA-draad tot vormherstel, wat lei tot 'n hoër aandryf-energiedigtheid in vergelyking met verskeie direk gebind slim materiale.Terselfdertyd, onder meganiese vragte, word SMA's bros.Onder sekere omstandighede kan 'n sikliese las meganiese energie absorbeer en vrystel, wat omkeerbare histeretiese vormveranderinge vertoon.Hierdie unieke eienskappe maak SMA ideaal vir sensors, vibrasie demping en veral aktuators12.Met dit in gedagte, is daar baie navorsing oor SMA-gebaseerde aandrywers.Daar moet kennis geneem word dat SMA-gebaseerde aktueerders ontwerp is om translasie- en roterende beweging vir 'n verskeidenheid toepassings te verskaf13,14,15.Alhoewel sommige roterende aktuators ontwikkel is, stel navorsers veral belang in lineêre aktuators.Hierdie lineêre aktueerders kan in drie tipes aktueerders verdeel word: eendimensionele, verplasings- en differensiële aktueerders 16 .Aanvanklik is hibriede aandrywers in kombinasie met SMA en ander konvensionele aandrywers geskep.Een so 'n voorbeeld van 'n SMA-gebaseerde hibriede lineêre aktuator is die gebruik van 'n SMA-draad met 'n GS-motor om 'n uitsetkrag van ongeveer 100 N en beduidende verplasing te verskaf17.
Een van die eerste ontwikkelings in aandrywers wat geheel en al op SMA gebaseer is, was die SMA parallelle aandrywing.Deur veelvuldige SMA-drade te gebruik, is die SMA-gebaseerde parallelle aandrywing ontwerp om die kragvermoë van die aandrywer te verhoog deur alle SMA18-drade in parallel te plaas.Parallelle koppeling van aktuators vereis nie net meer krag nie, maar beperk ook die uitsetkrag van 'n enkele draad.Nog 'n nadeel van SMA-gebaseerde aktuators is die beperkte reis wat hulle kan bereik.Om hierdie probleem op te los, is 'n SMA-kabelbalk geskep wat 'n afgebuigde buigsame balk bevat om verplasing te verhoog en lineêre beweging te verkry, maar het nie hoër kragte gegenereer nie19.Sagte vervormbare strukture en materiaal vir robotte gebaseer op vormgeheue-legerings is hoofsaaklik ontwikkel vir impakversterking20,21,22.Vir toepassings waar hoë snelhede vereis word, is daar gerapporteer dat kompakte aangedrewe pompe gebruik maak van dunfilm SMA's vir mikropompaangedrewe toepassings23.Die dryffrekwensie van die dunfilm SMA-membraan is 'n sleutelfaktor in die beheer van die spoed van die bestuurder.Daarom het SMA lineêre motors 'n beter dinamiese reaksie as SMA veer- of staafmotors.Sagte robotika en gryptegnologie is twee ander toepassings wat SMA-gebaseerde aktuators gebruik.Byvoorbeeld, om die standaard-aktuator wat in die 25 N-ruimteklem gebruik word te vervang, is 'n vormgeheue-legerings-parallelle aktuator 24 ontwikkel.In 'n ander geval is 'n SMA sagte aktuator vervaardig gebaseer op 'n draad met 'n ingebedde matriks wat in staat is om 'n maksimum trekkrag van 30 N te produseer. As gevolg van hul meganiese eienskappe word SMA's ook gebruik om aktuators te vervaardig wat biologiese verskynsels naboots.Een so 'n ontwikkeling sluit 'n 12-sel-robot in wat 'n biomimetika is van 'n erdwurmagtige organisme met SMA om 'n sinusvormige beweging tot vuur te genereer26,27.
Soos vroeër genoem, is daar 'n beperking op die maksimum krag wat van bestaande SMA-gebaseerde aktueerders verkry kan word.Om hierdie kwessie aan te spreek, bied hierdie studie 'n biomimetiese bimodale spierstruktuur aan.Gedryf deur vormgeheue-legeringsdraad.Dit bied 'n klassifikasiestelsel wat verskeie vormgeheue-legeringsdrade insluit.Tot op hede is geen SMA-gebaseerde aktueerders met 'n soortgelyke argitektuur in die literatuur gerapporteer nie.Hierdie unieke en nuwe stelsel gebaseer op SMA is ontwikkel om die gedrag van SMA tydens bimodale spierbelyning te bestudeer.In vergelyking met bestaande SMA-gebaseerde aktueerders, was die doel van hierdie studie om 'n biomimetiese dipvaleraat aktuator te skep om aansienlik hoër kragte in 'n klein volume te genereer.In vergelyking met konvensionele stapmotorgedrewe aandrywings wat in HVAC-gebou-outomatisering en beheerstelsels gebruik word, verminder die voorgestelde SMA-gebaseerde bimodale aandrywingsontwerp die gewig van die aandryfmeganisme met 67%.In die volgende word die terme "spier" en "aandrywing" uitruilbaar gebruik.Hierdie studie ondersoek die multifisika-simulasie van so 'n aandrywing.Die meganiese gedrag van sulke stelsels is deur eksperimentele en analitiese metodes bestudeer.Krag- en temperatuurverspreidings is verder ondersoek by 'n insetspanning van 7 V. Vervolgens is 'n parametriese analise uitgevoer om die verband tussen sleutelparameters en die uitsetkrag beter te verstaan.Laastens is hiërargiese aktueerders in die vooruitsig gestel en hiërargiese vlak-effekte is voorgestel as 'n potensiële toekomstige area vir nie-magnetiese aktueerders vir prostetiese toepassings.Volgens die resultate van die voorgenoemde studies, produseer die gebruik van 'n enkelfase-argitektuur kragte wat minstens vier tot vyf keer hoër is as gerapporteerde SMA-gebaseerde aktuators.Daarbenewens is getoon dat dieselfde dryfkrag wat deur 'n multi-vlak multi-vlak aandrywing gegenereer word, meer as tien keer dié van konvensionele SMA-gebaseerde aandrywers is.Die studie rapporteer dan sleutelparameters deur gebruik te maak van sensitiwiteitsanalise tussen verskillende ontwerpe en insetveranderlikes.Die aanvanklike lengte van die SMA-draad (\(l_0\)), die geveerde hoek (\(\alpha\)) en die aantal enkelstringe (n) in elke individuele string het 'n sterk negatiewe effek op die grootte van die dryfkrag.sterkte, terwyl die insetspanning (energie) positief gekorreleer blyk te wees.
SMA-draad vertoon die vormgeheue-effek (SME) wat gesien word in die nikkel-titanium (Ni-Ti) familie van legerings.Tipies vertoon SMA's twee temperatuurafhanklike fases: 'n laetemperatuurfase en 'n hoëtemperatuurfase.Beide fases het unieke eienskappe as gevolg van die teenwoordigheid van verskillende kristalstrukture.In die austenietfase (hoëtemperatuurfase) wat bo die transformasietemperatuur bestaan, vertoon die materiaal hoë sterkte en is swak vervorm onder las.Die legering gedra soos vlekvrye staal, so dit is in staat om hoër aandryfdruk te weerstaan.Deur voordeel te trek uit hierdie eienskap van Ni-Ti-legerings, is die SMA-drade skuins om 'n aktuator te vorm.Toepaslike analitiese modelle word ontwikkel om die fundamentele meganika van die termiese gedrag van SMA onder die invloed van verskeie parameters en verskeie geometrieë te verstaan.Goeie ooreenstemming is verkry tussen die eksperimentele en analitiese resultate.
'n Eksperimentele studie is uitgevoer op die prototipe wat in Fig. 9a getoon word om die werkverrigting van 'n bimodale aandrywing gebaseer op SMA te evalueer.Twee van hierdie eienskappe, die krag gegenereer deur die aandrywing (spierkrag) en die temperatuur van die SMA draad (SMA temperatuur), is eksperimenteel gemeet.Soos die spanningsverskil oor die hele lengte van die draad in die aandrywer toeneem, neem die temperatuur van die draad toe as gevolg van die Joule-verhittingseffek.Die insetspanning is toegepas in twee 10-s-siklusse (getoon as rooi kolletjies in Fig. 2a, b) met 'n 15-s verkoelingsperiode tussen elke siklus.Die blokkeerkrag is gemeet met behulp van 'n piëso-elektriese rekmeter, en die temperatuurverspreiding van die SMA-draad is intyds gemonitor met behulp van 'n wetenskaplike-graad hoë-resolusie LWIR-kamera (sien die kenmerke van die toerusting wat in Tabel 2 gebruik word).wys dat die temperatuur van die draad eentonig toeneem tydens die hoogspanningsfase, maar wanneer geen stroom vloei nie, bly die temperatuur van die draad daal.In die huidige eksperimentele opstelling het die temperatuur van die SMA-draad tydens die afkoelfase gedaal, maar dit was steeds bo die omgewingstemperatuur.Op fig.2e toon 'n momentopname van die temperatuur op die SMA-draad wat vanaf die LWIR-kamera geneem is.Aan die ander kant, in fig.2a toon die blokkeerkrag wat deur die dryfstelsel gegenereer word.Wanneer die spierkrag die herstelkrag van die veer oorskry, begin die beweegbare arm, soos in Figuur 9a getoon, beweeg.Sodra aandrywing begin, kom die beweegbare arm met die sensor in aanraking, wat 'n liggaamskrag skep, soos in fig.2c, d.Wanneer die maksimum temperatuur naby aan \(84\,^{\circ}\hbox {C}\ is), is die maksimum waargenome krag 105 N.
Die grafiek toon die eksperimentele resultate van die temperatuur van die SMA-draad en die krag wat gegenereer word deur die SMA-gebaseerde bimodale aktuator gedurende twee siklusse.Die insetspanning word toegepas in twee 10 sekondes siklusse (getoon as rooi kolletjies) met 'n 15 sekonde afkoelperiode tussen elke siklus.Die SMA-draad wat vir die eksperimente gebruik is, was 'n Flexinol-draad van 0.51 mm deursnee van Dynalloy, Inc. (a) Die grafiek toon die eksperimentele krag wat oor twee siklusse verkry is, (c, d) toon twee onafhanklike voorbeelde van die aksie van bewegende armaktuators op 'n PACEline CFT/5kN piëzo-elektriese kragtransducer, (b) die maksimum temperatuur van die SMA-draad toon die hele temperatuur, (b) momentopname geneem vanaf die SMA-draad met behulp van die FLIR ResearchIR-sagteware LWIR-kamera.Die meetkundige parameters wat in die eksperimente in ag geneem is, word in tabel gegee.een.
Die simulasieresultate van die wiskundige model en die eksperimentele resultate word vergelyk onder die toestand van 'n insetspanning van 7V, soos getoon in Fig.5.Volgens die resultate van parametriese analise en om die moontlikheid van oorverhitting van die SMA-draad te vermy, is 'n drywing van 11,2 W aan die aktuator verskaf.’n Programmeerbare GS-kragbron is gebruik om 7V as die insetspanning te verskaf, en ’n stroom van 1.6A is oor die draad gemeet.Die krag wat deur die aandrywing gegenereer word en die temperatuur van die SDR neem toe wanneer stroom toegepas word.Met 'n insetspanning van 7V is die maksimum uitsetkrag verkry uit die simulasieresultate en eksperimentele resultate van die eerste siklus onderskeidelik 78 N en 96 N.In die tweede siklus was die maksimum uitsetkrag van die simulasie en eksperimentele resultate onderskeidelik 150 N en 105 N.Die verskil tussen okklusiekragmetings en eksperimentele data kan te wyte wees aan die metode wat gebruik word om okklusiekrag te meet.Die eksperimentele resultate wat in fig.5a stem ooreen met die meting van die sluitkrag, wat op sy beurt gemeet is toe die dryfas in kontak was met die PACEline CFT/5kN piëso-elektriese kragomskakelaar, soos in fig.2s.Daarom, wanneer die dryfas nie in kontak is met die kragsensor aan die begin van die verkoelingsone nie, word die krag onmiddellik nul, soos in Fig. 2d getoon.Daarbenewens is ander parameters wat die vorming van krag in die daaropvolgende siklusse beïnvloed, die waardes van die afkoeltyd en die koëffisiënt van konvektiewe hitte-oordrag in die vorige siklus.Uit fig.2b, kan gesien word dat die SMA-draad na 'n 15 sekonde afkoelperiode nie kamertemperatuur bereik het nie en dus 'n hoër aanvanklike temperatuur (\(40\,^{\circ }\hbox {C}\)) gehad het in die tweede rysiklus in vergelyking met die eerste siklus (\(25\, ^{\circ}\hbox {C}\)).Dus, in vergelyking met die eerste siklus, bereik die temperatuur van die SMA-draad tydens die tweede verhittingsiklus die aanvanklike austeniettemperatuur (\(A_s\)) vroeër en bly langer in die oorgangstydperk, wat spanning en krag tot gevolg het.Aan die ander kant het temperatuurverspreidings tydens verhitting- en verkoelingsiklusse verkry uit eksperimente en simulasies 'n hoë kwalitatiewe ooreenkoms met voorbeelde van termografiese analise.Vergelykende analise van SMA draad termiese data van eksperimente en simulasies het konsekwentheid tydens verhitting en verkoeling siklusse en binne aanvaarbare toleransies vir eksperimentele data getoon.Die maksimum temperatuur van die SMA-draad, verkry uit die resultate van simulasie en eksperimente van die eerste siklus, is \(89\,^{\circ }\hbox {C}\) en \(75\,^{\circ }\hbox { C }\, onderskeidelik), en in die tweede siklus is die maksimum temperatuur van die SMA-draad \(94}\,\circle-draad \(94}\,\circle-draad \(94}\,\circle-draad \(94}\,\) }\ hbox {C}\).Die fundamenteel ontwikkelde model bevestig die effek van die vormgeheue-effek.Die rol van moegheid en oorverhitting is nie in hierdie oorsig oorweeg nie.In die toekoms sal die model verbeter word om die spanningsgeskiedenis van die SMA-draad in te sluit, wat dit meer geskik maak vir ingenieurstoepassings.Die aandryfuitsetkrag en SMA temperatuur plotte verkry vanaf die Simulink blok is binne die toelaatbare toleransies van die eksperimentele data onder die toestand van 'n insetspanningspuls van 7 V. Dit bevestig die korrektheid en betroubaarheid van die ontwikkelde wiskundige model.
Die wiskundige model is ontwikkel in die MathWorks Simulink R2020b-omgewing deur gebruik te maak van die basiese vergelykings wat in die Metodes-afdeling beskryf word.Op fig.3b toon 'n blokdiagram van die Simulink-wiskundige model.Die model is gesimuleer vir 'n 7V insetspanningspuls soos getoon in Fig. 2a, b.Die waardes van die parameters wat in die simulasie gebruik word, word in Tabel 1 gelys. Die resultate van die simulasie van verbygaande prosesse word in Figuur 1 en 1 aangebied. Figure 3a en 4. In fig.4a,b toon die geïnduseerde spanning in die SMA-draad en die krag opgewek deur die aktuator as 'n funksie van tyd. Tydens omgekeerde transformasie (verhitting), wanneer die SMA-draadtemperatuur, \(T < A_s^{\prime}\) (stres-gemodifiseerde austenietfase-begintemperatuur), sal die tempo van verandering van martensietvolumefraksie (\(\dot{\xi }\)) nul wees. Tydens omgekeerde transformasie (verhitting), wanneer die SMA-draadtemperatuur, \(T < A_s^{\prime}\) (stres-gemodifiseerde austenietfase-begintemperatuur), sal die tempo van verandering van martensiet-volumefraksie (\(\dot{\ xi }\)) nul wees. Во время обратного превращения (нагрева), когда температура проволоки SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (темпуратура начай ированная напряжением), скорость изменения объемной доли мартенсита (\(\dot{\ xi }\)) будет равно нулю. Tydens die omgekeerde transformasie (verhitting), wanneer die temperatuur van die SMA-draad, \(T < A_s^{\prime}\) (stres-gemodifiseerde austeniet-aanvangstemperatuur), sal die tempo van verandering van die martensiet-volumefraksie (\(\dot{\ xi }\ )) nul wees.在反向转变（加热）过程中，当SMA 线温度\(T < A_s^{\prime}\)（应力修正奥︩度禌正奥︩佷禌氏体体积分数的变化率（\(\dot{\ xi }\)) 将为零。在 反向 转变 （加热） 中 ， 当 当 当 线 温度 \ (t
(a) Simulasieresultaat wat temperatuurverspreiding en spanningsgeïnduseerde aansluitingstemperatuur in 'n SMA-gebaseerde divaleraataktuator toon.Wanneer die draadtemperatuur die austeniet-oorgangstemperatuur in die verhittingstadium kruis, begin die gemodifiseerde austeniet-oorgangstemperatuur toeneem, en insgelyks, wanneer die draadstaaftemperatuur die martensitiese oorgangstemperatuur in die verkoelingstadium kruis, neem die martensietiese oorgangstemperatuur af.SMA vir analitiese modellering van die aktuasieproses.(Vir 'n gedetailleerde oorsig van elke substelsel van 'n Simulink-model, sien die bylaagafdeling van die aanvullende lêer.)
Die resultate van die analise vir verskillende parameterverspreidings word getoon vir twee siklusse van die 7V insetspanning (10 sekondes opwarmsiklusse en 15 sekondes afkoelsiklusse).Terwyl (ac) en (e) die verspreiding oor tyd uitbeeld, aan die ander kant, illustreer (d) en (f) die verspreiding met temperatuur.Vir die onderskeie insettoestande is die maksimum waargenome spanning 106 MPa (minder as 345 MPa, draadvloeisterkte), die krag is 150 N, die maksimum verplasing is 270 µm, en die minimum martensietiese volumefraksie is 0.91.Aan die ander kant is die verandering in stres en die verandering in die volume fraksie van martensiet met temperatuur soortgelyk aan histerese eienskappe.
Dieselfde verduideliking geld vir die direkte transformasie (verkoeling) vanaf die austenietfase na die martensietfase, waar die SMA-draadtemperatuur (T) en die eindtemperatuur van die spanningsgemodifiseerde martensietfase (\(M_f^{\prime}\ )) uitstekend is.Op fig.4d,f toon die verandering in die geïnduseerde spanning (\(\sigma\)) en die volumefraksie van martensiet (\(\xi\)) in die SMA-draad as 'n funksie van die verandering in temperatuur van die SMA-draad (T), vir beide rysiklusse.Op fig.Figuur 3a toon die verandering in die temperatuur van die SMA-draad met tyd, afhangende van die insetspanningspuls.Soos uit die figuur gesien kan word, neem die temperatuur van die draad steeds toe deur 'n hittebron teen nulspanning en daaropvolgende konvektiewe verkoeling te voorsien.Tydens verhitting begin die hertransformasie van martensiet na die austenietfase wanneer die SMA-draadtemperatuur (T) die spanning-gekorrigeerde austenietkernvormingstemperatuur (\(A_s^{\prime}\)) kruis.Tydens hierdie fase word die SMA-draad saamgepers en die aktuator genereer krag.Ook tydens afkoeling, wanneer die temperatuur van die SMA-draad (T) die kernvormingstemperatuur van die spanning-gemodifiseerde martensietfase (\(M_s^{\prime}\)) kruis, is daar 'n positiewe oorgang van die austenietfase na die martensietfase.die dryfkrag verminder.
Die belangrikste kwalitatiewe aspekte van die bimodale aandrywing gebaseer op SMA kan verkry word uit die simulasie resultate.In die geval van 'n spanningspuls-invoer, verhoog die temperatuur van die SMA-draad as gevolg van die Joule-verhittingseffek.Die aanvanklike waarde van die martensietvolumefraksie (\(\xi\)) is op 1 gestel, aangesien die materiaal aanvanklik in 'n ten volle martensietiese fase is.Soos die draad aanhou verhit, oorskry die temperatuur van die SMA-draad die spanning-gekorrigeerde austenietkernvormingstemperatuur \(A_s^{\prime}\), wat lei tot 'n afname in die martensiet-volumefraksie, soos getoon in Figuur 4c.Daarbenewens, in fig.4e toon die verspreiding van beroertes van die aktuator in tyd, en in fig.5 – dryfkrag as 'n funksie van tyd.'n Verwante stelsel van vergelykings sluit temperatuur, martensiet-volumefraksie en spanning in wat in die draad ontwikkel, wat lei tot krimping van die SMA-draad en die krag wat deur die aandrywer gegenereer word.Soos in fig.4d,f, spanningsvariasie met temperatuur en martensiet volume fraksie variasie met temperatuur stem ooreen met die histerese eienskappe van die SMA in die gesimuleerde geval by 7 V.
Vergelyking van dryfparameters is verkry deur eksperimente en analitiese berekeninge.Die drade is vir 10 sekondes aan 'n gepulseerde insetspanning van 7 V onderwerp, daarna vir 15 sekondes (verkoelingsfase) oor twee siklusse afgekoel.Die geveerde hoek is ingestel op \(40^{\sirkel}\) en die aanvanklike lengte van die SMA-draad in elke enkelpenpoot is op 83mm gestel.(a) Meet van die dryfkrag met 'n laaisel (b) Monitering van draadtemperatuur met 'n termiese infrarooi kamera.
Om die invloed van fisiese parameters op die krag wat deur die aandrywer geproduseer word te verstaan, is 'n ontleding van die sensitiwiteit van die wiskundige model vir die geselekteerde fisiese parameters uitgevoer, en die parameters is volgens hul invloed gerangskik.Eerstens is die steekproefneming van modelparameters gedoen met behulp van eksperimentele ontwerpbeginsels wat 'n eenvormige verspreiding gevolg het (sien Aanvullende Afdeling oor Sensitiwiteitsanalise).In hierdie geval sluit die modelparameters insetspanning (\(V_{in}\)), aanvanklike SMA-draadlengte (\(l_0\)), driehoekhoek (\(\alpha\)), voorspanningveerkonstante (\(K_x\ )), die konvektiewe hitte-oordragkoëffisiënt (\(h_T\)) en die aantal unimodale takke (n) in.In die volgende stap is piekspiersterkte as 'n studie-ontwerpvereiste gekies en die parametriese effekte van elke stel veranderlikes op sterkte is verkry.Die tornado plotte vir die sensitiwiteit analise is afgelei van die korrelasie koëffisiënte vir elke parameter, soos getoon in Fig. 6a.
(a) Die korrelasiekoëffisiëntwaardes van die modelparameters en hul effek op die maksimum uitsetkrag van 2500 unieke groepe van die bogenoemde modelparameters word in die tornado-plot getoon.Die grafiek toon die rangkorrelasie van verskeie aanwysers.Dit is duidelik dat \(V_{in}\) die enigste parameter met 'n positiewe korrelasie is, en \(l_0\) die parameter met die hoogste negatiewe korrelasie is.Die effek van verskeie parameters in verskeie kombinasies op piek spierkrag word in (b, c) getoon.\(K_x\) ranges from 400 to 800 N/m and n ranges from 4 to 24. Voltage (\(V_{in}\)) changed from 4V to 10V, wire length (\(l_{0 } \)) changed from 40 to 100 mm, and the tail angle (\ (\alpha \)) varied from \ (20 – 60 \, ^ {\circ }\).
Op fig.6a toon 'n tornadografiek van verskeie korrelasiekoëffisiënte vir elke parameter met piekdryfkragontwerpvereistes.Uit fig.6a kan gesien word dat die spanningsparameter (\(V_{in}\)) direk verband hou met die maksimum uitsetkrag, en die konvektiewe hitte-oordragkoëffisiënt (\(h_T\)), vlamhoek (\ ( \alpha\)) , verplasingsveerkonstante ( \(K_x\)) negatief gekorreleer is met die uitsetkrag van die uitset (l_0)\ van die uitsetkrag (l_0)\ van die aanvangslengte (l_0) van die draad (l_0) en die aanvanklike lengte van die draad (l_0) n) toon 'n sterk omgekeerde korrelasie In die geval van direkte korrelasie In die geval van 'n hoër waarde van die spanningskorrelasiekoëffisiënt (\(V_ {in}\)) dui dit aan dat hierdie parameter die grootste effek op die kraguitset het.Nog 'n soortgelyke analise meet die piekkrag deur die effek van verskillende parameters in verskillende kombinasies van die twee berekeningsruimtes te evalueer, soos getoon in Fig. 6b, c.\(V_{in}\) en \(l_0\), \(\alpha\) en \(l_0\) het soortgelyke patrone, en die grafiek wys dat \(V_{in}\) en \(\alpha\ ) en \(\alpha\) soortgelyke patrone het.Kleiner waardes van \(l_0\) lei tot hoër piekkragte.Die ander twee plotte stem ooreen met Figuur 6a, waar n en \(K_x\) negatief gekorreleer is en \(V_{in}\) positief gekorreleer is.Hierdie analise help om die beïnvloedende parameters te definieer en aan te pas waardeur die uitsetkrag, slag en doeltreffendheid van die dryfstelsel by die vereistes en toepassing aangepas kan word.
Huidige navorsingswerk stel hiërargiese dryfvere met N-vlakke bekend en ondersoek.In 'n twee-vlak hiërargie, soos getoon in Fig. 7a, waar in plaas van elke SMA draad van die eerste vlak aktuator, 'n bimodale rangskikking bereik word, soos getoon in fig.9e.Op fig.7c wys hoe die SMA-draad om 'n beweegbare arm (hulparm) gewikkel word wat net in die lengterigting beweeg.Die primêre beweegbare arm gaan egter voort om op dieselfde manier te beweeg as die beweegbare arm van die 1ste stadium multi-stadium aktuator.Tipies word 'n N-stadium-aandrywing geskep deur die \(N-1\) stadium SMA-draad te vervang met 'n eerste-fase-aandrywing.As gevolg hiervan, boots elke tak die eerste fase-aandrywing na, met die uitsondering van die tak wat die draad self hou.Op hierdie manier kan geneste strukture gevorm word wat kragte skep wat verskeie kere groter is as die kragte van die primêre dryf.In hierdie studie, vir elke vlak, is 'n totale effektiewe SMA-draadlengte van 1 m in ag geneem, soos in tabelformaat in Fig. 7d getoon.Die stroom deur elke draad in elke unimodale ontwerp en die gevolglike voorspanning en spanning in elke SMA-draadsegment is dieselfde op elke vlak.Volgens ons analitiese model is die uitsetkrag positief gekorreleer met die vlak, terwyl die verplasing negatief gekorreleer is.Terselfdertyd was daar 'n afweging tussen verplasing en spierkrag.Soos gesien in fig.7b, terwyl die maksimum krag in die grootste aantal lae bereik word, word die grootste verplasing in die onderste laag waargeneem.Toe die hiërargievlak op \(N=5\) gestel is, is 'n piek spierkrag van 2.58 kN gevind met 2 waargenome houe \(\upmu\)m.Aan die ander kant genereer die eerste trapaandrywing 'n krag van 150 N teen 'n slag van 277 \(\upmu\)m.Multi-vlak aktueerders is in staat om werklike biologiese spiere na te boots, waar kunsmatige spiere gebaseer op vormgeheue-legerings in staat is om aansienlik hoër kragte op te wek met presiese en fyner bewegings.Die beperkings van hierdie geminiaturiseerde ontwerp is dat namate die hiërargie toeneem, die beweging aansienlik verminder word en die kompleksiteit van die aandrywingvervaardigingsproses toeneem.
(a) 'n Twee-stadium (\(N=2\)) gelaagde vormgeheue legering lineêre aktuatorstelsel word in 'n bimodale konfigurasie getoon.Die voorgestelde model word bewerkstellig deur die SMA-draad in die eerste-fase gelaagde aktuator te vervang met 'n ander enkelfase gelaagde aktuator.(c) Misvormde konfigurasie van die tweede fase meerlaagaktuator.(b) Die verspreiding van kragte en verplasings na gelang van die aantal vlakke word beskryf.Daar is gevind dat die piekkrag van die aandrywer positief gekorreleer is met die skaalvlak op die grafiek, terwyl die slag negatief met die skaalvlak gekorreleer is.Die stroom en voorspanning in elke draad bly konstant op alle vlakke.(d) Die tabel toon die aantal krane en die lengte van die SMA-draad (vesel) op elke vlak.Die eienskappe van die drade word aangedui deur indeks 1, en die aantal sekondêre takke (een gekoppel aan die primêre been) word aangedui deur die grootste getal in die subskripsie.Byvoorbeeld, op vlak 5, verwys \(n_1\) na die aantal SMA-drade wat in elke bimodale struktuur teenwoordig is, en \(n_5\) verwys na die aantal hulpbene (een gekoppel aan die hoofbeen).
Verskeie metodes is deur baie navorsers voorgestel om die gedrag van SMA's met vormgeheue te modelleer, wat afhang van die termomeganiese eienskappe wat gepaard gaan met die makroskopiese veranderinge in die kristalstruktuur wat met die fase-oorgang geassosieer word.Die formulering van konstitutiewe metodes is inherent kompleks.Die mees algemeen gebruikte fenomenologiese model word deur Tanaka28 voorgestel en word wyd in ingenieurstoepassings gebruik.Die fenomenologiese model wat deur Tanaka [28] voorgestel word, neem aan dat die volumefraksie van martensiet 'n eksponensiële funksie van temperatuur en spanning is.Later het Liang en Rogers29 en Brinson30 'n model voorgestel waarin aanvaar is dat die fase-oorgangsdinamika 'n cosinusfunksie van spanning en temperatuur is, met geringe wysigings aan die model.Becker en Brinson het 'n fasediagram-gebaseerde kinetiese model voorgestel om die gedrag van SMA-materiale onder arbitrêre lastoestande sowel as gedeeltelike oorgange te modelleer.Banerjee32 gebruik die Bekker en Brinson31 fasediagram dinamika-metode om 'n enkele vryheidsgraadmanipuleerder te simuleer wat deur Elahinia en Ahmadian33 ontwikkel is.Kinetiese metodes gebaseer op fasediagramme, wat die niemonotoniese verandering in spanning met temperatuur in ag neem, is moeilik om te implementeer in ingenieurstoepassings.Elakhinia en Ahmadian vestig die aandag op hierdie tekortkominge van bestaande fenomenologiese modelle en stel 'n uitgebreide fenomenologiese model voor om vormgeheuegedrag onder enige komplekse laaitoestande te ontleed en te definieer.
Die strukturele model van SMA draad gee spanning (\(\sigma\)), rek (\(\epsilon\)), temperatuur (T), en martensiet volume fraksie (\(\xi\)) van SMA draad.Die fenomenologiese konstitutiewe model is eers deur Tanaka28 voorgestel en later deur Liang29 en Brinson30 aangeneem.Die afgeleide van die vergelyking het die vorm:
waar E die faseafhanklike SMA Young se modulus is wat verkry word deur gebruik te maak van \(\displaystyle E=\xi E_M + (1-\xi )E_A\) en \(E_A\) en \(E_M\) wat Young se modulus verteenwoordig, onderskeidelik austenitiese en martensitiese fases is, en die koëffisiënt van termiese uitsetting word voorgestel deur \_T\).Die fase-oorgangsbydraefaktor is \(\Omega = -E \epsilon _L\) en \(\epsilon _L\) is die maksimum herwinbare spanning in die SMA-draad.
Die fasedinamikavergelyking val saam met die kosinusfunksie wat deur Liang29 ontwikkel is en later deur Brinson30 aangeneem is in plaas van die eksponensiële funksie wat deur Tanaka28 voorgestel is.Die fase-oorgangsmodel is 'n uitbreiding van die model wat deur Elakhinia en Ahmadian34 voorgestel is en gewysig is op grond van die fase-oorgangstoestande gegee deur Liang29 en Brinson30.Die toestande wat vir hierdie fase-oorgangsmodel gebruik word, is geldig onder komplekse termomeganiese ladings.Op elke oomblik van tyd word die waarde van die volumefraksie van martensiet bereken wanneer die konstitutiewe vergelyking gemodelleer word.
Die regerende hertransformasievergelyking, uitgedruk deur die transformasie van martensiet na austeniet onder verhittingstoestande, is soos volg:
waar \(\xi\) die volumefraksie van martensiet is, \(\xi _M\) die volumefraksie van martensiet is wat voor verhitting verkry is, \(\displaystyle a_A = \pi /(A_f – A_s)\), \ ( \displaystyle b_A = -a_A/C_A\) en \(C_A\) – A_temperatuur-kromme-benadering, \_(A)-parameters, T –\) – begin en einde van die austenietfase, onderskeidelik, temperatuur.
Die direkte transformasiebeheervergelyking, voorgestel deur die fasetransformasie van austeniet na martensiet onder verkoelingstoestande, is:
waar \(\xi _A\) die volumefraksie van martensiet is wat voor afkoeling verkry is, \(\displaystyle a_M = \pi /(M_s – M_f)\), \(\displaystyle b_M = -a_M/C_M\) en \ ( C_M \) – krommepasparameters, T – SMA draadtemperatuur, \) (M_s\) eindtemperatuur, \(M_s\) respek.
Nadat vergelykings (3) en (4) gedifferensieer is, word die inverse en direkte transformasievergelykings na die volgende vorm vereenvoudig:
Tydens voorwaartse en terugwaartse transformasie neem \(\eta _{\sigma}\) en \(\eta _{T}\) verskillende waardes aan.Die basiese vergelykings wat met \(\eta _{\sigma}\) en \(\eta _{T}\) geassosieer word, is afgelei en in detail in 'n bykomende afdeling bespreek.
Die termiese energie wat benodig word om die temperatuur van die SMA-draad te verhoog, kom van die Joule-verhittingseffek.Die termiese energie wat deur die SMA-draad geabsorbeer of vrygestel word, word verteenwoordig deur die latente hitte van transformasie.Die hitteverlies in die SMA-draad is as gevolg van gedwonge konveksie, en gegewe die weglaatbare effek van straling, is die hitte-energiebalansvergelyking soos volg:
Waar \(m_{draad}\) die totale massa van die SMA-draad is, \(c_{p}\) die spesifieke hittekapasiteit van die SMA is, \(V_{in}\) die spanning is wat op die draad toegepas word, \(R_{ohm} \ ) – faseafhanklike weerstand SMA, gedefinieer as;\(R_{ohm} = (l/A_{kruis})[\xi r_M + (1-\xi )r_A]\ ) waar \(r_M\ ) en \(r_A\) die SMA-faseweerstand in martensiet en austeniet is, onderskeidelik, \(A_{c}\) is die oppervlakte-area van a, die SMA is 'n draad-area, ()Die latente oorgangshitte van die draad, T en \(T_{\infty}\) is die temperature van die SMA-draad en die omgewing, onderskeidelik.
Wanneer 'n vormgeheue-legeringsdraad aangedryf word, druk die draad saam, wat 'n krag in elke tak van die bimodale ontwerp skep wat veselkrag genoem word.Die kragte van die vesels in elke string van die SMA-draad skep saam die spierkrag om te aktiveer, soos getoon in Fig. 9e.As gevolg van die teenwoordigheid van 'n voorspanveer, is die totale spierkrag van die Nde meerlaagaktuator:
Deur \(N = 1\) in vergelyking (7) te vervang, kan die spierkrag van die eerste fase bimodale dryfprototipe soos volg verkry word:
waar n die aantal unimodale bene is, \(F_m\) die spierkrag is wat deur die aandrywing gegenereer word, \(F_f\) die veselsterkte in die SMA-draad is, \(K_x\) die voorspanningstyfheid is.veer, \(\alpha\) is die hoek van die driehoek, \(x_0\) is die aanvanklike offset van die voorspanningveer om die SMA-kabel in die voorafgespanne posisie te hou, en \(\Delta x\) is die aandrywerbeweging.
Die totale verplasing of beweging van die aandrywing (\(\Delta x\)) afhangende van die spanning (\(\sigma\)) en spanning (\(\epsilon\)) op die SMA-draad van die Nde stadium, is die aandrywing ingestel op (sien Fig. addisionele deel van die uitset):
Die kinematiese vergelykings gee die verband tussen dryfvervorming (\(\epsilon\)) en verplasing of verplasing (\(\Delta x\)).Die vervorming van die Arb-draad as 'n funksie van die aanvanklike Arb-draadlengte (\(l_0\)) en die draadlengte (l) op enige tydstip t in een unimodale tak is soos volg:
waar \(l = \sqrt{l_0^2 +(\Delta x_1)^2 – 2 l_0 (\Delta x_1) \cos \alpha _1}\) word verkry deur die cosinusformule toe te pas in \(\Delta\)ABB ', soos getoon in Figuur 8. Vir die eerste fase-aandrywing (\)(N) is \(Delta)\elta (\)(N = 1)\elt (\)(N) en \(\alpha _1\) is \(\alpha \) soos getoon in Soos getoon in Figuur 8, deur die tyd van Vergelyking (11) te differensieer en die waarde van l te vervang, kan die vervormingstempo geskryf word as:
waar \(l_0\) die aanvanklike lengte van die SMA-draad is, l die lengte van die draad op enige tydstip t in een unimodale vertakking is, \(\epsilon\) die vervorming is wat in die SMA-draad ontwikkel is, en \(\alpha \) die hoek van die driehoek is, \(\Delta x\) is die dryfverskuiwing (soos getoon in Figuur 8).
Al n enkelpiekstrukture (\(n=6\) in hierdie figuur) is in serie verbind met \(V_{in}\) as die insetspanning.Stadium I: Skematiese diagram van die SMA-draad in 'n bimodale konfigurasie onder nulspanningstoestande.
As 'n bewys van konsep is 'n SMA-gebaseerde bimodale aandrywing ontwikkel om die gesimuleerde afleiding van die onderliggende vergelykings met eksperimentele resultate te toets.Die CAD-model van die bimodale lineêre aktuator word in fig.9a.Aan die ander kant, in fig.9c toon 'n nuwe ontwerp wat voorgestel is vir 'n rotasie-prismatiese verbinding met behulp van 'n twee-vlak SMA-gebaseerde aktuator met 'n bimodale struktuur.Die dryfkomponente is vervaardig met behulp van additiewe vervaardiging op 'n Ultimaker 3 Extended 3D-drukker.Die materiaal wat gebruik word vir 3D-druk van komponente is polikarbonaat wat geskik is vir hittebestande materiale aangesien dit sterk, duursaam is en 'n hoë glasoorgangstemperatuur het (110-113 \(^{\circ }\) C).Daarbenewens is Dynalloy, Inc. Flexinol-vormgeheue-legeringsdraad in die eksperimente gebruik, en die materiaaleienskappe wat ooreenstem met die Flexinol-draad is in die simulasies gebruik.Veelvuldige SMA-drade word gerangskik as vesels teenwoordig in 'n bimodale rangskikking van spiere om die hoë kragte te verkry wat deur meerlaagaktuators geproduseer word, soos getoon in Fig. 9b, d.
Soos getoon in figuur 9a, word die skerp hoek wat deur die beweegbare arm SMA-draad gevorm word die hoek (\(\alpha\)) genoem.Met terminaalklemme wat aan die linker- en regterklemme geheg is, word die SMA-draad teen die verlangde bimodale hoek gehou.Die voorspanveertoestel wat op die veerkoppelaar gehou word, is ontwerp om die verskillende voorspanveerverlengingsgroepe volgens die aantal (n) SMA-vesels aan te pas.Daarbenewens is die ligging van die bewegende dele so ontwerp dat die SMA-draad aan die eksterne omgewing blootgestel word vir gedwonge konveksieverkoeling.Die boonste en onderste plate van die afneembare samestelling help om die SMA-draad koel te hou met geëxtrudeerde uitsny wat ontwerp is om gewig te verminder.Daarbenewens is albei punte van die CMA-draad onderskeidelik aan die linker- en regterterminale vasgemaak deur middel van 'n krimp.'n Suier is aan die een kant van die beweegbare samestelling vasgemaak om speling tussen die boonste en onderste plate te behou.Die suier word ook gebruik om 'n blokkeerkrag op die sensor toe te pas via 'n kontak om die blokkeerkrag te meet wanneer die SMA-draad aangedryf word.
Die bimodale spierstruktuur SMA is elektries in serie gekoppel en aangedryf deur 'n insetpulsspanning.Tydens die spanningspulssiklus, wanneer spanning toegepas word en die SMA-draad bo die aanvanklike temperatuur van die austeniet verhit word, word die lengte van die draad in elke string verkort.Hierdie terugtrekking aktiveer die beweegbare arm subsamestelling.Toe die spanning in dieselfde siklus op nul gestel is, is die verhitte SMA-draad onder die temperatuur van die martensietoppervlak afgekoel en daardeur na sy oorspronklike posisie teruggekeer.Onder nulspanningstoestande word die SMA-draad eers passief gestrek deur 'n voorspanveer om die ontwenne martensitiese toestand te bereik.Die skroef waardeur die SMA-draad beweeg, beweeg as gevolg van die kompressie wat geskep word deur 'n spanningspuls op die SMA-draad toe te pas (SPA bereik die austenietfase), wat lei tot die aandryf van die beweegbare hefboom.Wanneer die SMA-draad teruggetrek word, skep die voorspanveer 'n opponerende krag deur die veer verder te strek.Wanneer die spanning in die impulsspanning nul word, word die SMA-draad verleng en verander sy vorm as gevolg van gedwonge konveksieverkoeling, wat 'n dubbele martensitiese fase bereik.
Die voorgestelde SMA-gebaseerde lineêre aktuatorstelsel het 'n bimodale konfigurasie waarin die SMA-drade skuins is.(a) beeld 'n CAD-model van die prototipe uit, wat sommige van die komponente en hul betekenisse vir die prototipe noem, (b, d) verteenwoordig die ontwikkelde eksperimentele prototipe35.Terwyl (b) 'n boaansig van die prototipe toon met elektriese verbindings en voorspanningsvere en rekmeters wat gebruik is, (d) 'n perspektiefaansig van die opstelling toon.(e) Diagram van 'n lineêre aktuasiestelsel met SMA-drade wat bimodaal geplaas is op enige tydstip t, wat die rigting en verloop van die vesel en spierkrag aantoon.(c) 'n 2-DOF rotasie prismatiese verbinding is voorgestel vir die ontplooiing van 'n twee-vlak SMA-gebaseerde aktuator.Soos getoon, dra die skakel lineêre beweging van die onderste aandrywing na die boonste arm oor, wat 'n rotasieverbinding skep.Aan die ander kant is die beweging van die paar prismas dieselfde as die beweging van die meerlaag-eerste stadium-aandrywing.
'n Eksperimentele studie is uitgevoer op die prototipe wat in Fig. 9b getoon word om die werkverrigting van 'n bimodale aandrywing gebaseer op SMA te evalueer.Soos in Figuur 10a getoon, het die eksperimentele opstelling bestaan uit 'n programmeerbare GS-kragbron om insetspanning aan die SMA-drade te verskaf.Soos in fig.10b, 'n piëzo-elektriese rekmeter (PACEline CFT/5kN) is gebruik om die blokkeerkrag te meet met behulp van 'n Graphtec GL-2000 datalogger.Die data word deur die gasheer aangeteken vir verdere studie.Vervormingsmeters en ladingversterkers benodig 'n konstante kragtoevoer om 'n spanningsein te produseer.Die ooreenstemmende seine word omgeskakel in kraguitsette volgens die sensitiwiteit van die piëso-elektriese kragsensor en ander parameters soos beskryf in Tabel 2. Wanneer 'n spanningspuls toegepas word, verhoog die temperatuur van die SMA-draad, wat veroorsaak dat die SMA-draad saamgepers word, wat veroorsaak dat die aktuator krag opwek.Die eksperimentele resultate van die uitset van spierkrag deur 'n insetspanningspuls van 7 V word in fig.2a.
(a) 'n SMA-gebaseerde lineêre aktuatorstelsel is in die eksperiment opgestel om die krag wat deur die aktuator gegenereer word, te meet.Die laaisel meet die blokkeerkrag en word aangedryf deur 'n 24 V GS-kragbron.'n Spanningsval van 7 V is oor die hele lengte van die kabel toegepas met 'n GW Instek programmeerbare GS-kragbron.Die SMA-draad krimp as gevolg van hitte, en die beweegbare arm maak kontak met die laadsel en oefen 'n blokkeerkrag uit.Die laaisel is gekoppel aan die GL-2000 datalogger en die data word op die gasheer gestoor vir verdere verwerking.(b) Diagram wat die ketting van komponente van die eksperimentele opstelling vir die meting van spierkrag toon.
Vormgeheue-legerings word deur termiese energie opgewonde, so temperatuur word 'n belangrike parameter om die vormgeheue-verskynsel te bestudeer.Eksperimenteel, soos getoon in Fig. 11a, is termiese beelding en temperatuurmetings uitgevoer op 'n prototipe SMA-gebaseerde divaleraataktuator.'n Programmeerbare GS-bron het insetspanning aan die SMA-drade in die eksperimentele opstelling toegepas, soos in Figuur 11b getoon.Die temperatuurverandering van die SMA-draad is intyds gemeet met 'n hoë resolusie LWIR-kamera (FLIR A655sc).Die gasheer gebruik die ResearchIR-sagteware om data op te teken vir verdere naverwerking.Wanneer 'n spanningspuls toegepas word, verhoog die temperatuur van die SMA-draad, wat veroorsaak dat die SMA-draad krimp.Op fig.Figuur 2b toon die eksperimentele resultate van die SMA-draadtemperatuur teenoor tyd vir 'n 7V insetspanningspuls.
Postyd: 28 September 2022