Nature.com saytına daxil olduğunuz üçün təşəkkür edirik.İstifadə etdiyiniz brauzer versiyasında məhdud CSS dəstəyi var.Ən yaxşı təcrübə üçün sizə yenilənmiş brauzerdən istifadə etməyi tövsiyə edirik (və ya Internet Explorer-də Uyğunluq rejimini söndürün).Bu arada, davamlı dəstəyi təmin etmək üçün biz saytı üslub və JavaScript olmadan təqdim edəcəyik.
Aktuatorlar hər yerdə istifadə olunur və istehsal və sənaye avtomatlaşdırmasında müxtəlif əməliyyatları yerinə yetirmək üçün düzgün həyəcan qüvvəsi və ya fırlanma anı tətbiq etməklə idarə olunan hərəkət yaradır.Daha sürətli, daha kiçik və daha səmərəli disklərə ehtiyac sürücünün dizaynında yeniliklərə təkan verir.Shape Memory Alloy (SMA) sürücüləri adi disklərdən bir sıra üstünlüklərə malikdir, o cümlədən yüksək güc-çəki nisbəti.Bu dissertasiyada bioloji sistemlərin tüklü əzələlərinin üstünlüklərini və SMA-ların unikal xüsusiyyətlərini birləşdirən iki tüklü SMA əsaslı aktuator hazırlanmışdır.Bu tədqiqat bimodal SMA naqil tənzimləməsi əsasında yeni aktuatorun riyazi modelini işləyib hazırlamaq və onu eksperimental olaraq sınaqdan keçirməklə əvvəlki SMA ötürücülərini araşdırır və genişləndirir.SMA-ya əsaslanan məlum sürücülərlə müqayisədə, yeni sürücünün işə salma gücü ən azı 5 dəfə yüksəkdir (150 N-ə qədər).Müvafiq çəki itkisi təxminən 67% -dir.Riyazi modellərin həssaslıq təhlilinin nəticələri dizayn parametrlərini tənzimləmək və əsas parametrləri başa düşmək üçün faydalıdır.Bu araşdırma daha sonra dinamikanı daha da artırmaq üçün istifadə edilə bilən çox səviyyəli N-ci mərhələ sürücüsünü təqdim edir.SMA əsaslı dipvalerat əzələ aktuatorları bina avtomatlaşdırılmasından tutmuş dəqiq dərman çatdırma sistemlərinə qədər geniş tətbiq sahəsinə malikdir.
Məməlilərin əzələ strukturları kimi bioloji sistemlər bir çox incə aktuatorları aktivləşdirə bilər1.Məməlilərin hər biri müəyyən bir məqsədə xidmət edən müxtəlif əzələ strukturlarına malikdir.Bununla belə, məməlilərin əzələ toxumasının strukturunun çox hissəsini iki geniş kateqoriyaya bölmək olar.Paralel və pennate.Hamstrings və digər fleksorlarda, adından da göründüyü kimi, paralel əzələ mərkəzi tendona paralel əzələ liflərinə malikdir.Əzələ lifləri zənciri düzülür və onların ətrafındakı birləşdirici toxuma ilə funksional olaraq bağlanır.Bu əzələlərin böyük bir ekskursiyaya (faiz qısalmasına) sahib olduğu deyilsə də, onların ümumi əzələ gücü çox məhduddur.Bunun əksinə olaraq, üç başlı baldır əzələsində2 (lateral qastroknemius (GL)3, medial qastroknemius (GM)4 və soleus (SOL)) və ekstensor bud əzələsində (quadriseps) 5,6 pennat əzələ toxuması hər bir əzələdə olur7.Pinnate bir quruluşda, ikipennat əzələsindəki əzələ lifləri mərkəzi tendonun hər iki tərəfində əyri bucaqlarda (pinnate bucaqlar) mövcuddur.Pennate latınca "penna" sözündəndir, "qələm" deməkdir və əncirdə göstərildiyi kimi.1 lələk kimi bir görünüşə malikdir.Pennat əzələlərinin lifləri daha qısadır və əzələnin uzununa oxuna bucaqlıdır.Pinnate quruluşa görə, bu əzələlərin ümumi hərəkətliliyi azalır, bu da qısaltma prosesinin eninə və uzununa komponentlərinə gətirib çıxarır.Digər tərəfdən, bu əzələlərin aktivləşdirilməsi fizioloji kəsik sahəsinin ölçülməsi yolu ilə daha yüksək ümumi əzələ gücünə səbəb olur.Buna görə də, müəyyən bir kəsik sahəsi üçün pennat əzələləri daha güclü olacaq və paralel lifləri olan əzələlərə nisbətən daha yüksək qüvvələr yaradacaqdır.Ayrı-ayrı liflərin yaratdığı qüvvələr həmin əzələ toxumasında makroskopik səviyyədə əzələ qüvvələri yaradır.Bundan əlavə, sürətli büzülmə, dartılma zədələrindən qorunma, yastıqlama kimi unikal xüsusiyyətlərə malikdir.Əzələ hərəkət xətləri ilə əlaqəli lif quruluşunun unikal xüsusiyyətlərindən və həndəsi mürəkkəbliyindən istifadə edərək lif girişi və əzələ gücü arasındakı əlaqəni dəyişdirir.
SMA naqilləri ilə hərəkətə gətirilən əl formalı cihazın iki təkərli avtonom mobil robota quraşdırıldığı toxunma qüvvəsinin qarşılıqlı təsirini əks etdirən, məsələn (a) bimodal əzələ arxitekturasına aid mövcud SMA əsaslı ötürücü konstruksiyalarının sxematik diaqramları göstərilmişdir9,10., (b) Antaqonist şəkildə yerləşdirilmiş SMA yaylı orbital protezlə robotlaşdırılmış orbital protez.Protez gözün mövqeyi gözün okulyar əzələsindən gələn siqnalla idarə olunur11, (c) SMA aktuatorları yüksək tezlik reaksiyasına və aşağı bant genişliyinə görə sualtı tətbiqlər üçün idealdır.Bu konfiqurasiyada, SMA aktuatorları balıqların hərəkətini təqlid edərək dalğa hərəkəti yaratmaq üçün istifadə olunur, (d) SMA ötürücüləri kanal 10 daxilində SMA tellərinin hərəkəti ilə idarə olunan düymlük qurd hərəkət prinsipindən istifadə edə bilən mikro boru yoxlama robotu yaratmaq üçün istifadə olunur, (e) əzələ liflərinin büzülmə istiqamətini göstərir və əzələ liflərində əzələ lifləri meydana gətirir və əzələ lifləri şəklində büzülmə qüvvəsini göstərir) s pennat əzələ strukturunda.
Aktuatorlar geniş tətbiq sahəsinə görə mexaniki sistemlərin mühüm hissəsinə çevrilmişdir.Buna görə də, daha kiçik, daha sürətli və daha səmərəli sürücülərə ehtiyac kritik hala gəlir.Üstünlüklərinə baxmayaraq, ənənəvi disklərin saxlanması bahalı və vaxt aparan olduğunu sübut etdi.Hidravlik və pnevmatik ötürücülər mürəkkəb və bahalıdır və aşınmaya, yağlama problemlərinə və komponentlərin nasazlığına məruz qalır.Tələbə cavab olaraq, diqqət ağıllı materiallara əsaslanan sərfəli, ölçüləri optimallaşdırılmış və təkmil ötürücülərin işlənib hazırlanmasına yönəlib.Davam edən tədqiqatlar bu ehtiyacı ödəmək üçün forma yaddaş ərintisi (SMA) laylı aktuatorlara baxır.İerarxik ötürücülər unikaldır ki, onlar çoxlu diskret ötürücüləri həndəsi cəhətdən mürəkkəb makro miqyaslı alt sistemlərə birləşdirərək artan və genişləndirilmiş funksionallığı təmin edirlər.Bununla əlaqədar olaraq, yuxarıda təsvir edilən insan əzələ toxuması bu cür çoxqatlı aktuasiyanın əla çoxqatlı nümunəsini təqdim edir.Cari tədqiqat bimodal əzələlərdə mövcud olan lif istiqamətlərinə uyğunlaşdırılmış bir neçə fərdi sürücü elementi (SMA naqilləri) olan çoxsəviyyəli SMA sürücüsünü təsvir edir ki, bu da ümumi sürücü performansını yaxşılaşdırır.
Ötürücünün əsas məqsədi elektrik enerjisini çevirərək güc və yerdəyişmə kimi mexaniki güc çıxışı yaratmaqdır.Forma yaddaşı ərintiləri yüksək temperaturda öz formasını bərpa edə bilən “ağıllı” materiallar sinfidir.Yüksək yüklər altında SMA telinin temperaturunun artması formanın bərpasına gətirib çıxarır, nəticədə müxtəlif birbaşa bağlanmış ağıllı materiallarla müqayisədə daha yüksək hərəkət enerjisi sıxlığı yaranır.Eyni zamanda, mexaniki yüklər altında SMA-lar kövrək olur.Müəyyən şəraitdə siklik yük mexaniki enerjini udub sərbəst buraxa bilər, geri dönən histeretik forma dəyişiklikləri nümayiş etdirir.Bu unikal xüsusiyyətlər SMA-nı sensorlar, vibrasiya sönümləmə və xüsusilə aktuatorlar12 üçün ideal edir.Bunu nəzərə alaraq, SMA əsaslı disklər haqqında çoxlu araşdırmalar aparılmışdır.Qeyd etmək lazımdır ki, SMA əsaslı aktuatorlar müxtəlif tətbiqlər üçün tərcümə və fırlanma hərəkətini təmin etmək üçün nəzərdə tutulmuşdur13,14,15.Bəzi fırlanan ötürücülər işlənib hazırlansa da, tədqiqatçılar xətti ötürücülərə xüsusi maraq göstərirlər.Bu xətti ötürücüləri üç növ ötürücülərə bölmək olar: birölçülü, yerdəyişmə və diferensial ötürücülər 16 .Əvvəlcə hibrid sürücülər SMA və digər adi sürücülərlə birlikdə yaradılmışdır.SMA əsaslı hibrid xətti ötürücünün belə nümunələrindən biri təxminən 100 N çıxış qüvvəsi və əhəmiyyətli yerdəyişmə təmin etmək üçün DC mühərriki olan SMA naqilin istifadəsidir17.
Tamamilə SMA-ya əsaslanan sürücülərdəki ilk inkişaflardan biri SMA paralel sürücüsü idi.Çoxlu SMA naqillərindən istifadə edərək, SMA əsaslı paralel sürücü bütün SMA18 naqillərini paralel yerləşdirməklə sürücünün güc qabiliyyətini artırmaq üçün nəzərdə tutulmuşdur.Ötürücülərin paralel qoşulması yalnız daha çox güc tələb etmir, həm də tək telin çıxış gücünü məhdudlaşdırır.SMA əsaslı aktuatorların başqa bir çatışmazlığı onların əldə edə biləcəyi məhdud səyahətdir.Bu problemi həll etmək üçün yerdəyişməni artırmaq və xətti hərəkətə nail olmaq üçün əyilmiş çevik şüadan ibarət SMA kabel şüası yaradıldı, lakin daha yüksək qüvvələr yaratmadı19.Forma yaddaşı ərintilərinə əsaslanan robotlar üçün yumşaq deformasiya edilə bilən strukturlar və parçalar, ilk növbədə, zərbənin gücləndirilməsi üçün hazırlanmışdır20,21,22.Yüksək sürət tələb olunan tətbiqlər üçün, mikronasosla idarə olunan tətbiqlər üçün nazik film SMA-lardan istifadə edərək kompakt idarə olunan nasoslar bildirilmişdir23.İncə film SMA membranının hərəkət tezliyi sürücünün sürətinə nəzarət edən əsas amildir.Buna görə də, SMA xətti mühərrikləri SMA yaylı və ya çubuqlu mühərriklərdən daha yaxşı dinamik reaksiyaya malikdir.Yumşaq robot texnikası və tutma texnologiyası SMA əsaslı aktuatorlardan istifadə edən digər iki proqramdır.Məsələn, 25 N boşluq sıxacında istifadə olunan standart ötürmə mexanizmini əvəz etmək üçün forma yaddaşlı bir ərinti paralel ötürücü 24 hazırlanmışdır.Başqa bir halda, SMA yumşaq ötürücüsü 30 N maksimum çəkmə qüvvəsi yaratmağa qadir olan daxili matrisi olan naqil əsasında hazırlanmışdır. Mexanik xassələrinə görə, SMA-lar bioloji hadisələri təqlid edən aktuatorlar istehsal etmək üçün də istifadə olunur.Belə inkişaflardan birinə atəşə sinusoidal hərəkət yaratmaq üçün SMA ilə soxulcanabənzər orqanizmin biomimetikası olan 12 hüceyrəli robot daxildir26,27.
Daha əvvəl qeyd edildiyi kimi, mövcud SMA əsaslı ötürücülərdən əldə edilə bilən maksimum gücə məhdudiyyət var.Bu problemi həll etmək üçün bu iş biomimetik bimodal əzələ quruluşunu təqdim edir.Forma yaddaş lehimli tel ilə idarə olunur.Bu, bir neçə forma yaddaş lehimli telləri ehtiva edən təsnifat sistemini təmin edir.Bu günə qədər ədəbiyyatda oxşar arxitekturaya malik heç bir SMA əsaslı aktuator haqqında məlumat verilməmişdir.SMA-ya əsaslanan bu unikal və yeni sistem, əzələlərin bimodal düzülüşü zamanı SMA davranışını öyrənmək üçün hazırlanmışdır.Mövcud SMA əsaslı aktuatorlarla müqayisədə bu tədqiqatın məqsədi kiçik həcmdə əhəmiyyətli dərəcədə daha yüksək qüvvələr yaratmaq üçün biomimetik dipvalerat aktuator yaratmaq idi.HVAC binasının avtomatlaşdırılması və idarəetmə sistemlərində istifadə edilən adi pilləli mühərriklə idarə olunan sürücülərlə müqayisədə, təklif olunan SMA əsaslı bimodal sürücü dizaynı sürücü mexanizminin çəkisini 67% azaldır.Aşağıda "əzələ" və "sürücü" terminləri bir-birini əvəz edən mənada istifadə olunur.Bu iş belə bir sürücünün multifizik simulyasiyasını araşdırır.Belə sistemlərin mexaniki davranışı eksperimental və analitik üsullarla öyrənilmişdir.7 V-lik bir giriş gərginliyində qüvvə və temperatur paylamaları əlavə olaraq tədqiq edildi. Sonradan əsas parametrlər və çıxış qüvvəsi arasındakı əlaqəni daha yaxşı başa düşmək üçün parametrik analiz aparıldı.Nəhayət, ierarxik aktuatorlar nəzərdə tutulmuşdur və iyerarxik səviyyəli effektlər protez tətbiqləri üçün qeyri-maqnit ötürücülər üçün potensial gələcək sahə kimi təklif edilmişdir.Yuxarıda göstərilən tədqiqatların nəticələrinə görə, bir mərhələli arxitekturanın istifadəsi bildirilən SMA əsaslı aktuatorlardan ən azı dörd-beş dəfə yüksək qüvvələr yaradır.Bundan əlavə, çoxsəviyyəli çoxsəviyyəli sürücü tərəfindən yaradılan eyni sürücü qüvvəsinin adi SMA əsaslı sürücülərdən on dəfə çox olduğu göstərilmişdir.Tədqiqat daha sonra müxtəlif dizaynlar və giriş dəyişənləri arasında həssaslıq təhlilindən istifadə edərək əsas parametrləri bildirir.SMA telinin ilkin uzunluğu (\(l_0\)), pinnate bucağı (\(\alpha\)) və hər bir fərdi ipdəki tək tellərin sayı (n) hərəkətverici qüvvənin böyüklüyünə güclü mənfi təsir göstərir.gücü, giriş gərginliyi (enerji) müsbət korrelyasiya olduğu ortaya çıxdı.
SMA teli nikel-titan (Ni-Ti) ərintiləri ailəsində görünən forma yaddaş effektini (SME) nümayiş etdirir.Tipik olaraq, SMA-lar iki temperaturdan asılı faza nümayiş etdirir: aşağı temperatur mərhələsi və yüksək temperatur mərhələsi.Hər iki faza müxtəlif kristal strukturların olması səbəbindən unikal xüsusiyyətlərə malikdir.Transformasiya temperaturundan yuxarı mövcud olan austenit fazasında (yüksək temperatur mərhələsi) material yüksək möhkəmlik nümayiş etdirir və yük altında zəif deformasiya olunur.Alaşım paslanmayan polad kimi davranır, buna görə də daha yüksək hərəkət təzyiqlərinə tab gətirə bilir.Ni-Ti ərintilərinin bu xüsusiyyətindən istifadə edərək, SMA naqilləri aktuator yaratmaq üçün əyilmişdir.Müxtəlif parametrlərin və müxtəlif həndəsələrin təsiri altında SMA-nın istilik davranışının əsas mexanikasını başa düşmək üçün müvafiq analitik modellər hazırlanmışdır.Təcrübə və analitik nəticələr arasında yaxşı razılıq əldə edilmişdir.
SMA əsasında bimodal sürücünün işini qiymətləndirmək üçün Şəkil 9a-da göstərilən prototip üzərində eksperimental tədqiqat aparıldı.Bu xüsusiyyətlərdən ikisi, sürücünün yaratdığı qüvvə (əzələ qüvvəsi) və SMA telinin temperaturu (SMA temperaturu) eksperimental olaraq ölçüldü.Sürücüdəki telin bütün uzunluğu boyunca gərginlik fərqi artdıqca, telin temperaturu Joule istilik effektinə görə artır.Giriş gərginliyi 10 saniyəlik iki dövrədə (Şəkil 2a, b-də qırmızı nöqtələr kimi göstərilmişdir) hər dövr arasında 15 saniyəlik soyutma dövrü ilə tətbiq edilmişdir.Bloklama qüvvəsi piezoelektrik tənzimləyici ilə ölçüldü və SMA naqilin temperatur paylanması elmi səviyyəli yüksək ayırdetmə qabiliyyətinə malik LWIR kamerasından istifadə etməklə real vaxt rejimində izlənildi (Cədvəl 2-də istifadə olunan avadanlıqların xüsusiyyətlərinə baxın).göstərir ki, yüksək gərginlik fazası zamanı naqilin temperaturu monoton şəkildə artır, lakin cərəyan getmədikdə naqilin temperaturu düşməyə davam edir.Hazırkı eksperimental quraşdırmada, SMA naqilin temperaturu soyutma mərhələsində aşağı düşdü, lakin o, hələ də ətraf mühitin temperaturundan yuxarı idi.Əncirdə.Şəkil 2e, LWIR kamerasından götürülmüş SMA telindəki temperaturun şəklini göstərir.Digər tərəfdən, şək.Şəkil 2a sürücü sistemi tərəfindən yaradılan bloklama qüvvəsini göstərir.Əzələ qüvvəsi yayın bərpaedici qüvvəsini aşdıqda, Şəkil 9a-da göstərildiyi kimi, hərəkətli qol hərəkət etməyə başlayır.Fəaliyyətə başlayan kimi, hərəkət edən qol sensorla təmasda olur və şəkildə göstərildiyi kimi bədən qüvvəsi yaradır.2c, d.Maksimum temperatur \(84\,^{\circ}\hbox {C}\-ə yaxın olduqda, müşahidə edilən maksimum qüvvə 105 N-dir.
Qrafikdə iki dövr ərzində SMA naqilin temperaturu və SMA əsaslı bimodal ötürücü tərəfindən yaradılan qüvvənin eksperimental nəticələri göstərilir.Giriş gərginliyi iki 10 saniyəlik dövrədə tətbiq edilir (qırmızı nöqtələr kimi göstərilir) hər dövr arasında 15 saniyəlik soyutma dövrü.Təcrübələr üçün istifadə edilən SMA naqili Dynalloy, Inc.-dən 0,51 mm diametrli Flexinol naqili idi. (a) Qrafikdə iki dövr ərzində əldə edilən eksperimental qüvvə göstərilir, (c, d) PACEline CFT/5kN pyezoelektrik qüvvə çeviricisində hərəkət edən qol ötürücülərinin hərəkətinin iki müstəqil nümunəsini göstərir, (b) SMA zamanı maksimum temperaturu göstərir, (b) bütün dövr ərzində SMA temperaturunu göstərir (b) FLIR ResearchIR proqram təminatı LWIR kamerasından istifadə edərək SMA naqilindən götürülmüş temperatur şəkli.Təcrübələrdə nəzərə alınan həndəsi parametrlər Cədvəldə verilmişdir.bir.
Riyazi modelin simulyasiya nəticələri və eksperimental nəticələr Şəkil 5-də göstərildiyi kimi 7V-lik giriş gərginliyi şəraitində müqayisə edilir.Parametrik təhlilin nəticələrinə görə və SMA telinin həddindən artıq istiləşməsinin qarşısını almaq üçün aktuatora 11,2 Vt güc verildi.Giriş gərginliyi olaraq 7V-ni təmin etmək üçün proqramlaşdırıla bilən DC enerji təchizatı istifadə edildi və tel boyunca 1,6A cərəyan ölçüldü.Sürücü tərəfindən yaradılan qüvvə və SDR-nin temperaturu cərəyan tətbiq edildikdə artır.7V giriş gərginliyi ilə birinci dövrün simulyasiya nəticələrindən və eksperimental nəticələrindən əldə edilən maksimum çıxış qüvvəsi müvafiq olaraq 78 N və 96 N-dir.İkinci dövrədə simulyasiya və eksperimental nəticələrin maksimum çıxış gücü müvafiq olaraq 150 N və 105 N olmuşdur.Tıxanma qüvvəsinin ölçülməsi ilə eksperimental məlumatlar arasındakı uyğunsuzluq oklüziya gücünün ölçülməsi üçün istifadə olunan üsulla bağlı ola bilər.Şəkildə göstərilən eksperimental nəticələr.Şəkil 5a kilidləmə gücünün ölçülməsinə uyğundur, bu da öz növbəsində sürücü şaftının PACEline CFT/5kN piezoelektrik qüvvə çeviricisi ilə təmasda olduqda ölçüldü, Şəkildə göstərildiyi kimi.2s.Buna görə də, sürücü şaftı soyutma zonasının başlanğıcında qüvvə sensoru ilə təmasda olmadıqda, Şəkil 2d-də göstərildiyi kimi qüvvə dərhal sıfıra çevrilir.Bundan əlavə, sonrakı dövrlərdə qüvvənin formalaşmasına təsir edən digər parametrlər əvvəlki dövrədə soyutma vaxtının dəyərləri və konvektiv istilik ötürmə əmsalıdır.Əncirdən.Şəkil 2b, görünə bilər ki, 15 saniyəlik soyutma dövründən sonra SMA naqili otaq temperaturuna çatmadı və buna görə də birinci dövrə ilə müqayisədə ikinci sürmə dövrəsində daha yüksək ilkin temperatura (\(40\,^{\circ }\hbox {C}\)) sahib oldu (\(25\, ^{\circ}\hbox {C}\)).Beləliklə, birinci dövrə ilə müqayisədə, ikinci qızdırma dövründə SMA naqilin temperaturu ilkin austenit temperaturuna (\(A_s\)) daha tez çatır və keçid dövründə daha uzun müddət qalır, nəticədə gərginlik və güc yaranır.Digər tərəfdən, təcrübələrdən və simulyasiyalardan əldə edilən istilik və soyutma dövrləri zamanı temperatur paylamaları termoqrafik analiz nümunələri ilə yüksək keyfiyyət oxşarlığına malikdir.Təcrübələrdən və simulyasiyalardan əldə edilən SMA telinin istilik məlumatlarının müqayisəli təhlili istilik və soyutma dövrlərində və eksperimental məlumatlar üçün məqbul dözümlülük daxilində ardıcıllıq göstərdi.İlk dövrün simulyasiyasının və təcrübələrinin nəticələrindən əldə olunan SMA telinin maksimum temperaturu, \ (89 \, ^ \, ^ \, ^ \ sirk {\ circ} \ hbox {\ sirk} \ hox {c} \) və ikinci dövrdə sma telinin maksimum temperaturu \ (94 \, ^ {\ rok} \) və \ (83 \, ^ {\ CIRC} \ hbox {c} \).Əsasən hazırlanmış model forma yaddaş effektinin təsirini təsdiqləyir.Bu araşdırmada yorğunluq və həddindən artıq istiləşmənin rolu nəzərə alınmadı.Gələcəkdə model SMA telinin gərginlik tarixçəsini daxil etmək üçün təkmilləşdirilərək onu mühəndislik tətbiqləri üçün daha uyğun edəcək.Simulink blokundan alınan sürücünün çıxış qüvvəsi və SMA temperatur qrafikləri 7 V-lik giriş gərginliyi nəbzi şəraitində eksperimental məlumatların icazə verilən tolerantlıqları daxilindədir. Bu işlənmiş riyazi modelin düzgünlüyünü və etibarlılığını təsdiq edir.
Riyazi model MathWorks Simulink R2020b mühitində Metodlar bölməsində təsvir edilən əsas tənliklərdən istifadə etməklə hazırlanmışdır.Əncirdə.3b Simulink riyaziyyat modelinin blok diaqramını göstərir.Model Şəkil 2a, b-də göstərildiyi kimi 7V giriş gərginliyi impulsu üçün simulyasiya edilmişdir.Simulyasiyada istifadə olunan parametrlərin dəyərləri Cədvəl 1-də verilmişdir. Keçici proseslərin simulyasiyasının nəticələri Şəkil 1 və 1-də verilmişdir. Şəkil 3a və 4. Şek.Şəkil 4a,b SMA naqilində induksiya edilmiş gərginliyi və zamandan asılı olaraq ötürücü tərəfindən yaranan qüvvəni göstərir. Ters çevrilmə (qızdırma) zamanı, SMA naqilinin temperaturu, \(T < A_s^{\prime}\) (stresslə dəyişdirilmiş austenit fazasının başlanğıc temperaturu), martenzitin həcm fraksiyasının dəyişmə sürəti (\(\nöqtə{\xi }\)) sıfır olacaqdır. Ters çevrilmə (qızdırma) zamanı SMA naqilinin temperaturu, \(T < A_s^{\prime}\) (stresslə dəyişdirilmiş austenit fazasının başlanğıc temperaturu), martensit həcm fraksiyasının dəyişmə sürəti (\(\nöqtə{\ xi }\)) sıfıra bərabər olacaqdır. Bu müddət ərzində temperaturun yüksəldilməsi (naqreva), temperaturun yüksəldilməsi SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (temperatura naçala austenitnoy fazy, modificrovannaya napryajeniem), skorost ravemya obratngo prevraщeniya (naгрева), скорость разменения объемной доли мартенсита (\(\dot{\) no. Ters çevrilmə (qızdırma) zamanı SMA naqilinin temperaturu, \(T < A_s^{\prime}\) (gərginliklə dəyişdirilmiş austenit başlanğıc temperaturu), martensitin həcm fraksiyasının (\(\nöqtə{\ xi }\ )) dəyişmə sürəti sıfıra bərabər olacaqdır.在反向转变（加热）过程中，当SMA 线温度\(T < A_s^{\prime}\)（应力修正奰氏体修正奰氏体体氏体体积分数的变化率（\(\nöqtə{\ xi }\)) 将为零。在 反向 转变 （加热） 中 ， 当 当 当 线 温度 \ (t
(a) SMA əsaslı divalerat ötürücüdə temperaturun paylanması və gərginlikdən qaynaqlanan birləşmə temperaturunu göstərən simulyasiya nəticəsi.İstilik mərhələsində naqilin temperaturu austenit keçid temperaturunu keçdikdə, dəyişdirilmiş austenit keçid temperaturu artmağa başlayır və eynilə, tel çubuğun temperaturu soyutma mərhələsində martenzitin keçid temperaturu ilə keçəndə martenzitin keçid temperaturu azalır.Aktuasiya prosesinin analitik modelləşdirilməsi üçün SMA.(Simulink modelinin hər bir alt sisteminin ətraflı görünüşü üçün əlavə faylın əlavə bölməsinə baxın.)
Müxtəlif parametr paylamaları üçün təhlilin nəticələri 7V giriş gərginliyinin iki dövrü (10 saniyə isinmə dövrü və 15 saniyə soyutma dövrü) üçün göstərilmişdir.(ac) və (e) zamanla paylanmağı təsvir edərkən, digər tərəfdən (d) və (f) paylanmanı temperaturla göstərir.Müvafiq giriş şərtləri üçün maksimum müşahidə edilən gərginlik 106 MPa (345 MPa-dan az, naqilin çıxma gücü), qüvvə 150 N, maksimum yerdəyişmə 270 µm, martenzitin minimum həcm hissəsi isə 0,91-dir.Digər tərəfdən, stressin dəyişməsi və temperaturla martensitin həcm hissəsinin dəyişməsi histerezinin xüsusiyyətlərinə bənzəyir.
Eyni izahat austenit fazasından martensit fazasına birbaşa çevrilməyə (soyutma) aiddir, burada SMA telinin temperaturu (T) və gərginliklə dəyişdirilmiş martensit fazasının son temperaturu (\(M_f^{\prime}\ )) əladır.Əncirdə.4d,f hər iki hərəkət dövrü üçün SMA naqilin (T) temperaturunun dəyişməsindən asılı olaraq SMA naqilində induksiya edilmiş gərginliyin (\(\sigma\)) və martensitin həcm hissəsinin (\(\xi\)) dəyişməsini göstərir.Əncirdə.Şəkil 3a, giriş gərginliyinin nəbzindən asılı olaraq SMA telinin temperaturunun zamanla dəyişməsini göstərir.Şəkildən göründüyü kimi, telin temperaturu sıfır gərginlikdə istilik mənbəyini təmin etməklə və sonradan konvektiv soyutma ilə artmağa davam edir.Qızdırma zamanı martensitin austenit fazasına yenidən çevrilməsi SMA naqilin temperaturu (T) gərginliklə düzəldilmiş austenit nüvələşmə temperaturunu (\(A_s^{\prime}\)) keçdikdə başlayır.Bu mərhələdə SMA naqili sıxılır və ötürücü güc yaradır.Həmçinin soyutma zamanı SMA naqilin (T) temperaturu gərginliklə dəyişdirilmiş martensit fazasının nüvələşmə temperaturunu keçdikdə (\(M_s^{\prime}\)) austenit fazasından martensit fazasına müsbət keçid baş verir.hərəkətverici qüvvə azalır.
SMA-ya əsaslanan bimodal sürücünün əsas keyfiyyət aspektləri simulyasiya nəticələrindən əldə edilə bilər.Gərginlik impulsunun daxil olması halında, SMA telinin temperaturu Joule isitmə effektinə görə artır.Martenzitin həcm fraksiyasının ilkin qiyməti (\(\xi\)) 1-ə təyin edilir, çünki material ilkin olaraq tam martenzitik fazadadır.Naqil qızmağa davam etdikcə, SMA naqilin temperaturu gərginliklə düzəldilmiş austenit nüvələşmə temperaturundan \(A_s^{\prime}\) keçir, nəticədə Şəkil 4c-də göstərildiyi kimi martensitin həcm fraksiyasının azalması baş verir.Bundan əlavə, şək.4e, aktuatorun vuruşlarının vaxtında paylanmasını göstərir və şək.5 – zamandan asılı olaraq hərəkətverici qüvvə.Əlaqədar tənliklər sisteminə temperatur, martensitin həcm hissəsi və naqildə yaranan gərginlik daxildir, nəticədə SMA telinin büzülməsi və aktuator tərəfindən yaranan qüvvə.Şəkildə göstərildiyi kimi.4d,f, temperaturla gərginliyin dəyişməsi və temperaturla martensitin həcm fraksiyasının dəyişməsi 7 V-də simulyasiya edilmiş halda SMA-nın histerezis xüsusiyyətlərinə uyğundur.
Sürücülük parametrlərinin müqayisəsi təcrübələr və analitik hesablamalar vasitəsilə əldə edilmişdir.Tellər 10 saniyə ərzində 7 V impulslu giriş gərginliyinə məruz qaldı, sonra iki dövr ərzində 15 saniyə (soyutma mərhələsi) soyudu.Pinnate bucağı \(40^{\circ}\) olaraq təyin edilib və hər bir pin ayağındakı SMA telinin ilkin uzunluğu 83 mm olaraq təyin edilib.(a) Yük hüceyrəsi ilə hərəkətverici qüvvənin ölçülməsi (b) Termal infraqırmızı kamera ilə naqilin temperaturunun monitorinqi.
Sürücünün yaratdığı qüvvəyə fiziki parametrlərin təsirini başa düşmək üçün riyazi modelin seçilmiş fiziki parametrlərə həssaslığının təhlili aparılıb və onların təsirinə görə parametrlər sıralanıb.Birincisi, model parametrlərinin seçilməsi vahid paylanmaya əməl edən eksperimental dizayn prinsiplərindən istifadə etməklə həyata keçirilmişdir (Həssaslıq Təhlili üzrə Əlavə Bölməyə baxın).Bu halda, model parametrlərinə giriş gərginliyi (\(V_{in}\)), ilkin SMA naqil uzunluğu (\(l_0\)), üçbucaq bucağı (\(\alfa\)), əyilmə yayın sabiti (\( K_x\ )), konvektiv istilik ötürmə əmsalı (\(h_T\)) və unimodal budaqların sayı (n) daxildir.Növbəti mərhələdə zirvə əzələ gücü tədqiqat dizayn tələbi kimi seçildi və hər bir dəyişən dəstinin gücə parametrik təsiri əldə edildi.Həssaslıq təhlili üçün tornado planları Şəkil 6a-da göstərildiyi kimi hər bir parametr üçün korrelyasiya əmsallarından əldə edilmişdir.
(a) Model parametrlərinin korrelyasiya əmsalı qiymətləri və onların yuxarıdakı model parametrlərinin 2500 unikal qrupunun maksimum çıxış gücünə təsiri tornado süjetində göstərilir.Qrafikdə bir neçə göstəricinin dərəcə korrelyasiyası göstərilir.Aydındır ki, \(V_{in}\) müsbət korrelyasiyaya malik yeganə parametrdir, \(l_0\) isə ən yüksək mənfi korrelyasiyaya malik parametrdir.Müxtəlif kombinasiyalarda müxtəlif parametrlərin pik əzələ gücünə təsiri (b, c)-də göstərilmişdir.\(K_x\) 400 ilə 800 N/m arasında dəyişir və n 4 ilə 24 arasında dəyişir. Gərginlik (\(V_{in}\)) 4V-dən 10V-a dəyişdi, naqil uzunluğu (\(l_{0 } \)) 40-dan 100 mm-ə qədər dəyişdi və quyruq bucağı (\) (\alp \0 6-dan \) (\alp \\rc, var \2\ \).
Əncirdə.Şəkil 6a, pik sürücü gücü dizayn tələbləri ilə hər bir parametr üçün müxtəlif korrelyasiya əmsallarının tornado sahəsini göstərir.Əncirdən.6a, gərginlik parametrinin (\(V_{in}\)) maksimum çıxış qüvvəsi ilə birbaşa əlaqəli olduğunu və konvektiv istilik ötürmə əmsalı (\(h_T\)), alov bucağı (\ ( \alpha\)), yerdəyişmə yayın sabiti ( \(K_x\)) çıxış qüvvəsi ilə mənfi əlaqədə olduğunu və ilkin uzunluğunun (\) MA telini göstərir (\) və onu göstərir (\) güclü tərs korrelyasiya Birbaşa korrelyasiya halında Gərginlik korrelyasiya əmsalının (\(V_ {in}\)) dəyərinin daha yüksək olması halında bu parametrin çıxış gücünə ən çox təsir etdiyini göstərir.Digər oxşar analiz, Şəkil 6b, c-də göstərildiyi kimi, iki hesablama sahəsinin müxtəlif kombinasiyalarında müxtəlif parametrlərin təsirini qiymətləndirərək pik qüvvəni ölçür.\(V_{in}\) və \(l_0\), \(\alpha\) və \(l_0\) oxşar nümunələrə malikdir və qrafik göstərir ki, \(V_{in}\) və \(\alpha\ ) və \(\alpha\) oxşar nümunələrə malikdir.\(l_0\) kiçik dəyərləri daha yüksək pik qüvvələri ilə nəticələnir.Digər iki süjet Şəkil 6a ilə uyğundur, burada n və \(K_x\) mənfi, \(V_{in}\) isə müsbət korrelyasiyalıdır.Bu təhlil sürücü sisteminin çıxış gücünün, vuruşunun və səmərəliliyinin tələblərə və tətbiqə uyğunlaşdırıla biləcəyi təsir parametrlərini müəyyən etməyə və tənzimləməyə kömək edir.
Cari tədqiqat işi N səviyyəli iyerarxik diskləri təqdim edir və araşdırır.Şəkil 7a-da göstərildiyi kimi iki səviyyəli iyerarxiyada, burada birinci səviyyəli aktuatorun hər bir SMA naqili yerinə, şəkildə göstərildiyi kimi, bimodal tənzimləmə əldə edilir.9e.Əncirdə.Şəkil 7c, SMA telinin yalnız uzununa istiqamətdə hərəkət edən daşınan qola (köməkçi qol) necə sarıldığını göstərir.Bununla belə, ilkin hərəkət edən qol 1-ci pilləli çoxpilləli ötürücünün hərəkətli qolu ilə eyni şəkildə hərəkət etməyə davam edir.Tipik olaraq, N-mərhələli sürücü \(N-1\) mərhələ SMA naqilini birinci mərhələ sürücüsü ilə əvəz etməklə yaradılır.Nəticədə, telin özünü saxlayan filial istisna olmaqla, hər bir filial birinci mərhələ sürücüsünü təqlid edir.Bu yolla, ilkin sürücülərin qüvvələrindən bir neçə dəfə çox olan qüvvələr yaradan iç-içə strukturlar yarana bilər.Bu tədqiqatda, hər bir səviyyə üçün Şəkil 7d-də cədvəl formatında göstərildiyi kimi, ümumi effektiv SMA tel uzunluğu 1 m nəzərə alındı.Hər bir unimodal dizaynda hər bir naqildən keçən cərəyan və hər bir SMA naqil seqmentində yaranan ön gərginlik və gərginlik hər səviyyədə eynidir.Bizim analitik modelimizə görə, çıxış qüvvəsi səviyyə ilə müsbət, yerdəyişmə isə mənfi korrelyasiyaya malikdir.Eyni zamanda, yerdəyişmə və əzələ gücü arasında mübadilə var idi.Şəkildə göründüyü kimi.7b, maksimum güc ən çox sayda təbəqədə əldə edilərkən, ən böyük yerdəyişmə ən aşağı təbəqədə müşahidə olunur.İerarxiya səviyyəsi \(N=5\) olaraq təyin edildikdə, 2 müşahidə edilən vuruş \(\upmu\)m ilə 2,58 kN-lik zirvə əzələ qüvvəsi tapıldı.Digər tərəfdən, birinci mərhələ sürücüsü 277 \(\upmu\)m vuruşda 150 N qüvvə yaradır.Çox səviyyəli aktuatorlar həqiqi bioloji əzələləri təqlid edə bilirlər, burada forma yaddaşı ərintilərinə əsaslanan süni əzələlər dəqiq və incə hərəkətlərlə əhəmiyyətli dərəcədə yüksək qüvvələr yarada bilirlər.Bu miniatürləşdirilmiş dizaynın məhdudiyyətləri ondan ibarətdir ki, iyerarxiya artdıqca hərəkət əhəmiyyətli dərəcədə azalır və sürücünün istehsal prosesinin mürəkkəbliyi artır.
(a) İki mərhələli (\(N=2\)) laylı forma yaddaşlı ərintisi xətti ötürücü sistemi bimodal konfiqurasiyada göstərilmişdir.Təklif olunan model birinci pilləli laylı ötürücüdə SMA naqilini başqa bir pilləli ötürücü ilə əvəz etməklə əldə edilir.(c) İkinci pilləli çoxlaylı ötürücünün deformasiya edilmiş konfiqurasiyası.(b) Səviyyələrin sayından asılı olaraq qüvvələrin və yerdəyişmələrin paylanması təsvir edilmişdir.Müəyyən edilmişdir ki, ötürücünün pik qüvvəsi qrafikdəki miqyas səviyyəsi ilə müsbət, vuruş isə miqyas səviyyəsi ilə mənfi korrelyasiya olunur.Hər bir naqildə cərəyan və əvvəlcədən gərginlik bütün səviyyələrdə sabit qalır.(d) Cədvəl hər səviyyədə kranların sayını və SMA telinin (lif) uzunluğunu göstərir.Tellərin xüsusiyyətləri indeks 1 ilə göstərilir və ikincil filialların sayı (birincil ayağa birləşir) alt yazıda ən böyük rəqəmlə göstərilir.Məsələn, 5-ci səviyyədə \(n_1\) hər bimodal strukturda mövcud olan SMA naqillərinin sayına, \(n_5\) isə köməkçi ayaqların (biri əsas ayağa qoşulmuş) sayına aiddir.
Faza keçidi ilə bağlı kristal strukturunda makroskopik dəyişiklikləri müşayiət edən termomexaniki xüsusiyyətlərdən asılı olan forma yaddaşlı SMA-ların davranışını modelləşdirmək üçün bir çox tədqiqatçılar tərəfindən müxtəlif üsullar təklif edilmişdir.Təsisedici metodların tərtibi mahiyyət etibarilə mürəkkəbdir.Ən çox istifadə olunan fenomenoloji model Tanaka28 tərəfindən təklif edilir və mühəndislik tətbiqlərində geniş istifadə olunur.Tanaka [28] tərəfindən təklif edilən fenomenoloji model martensitin həcm hissəsinin temperaturun və gərginliyin eksponensial funksiyası olduğunu nəzərdə tutur.Daha sonra Liang və Rogers29 və Brinson30 modelə cüzi dəyişikliklər etməklə faza keçid dinamikasının gərginlik və temperaturun kosinus funksiyası kimi qəbul edildiyi bir model təklif etdilər.Becker və Brinson ixtiyari yükləmə şəraitində, eləcə də qismən keçidlərdə SMA materiallarının davranışını modelləşdirmək üçün faza diaqramına əsaslanan kinetik model təklif etdilər.Banerjee32 Bekker və Brinson31 faza diaqramı dinamikası metodundan Elahinia və Ahmadian33 tərəfindən hazırlanmış bir sərbəstlik dərəcəsi manipulyatorunu simulyasiya etmək üçün istifadə edir.Gərginliyin temperaturla qeyri-monotonik dəyişməsini nəzərə alan faza diaqramlarına əsaslanan kinetik metodların mühəndislik tətbiqlərində tətbiqi çətindir.Elaxinia və Əhmədian mövcud fenomenoloji modellərin bu çatışmazlıqlarına diqqət çəkir və istənilən mürəkkəb yükləmə şəraitində forma yaddaşının davranışını təhlil etmək və müəyyən etmək üçün genişləndirilmiş fenomenoloji model təklif edirlər.
SMA telinin struktur modeli SMA naqilinin gərginliyini (\(\sigma\)), gərginliyini (\(\epsilon\)), temperaturu (T) və martensit həcm hissəsini (\(\xi\)) verir.Fenomenoloji konstitusiya modeli əvvəlcə Tanaka28 tərəfindən təklif edilmiş, daha sonra Liang29 və Brinson30 tərəfindən qəbul edilmişdir.Tənliyin törəməsi formaya malikdir:
burada E fazadan asılı olan SMA Young modulunu təmsil edən \(\displaystyle E=\xi E_M + (1-\xi )E_A\) və \(E_A\) və \(E_M\) istifadə edərək əldə edilmiş modulu müvafiq olaraq austenit və martenzitik fazalardır və əmsalı \_\T ilə ifadə edilir.Faza keçidinin töhfə əmsalı \(\Omega = -E \epsilon _L\) və \(\epsilon _L\) SMA naqilində bərpa edilə bilən maksimum gərginlikdir.
Faza dinamikası tənliyi Liang29 tərəfindən hazırlanmış və daha sonra Tanaka28 tərəfindən təklif edilən eksponensial funksiya yerinə Brinson30 tərəfindən qəbul edilmiş kosinus funksiyası ilə üst-üstə düşür.Faza keçid modeli Elaxinia və Ahmadian34 tərəfindən təklif edilən və Liang29 və Brinson30 tərəfindən verilmiş faza keçid şərtləri əsasında dəyişdirilmiş modelin genişləndirilməsidir.Bu faza keçid modeli üçün istifadə olunan şərtlər mürəkkəb termomexaniki yüklər altında etibarlıdır.Hər bir zaman anında konstitusiya tənliyini modelləşdirərkən martensitin həcm hissəsinin qiyməti hesablanır.
İstilik şəraitində martensitin ostenitə çevrilməsi ilə ifadə edilən idarəedici retransformasiya tənliyi aşağıdakı kimidir:
burada \(\xi\) martensitin həcm hissəsidir, \(\xi _M\) qızdırılmadan əvvəl alınan martensitin həcm hissəsidir, \(\displaystyle a_A = \pi /(A_f – A_s)\), \ ( \displaystyle b_A = -a_A/C_A\) və \(C_A\) və \(C_A\) - tel (C_A\) im(C_A\) \MAs və temperatur parametrləri. \(A_f\) – müvafiq olaraq austenit fazasının başlanğıcı və sonu, temperatur.
Soyutma şəraitində austenitin martenzitə faza çevrilməsi ilə təmsil olunan birbaşa çevrilmə idarəetmə tənliyi belədir:
burada \(\xi _A\) soyutmadan əvvəl alınan martensitin həcm hissəsidir, \(\displaystyle a_M = \pi /(M_s – M_f)\), \(\displaystyle b_M = -a_M/C_M\) və \ ( C_M \) – əyri uyğunlaşma parametrləri, T – SMA tellərinin ilkin temperaturu, \(M) və sahənin son temperaturu, \(M) ly.
(3) və (4) tənlikləri diferensiallaşdırıldıqdan sonra tərs və birbaşa çevrilmə tənlikləri aşağıdakı formaya sadələşdirilir:
İrəli və geri çevrilmə zamanı \(\eta _{\sigma}\) və \(\eta _{T}\) fərqli qiymətlər alır.\(\eta _{\sigma}\) və \(\eta _{T}\) ilə əlaqəli əsas tənliklər əldə edilmiş və əlavə bölmədə ətraflı müzakirə edilmişdir.
SMA telinin temperaturunu yüksəltmək üçün tələb olunan istilik enerjisi Joule istilik effektindən gəlir.SMA teli tərəfindən udulmuş və ya buraxılan istilik enerjisi gizli çevrilmə istiliyi ilə təmsil olunur.SMA naqilində istilik itkisi məcburi konveksiya ilə bağlıdır və radiasiyanın əhəmiyyətsiz təsirini nəzərə alaraq, istilik enerjisi balansı tənliyi aşağıdakı kimidir:
Burada \(m_{tel}\) SMA naqilin ümumi kütləsi, \(c_{p}\) SMA-nın xüsusi istilik tutumu, \(V_{in}\) naqilə tətbiq olunan gərginlik, \(R_{ohm} \ ) – fazadan asılı müqavimət SMA, aşağıdakı kimi müəyyən edilir;\(R_{ohm} = (l/A_{cross})[\xi r_M + (1-\xi )r_A]\ ) burada \(r_M\ ) və \(r_A\) müvafiq olaraq martensit və austenitdə SMA fazasının müqavimətidir, \(A_{c}\) naqilin səth sahəsi, yaddaşın bütün sahəsi H a.Naqilin gizli keçid istiliyi, T və \(T_{\infty}\) müvafiq olaraq SMA telinin və ətraf mühitin temperaturlarıdır.
Forma yaddaşlı ərinti tel işə salındıqda, tel sıxılır və bimodal dizaynın hər qolunda lif qüvvəsi adlanan bir qüvvə yaradır.SMA telinin hər bir telindəki liflərin qüvvələri birlikdə Şəkil 9e-də göstərildiyi kimi hərəkətə gətirmək üçün əzələ qüvvəsini yaradır.Kəsmə yayının olması səbəbindən N-ci çoxqatlı ötürücünün ümumi əzələ qüvvəsi:
\(N = 1\) tənliyində (7) əvəz edilərək, birinci mərhələ bimodal sürücü prototipinin əzələ gücü aşağıdakı kimi əldə edilə bilər:
burada n unimodal ayaqların sayı, \(F_m\) sürücü tərəfindən yaradılan əzələ qüvvəsi, \(F_f\) SMA naqilindəki lif gücü, \(K_x\) əyilmə sərtliyidir.yay, \(\alfa\) üçbucağın bucağı, \(x_0\) SMA kabelini əvvəlcədən gərgin vəziyyətdə saxlamaq üçün əyilmə yayının ilkin ofsetidir və \(\Delta x\) ötürmə mexanizminin hərəkətidir.
Sürücünün ümumi yerdəyişməsi və ya hərəkəti (\(\Delta x\)) gərginlikdən (\(\sigma\)) və gərginlikdən (\(\epsilon\)) asılı olaraq N-ci mərhələnin SMA naqili, sürücü təyin edilir (bax. Şəkil. Çıxışın əlavə hissəsi):
Kinematik tənliklər sürücünün deformasiyası (\(\epsilon\)) ilə yerdəyişmə və ya yerdəyişmə (\(\Delta x\)) arasındakı əlaqəni verir.Arb naqilin ilkin Arb naqilin uzunluğuna (\(l_0\)) və naqil uzunluğuna (l) asılı olaraq hər hansı bir unimodal budaqda t zamanı aşağıdakı kimidir:
burada \(l = \sqrt{l_0^2 +(\Delta x_1)^2 – 2 l_0 (\Delta x_1) \cos \alpha _1}\) Şəkil 8-də göstərildiyi kimi \(\Delta\)ABB '-də kosinus düsturunu tətbiq etməklə əldə edilir. Birinci mərhələ ötürücü üçün (\)(N\)_ta =(1\) \el \el \D ), və \(\alpha _1\) Şəkil 8-də göstərildiyi kimi \(\alpha \) olur, vaxtı (11) tənliyindən diferensiallaşdırmaq və l qiymətini əvəz etməklə, deformasiya sürətini belə yazmaq olar:
burada \(l_0\) SMA telinin ilkin uzunluğu, l bir unimodal budaqda istənilən vaxt t telin uzunluğu, \(\epsilon\) SMA naqilində inkişaf etmiş deformasiya və \(\alfa \) üçbucağın bucağı, \(\Delta x\) sürücünün ofsetidir (Şəkil 8-də göstərildiyi kimi).
Bütün n tək zirvəli strukturlar (bu şəkildəki \(n=6\)) giriş gərginliyi kimi \(V_{in}\) ilə ardıcıl olaraq bağlanır.Mərhələ I: Sıfır gərginlik şəraitində bimodal konfiqurasiyada SMA telinin sxematik diaqramı Mərhələ II: Qırmızı xətt ilə göstərildiyi kimi tərs çevrilmə nəticəsində SMA naqilinin sıxıldığı idarə olunan struktur göstərilir.
Konsepsiyanın sübutu olaraq, eksperimental nəticələrlə əsas tənliklərin simulyasiya edilmiş törəmələrini yoxlamaq üçün SMA əsaslı bimodal sürücü hazırlanmışdır.Bimodal xətti aktuatorun CAD modeli Şəkildə göstərilmişdir.9a.Digər tərəfdən, şək.Şəkil 9c, bimodal quruluşa malik iki müstəvili SMA əsaslı ötürücüdən istifadə edərək fırlanan prizmatik əlaqə üçün təklif olunan yeni dizaynı göstərir.Sürücü komponentləri Ultimaker 3 Extended 3D printerində əlavə istehsaldan istifadə etməklə hazırlanıb.Komponentlərin 3D çapı üçün istifadə olunan material güclü, davamlı və yüksək şüşə keçid temperaturuna (110-113 \(^{\circ }\) C) malik olduğu üçün istiliyədavamlı materiallar üçün uyğun olan polikarbonatdır.Bundan əlavə, təcrübələrdə Dynalloy, Inc. Flexinol forma yaddaşlı ərinti məftilindən, simulyasiyalarda isə Flexinol məftilinə uyğun olan material xüsusiyyətlərindən istifadə edilmişdir.Şəkil 9b, d-də göstərildiyi kimi çox qatlı aktuatorlar tərəfindən istehsal olunan yüksək qüvvələri əldə etmək üçün çoxlu SMA naqilləri əzələlərin bimodal düzülüşündə mövcud olan liflər kimi təşkil edilmişdir.
Şəkil 9a-da göstərildiyi kimi, hərəkət edən qol SMA telinin yaratdığı kəskin bucaq bucaq (\(\alfa\)) adlanır.Sol və sağ sıxaclara bərkidilmiş terminal sıxacları ilə SMA teli istədiyiniz bimodal bucaq altında saxlanılır.Yay konnektorunda saxlanılan əyilmə yayı cihazı SMA liflərinin sayına (n) uyğun olaraq müxtəlif əyilmə yay uzatma qruplarını tənzimləmək üçün nəzərdə tutulmuşdur.Bundan əlavə, hərəkət edən hissələrin yeri SMA telinin məcburi konveksiya ilə soyudulması üçün xarici mühitə məruz qalması üçün nəzərdə tutulmuşdur.Çıxarılan qurğunun yuxarı və aşağı lövhələri çəki azaltmaq üçün nəzərdə tutulmuş ekstrüde edilmiş kəsiklərlə SMA naqilini sərin saxlamağa kömək edir.Bundan əlavə, CMA telinin hər iki ucu bir qıvrım vasitəsi ilə müvafiq olaraq sol və sağ terminallara sabitlənir.Üst və alt plitələr arasında boşluq saxlamaq üçün daşınan qurğunun bir ucuna bir piston bərkidilir.Piston, SMA teli işə salındıqda bloklama gücünü ölçmək üçün kontakt vasitəsilə sensora bloklama qüvvəsi tətbiq etmək üçün də istifadə olunur.
Bimodal əzələ quruluşu SMA elektriklə ardıcıl olaraq bağlıdır və giriş impuls gərginliyi ilə təchiz edilmişdir.Gərginlik impuls dövrü zamanı gərginlik tətbiq edildikdə və SMA teli austenitin ilkin temperaturundan yuxarı qızdırıldıqda, hər bir teldə telin uzunluğu qısalır.Bu geri çəkilmə hərəkətli qolun alt birləşməsini işə salır.Eyni dövrədə gərginlik sıfırlandıqda, qızdırılan SMA teli martensit səthinin temperaturundan aşağı soyudu və bununla da ilkin vəziyyətinə qayıtdı.Sıfır gərginlik şəraitində, SMA naqili əvvəlcə müəyyən edilmiş martensitik vəziyyətə çatmaq üçün bir əyilmə yayı ilə passiv şəkildə uzanır.SMA telinin keçdiyi vida, SMA naqilinə gərginlik impulsu tətbiq etməklə yaranan sıxılma səbəbindən hərəkət edir (SPA austenit fazasına çatır), bu da daşınan qolun işə salınmasına səbəb olur.SMA teli geri çəkildikdə, əyilmə yayı yayı daha da uzatmaqla əks qüvvə yaradır.İmpuls gərginliyindəki gərginlik sıfıra çatdıqda, SMA teli məcburi konveksiya ilə soyudulması səbəbindən uzanır və formasını dəyişir, ikiqat martenzitik fazaya çatır.
Təklif olunan SMA əsaslı xətti ötürücü sistemi SMA naqillərinin bucaqlı olduğu bimodal konfiqurasiyaya malikdir.(a) prototip üçün bəzi komponentləri və onların mənalarını qeyd edən prototipin CAD modelini təsvir edir, (b, d) hazırlanmış eksperimental prototipi təmsil edir35.(b) elektrik birləşmələri və əyilmə yayları və istifadə olunan gərginlikölçənlərlə prototipin yuxarı görünüşünü göstərdiyi halda, (d) quraşdırmanın perspektiv görünüşünü göstərir.(e) Lifin və əzələ gücünün istiqamətini və gedişatını göstərən, istənilən vaxt t-də bimodal olaraq yerləşdirilən SMA naqilləri ilə xətti işə salma sisteminin diaqramı.(c) İki müstəvili SMA əsaslı ötürücünün yerləşdirilməsi üçün 2-DOF fırlanan prizmatik əlaqə təklif edilmişdir.Göstərildiyi kimi, keçid xətti hərəkəti aşağı sürücüdən yuxarı qola ötürür və fırlanma əlaqəsi yaradır.Digər tərəfdən, prizma cütünün hərəkəti çox qatlı birinci pillə ötürücüsünün hərəkəti ilə eynidir.
SMA əsasında bimodal sürücünün işini qiymətləndirmək üçün Şəkil 9b-də göstərilən prototip üzərində eksperimental tədqiqat aparıldı.Şəkil 10a-da göstərildiyi kimi, eksperimental quraşdırma SMA naqillərinə giriş gərginliyini təmin etmək üçün proqramlaşdırıla bilən DC enerji təchizatından ibarət idi.Şəkildə göstərildiyi kimi.Şəkil 10b-də, Graphtec GL-2000 məlumat kaydedicisindən istifadə edərək bloklama gücünü ölçmək üçün pyezoelektrik gərginlikölçən (PACEline CFT/5kN) istifadə edilmişdir.Məlumat ev sahibi tərəfindən əlavə araşdırma üçün qeyd olunur.Gərginlikölçənlər və yük gücləndiriciləri gərginlik siqnalı yaratmaq üçün daimi enerji təchizatı tələb edir.Müvafiq siqnallar Cədvəl 2-də təsvir olunduğu kimi pyezoelektrik qüvvə sensorunun həssaslığına və digər parametrlərə uyğun olaraq güc çıxışlarına çevrilir. Gərginlik impulsu tətbiq edildikdə, SMA naqilin temperaturu yüksəlir, SMA naqilinin sıxılmasına səbəb olur və bu, ötürücünün güc yaratmasına səbəb olur.7 V-lik bir giriş gərginliyi nəbzi ilə əzələ gücünün çıxışının eksperimental nəticələri Şəkildə göstərilmişdir.2a.
(a) Təcrübədə ötürücü tərəfindən yaradılan qüvvəni ölçmək üçün SMA əsaslı xətti ötürücü sistemi qurulmuşdur.Yük hüceyrəsi bloklama gücünü ölçür və 24 V DC enerji təchizatı ilə təchiz edilir.GW Instek proqramlaşdırıla bilən DC enerji təchizatı istifadə edərək kabelin bütün uzunluğu boyunca 7 V gərginlik düşməsi tətbiq olundu.SMA teli istilik səbəbindən kiçilir və daşınan qol yük hüceyrəsi ilə təmasda olur və bloklama qüvvəsi tətbiq edir.Yük hüceyrəsi GL-2000 məlumat qeyd cihazına qoşulur və məlumatlar sonrakı emal üçün hostda saxlanılır.(b) Əzələ gücünü ölçmək üçün eksperimental qurğunun komponentləri zəncirini göstərən diaqram.
Forma yaddaşı ərintiləri istilik enerjisi ilə həyəcanlanır, buna görə də temperatur forma yaddaşı fenomenini öyrənmək üçün vacib bir parametrə çevrilir.Eksperimental olaraq, Şəkil 11a-da göstərildiyi kimi, prototip SMA əsaslı divalerat aktuatorunda termal görüntüləmə və temperatur ölçmələri aparıldı.Proqramlaşdırıla bilən DC mənbəyi Şəkil 11b-də göstərildiyi kimi eksperimental quraşdırmada SMA naqillərinə giriş gərginliyi tətbiq etdi.SMA telinin temperatur dəyişikliyi real vaxt rejimində yüksək ayırdetmə qabiliyyətinə malik LWIR kamera (FLIR A655sc) istifadə edərək ölçüldü.Ev sahibi sonrakı emal üçün məlumatları qeyd etmək üçün ResearchIR proqram təminatından istifadə edir.Gərginlik impulsu tətbiq edildikdə, SMA telinin temperaturu yüksəlir, bu da SMA telinin daralmasına səbəb olur.Əncirdə.Şəkil 2b, 7V giriş gərginliyi impulsu üçün vaxta qarşı SMA naqilin temperaturunun eksperimental nəticələrini göstərir.
Göndərmə vaxtı: 28 sentyabr 2022-ci il