Grazie per visità Nature.com.A versione di u navigatore chì aduprate hà un supportu CSS limitatu.Per a megliu sperienza, ricumandemu chì utilizate un navigatore aghjurnatu (o disattivà u Modu di Compatibilità in Internet Explorer).Intantu, per assicurà un supportu cuntinuatu, renderemu u situ senza stili è JavaScript.
L'attuatori sò aduprati in ogni locu è creanu un muvimentu cuntrullatu appiendu a forza di eccitazione curretta o torque per eseguisce diverse operazioni in a fabricazione è l'automatizazione industriale.A necessità di unità più veloci, più chjuche è più efficienti guida l'innuvazione in u disignu di l'unità.L'unità di forma di memoria di forma (SMA) offrenu una quantità di vantaghji annantu à l'unità convenzionali, cumprese un altu rapportu di putenza à pesu.In questa dissertazione, hè statu sviluppatu un attuatore basatu in SMA à dui piume chì combina i vantaghji di i musculi piuma di i sistemi biologichi è e proprietà uniche di SMA.Stu studiu esplora è estende l'attuatori SMA precedenti sviluppendu un mudellu matematicu di u novu attuatore basatu annantu à l'arrangimentu bimodale di filu SMA è testendu sperimentalmente.Comparatu à i cunnisciuti cunnisciuti basati in SMA, a forza di attuazione di a nova unità hè almenu 5 volte più altu (finu à 150 N).A perdita di pisu currispundente hè di circa 67%.I risultati di l'analisi di sensibilità di mudelli matematichi sò utili per sintonizà i paràmetri di cuncepimentu è capiscenu i paràmetri chjave.Stu studiu presenta ancu una unità multi-livellu Nth stage chì pò esse usata per rinfurzà ancu a dinamica.L'attuatori musculari dipvalerati basati in SMA anu una larga gamma di applicazioni, da l'automatizazione di l'edificiu à i sistemi di consegna di droghe di precisione.
Sistemi biologichi, cum'è e strutture musculari di i mammiferi, ponu attivà assai attuatori sottili1.I mammiferi anu strutturi musculari diffirenti, ognunu serve un scopu specificu.In ogni casu, assai di a struttura di u tessulu musculu di mammiferi pò esse divisu in duie categurie larghe.Parallela è pennata.In i hamstrings è altri flexors, cum'è u nome suggerisce, a musculatura parallela hà fibri musculari paralleli à u tendinu cintrali.A catena di fibri musculari hè allineata è funzionalmente cunnessa da u tessulu cunghjuntivu intornu à elli.Ancu s'ellu si dice chì sti musculi anu una grande escursione (percentuali curretti), a so forza musculare generale hè assai limitata.In cuntrastu, in u triceps calf muscle2 (gastrocnemius lateral (GL)3, gastrocnemius medial (GM)4 è soleus (SOL)) è extensor femoris (quadriceps) 5,6 tessulu musculu pennate si trova in ogni musculu7.In una struttura pinnata, i fibri musculari in a musculatura bipennata sò prisenti in i dui lati di u tendinu cintrali à l'anguli oblicu (angles pinnate).Pennate vene da a parolla latina "penna", chì significa "penna", è, cum'è mostra in a fig.1 hà un aspettu di piuma.I fibri di i musculi pennati sò più brevi è angulati à l'assi longitudinale di u musculu.A causa di a struttura pinnate, a mobilità generale di sti musculi hè ridutta, chì porta à i cumpunenti trasversali è longitudinali di u prucessu di scurzamentu.Per d 'altra banda, l'attivazione di sti musculi porta à una forza musculare generale più alta per via di a manera di misurazione di l'area fisiologica trasversale.Per quessa, per un spaziu trasversale datu, i musculi pennate seranu più forti è generaranu forze più altu ch'è i musculi cù fibri paralleli.E forze generate da fibri individuali generanu forze musculari à un livellu macroscòpicu in quellu tissutu musculare.Inoltre, hà proprietà uniche cum'è una contrazione rapida, una prutezzione contra i danni di tensione, un cushioning.Trasfurmà a relazione trà l'input di fibra è l'output di forza musculare sfruttendu e caratteristiche uniche è a cumplessità geomètrica di l'arrangiamentu di fibre assuciatu à e linee di azzione musculari.
Sò mostrati diagrammi schematici di disinni di attuatori basati in SMA esistenti in relazione à una architettura musculare bimodale, per esempiu (a), chì rapprisentanu l'interazzione di a forza tattile in quale un dispositivu in forma di manu attuatu da i fili SMA hè muntatu nantu à un robot mobile autonomu à duie rote9,10., (b) Protesi orbitale robotica cù una protesi orbitale SMA antagonisticamente posta.A pusizione di l'ochju prosteticu hè cuntrullata da un signalu da u musculu oculare di l'ochju11, (c) l'attuatori SMA sò ideali per l'applicazioni sottumarini per via di a so risposta d'alta freccia è a larghezza di banda bassa.In questa cunfigurazione, l'attuatori SMA sò usati per creà u muvimentu di l'onda simulando u muvimentu di i pesci, (d) L'attuatori SMA sò usati per creà un robot d'ispezione di pipa micro chì pò aduprà u principiu di u muvimentu di verme inch inch, cuntrullatu da u muvimentu di fili SMA in u canali 10, (e) mostra a direzzione di e fibre musculari di cuntrazzione è generanu forza contractile in u tissutu gastrocnemius di musculus in forma di fibre di musculus dispostu in SMA. struttura musculaire.
L'attuatori sò diventati una parte impurtante di i sistemi meccanichi per via di a so larga gamma di applicazioni.Dunque, a necessità di unità più chjuche, più veloci è più efficienti diventa critica.Malgradu i so vantaghji, i drive tradiziunali anu dimustratu per esse caru è tempu per mantene.L'attuatori idraulichi è pneumatici sò cumplessi è caru è sò sottumessi à usura, prublemi di lubrificazione è fallimentu di cumpunenti.In risposta à a dumanda, l'enfasi hè nantu à u sviluppu di attuatori efficaci in u costu, ottimizzati per u dimensionamentu è avanzati basati nantu à materiali intelligenti.A ricerca in corso sta esaminendu attuatori stratificati in lega di memoria di forma (SMA) per risponde à sta necessità.L'attuatori gerarchici sò unichi in quantu combinanu assai attuatori discreti in sottosistemi di scala macro geomètricamenti cumplessi per furnisce una funziunalità aumentata è espansa.In questu sensu, u tissutu muscular umanu descrittu sopra furnisce un eccellente esempiu multilayered di tali attuazione multilayered.U studiu attuale descrive una unità SMA multi-livellu cù parechji elementi di unità individuali (fili SMA) allinati à l'orientazioni di fibra prisenti in i musculi bimodali, chì migliurà a prestazione generale di u drive.
U scopu principale di un attuatore hè di generà una putenza meccanica cum'è a forza è u spustamentu cunvertisce l'energia elettrica.L'alliage di memoria di forma sò una classa di materiali "intelligenti" chì ponu restaurà a so forma à alte temperature.Sottu carichi elevati, un aumentu di a temperatura di u filu SMA porta à a ricuperazione di a forma, risultatu in una densità d'energia d'attuazione più alta paragunata à diversi materiali intelligenti direttamente legati.À u listessu tempu, sottu carichi meccanichi, i SMA diventanu fragili.In certi cundizioni, una carica ciclica pò assorbe è liberà energia meccanica, esibendu cambiamenti di forma istereticu reversibile.Queste proprietà uniche facenu SMA ideale per sensori, smorzamentu di vibrazioni è soprattuttu attuatori12.Cù questu in mente, ci hè stata assai ricerca in unità basate in SMA.Si deve esse nutatu chì l'attuatori basati in SMA sò pensati per furnisce un muvimentu traslazionale è rotativu per una varietà di applicazioni13,14,15.Ancu se certi attuatori rotatori sò stati sviluppati, i circadori sò particularmente interessati à l'attuatori lineari.Questi attuatori lineari ponu esse divisi in trè tippi di attuatori: attuatori unidimensionali, di spostamentu è differenziali 16 .Inizialmente, i dischi hibridi sò stati creati in cumminazione cù SMA è altre unità convenzionali.Un tali esempiu di un attuatore lineare hibridu basatu in SMA hè l'usu di un filu SMA cù un mutore DC per furnisce una forza di output di circa 100 N è un spostamentu significativu17.
Unu di i primi sviluppi in unità basati interamente nantu à SMA era l'unità parallela SMA.Utilizendu parechji fili SMA, l'unità parallela basata in SMA hè pensata per aumentà a capacità di putenza di u drive mettendu tutti i fili SMA18 in parallelu.A cunnessione parallela di l'attuatori ùn hè micca solu bisognu di più putere, ma ancu limita a putenza di output di un filu unicu.Un altru svantaghju di l'attuatori basati in SMA hè u viaghju limitatu chì ponu ottene.Per risolve stu prublema, hè statu creatu un fasciu di cable SMA chì cuntene un fasciu flessibile deviatu per aumentà u spustamentu è ottene un muvimentu lineale, ma ùn hà micca generatu forze più altu19.Strutture è tessuti deformabili morbidi per robot basati in leghe di memoria di forma sò stati sviluppati principalmente per l'amplificazione d'impattu20,21,22.Per l'applicazioni induve sò richieste alte velocità, e pompe compatte guidate sò state riportate chì utilizanu SMA di film sottile per applicazioni guidate da micropompa23.A frequenza di u drive di a membrana SMA di film sottile hè un fattore chjave in u cuntrollu di a velocità di u driver.Dunque, i mutori lineari SMA anu una risposta dinamica megliu cà i mutori di molla SMA o bastone.A robotica soft è a tecnulugia di presa sò duie altre applicazioni chì utilizanu attuatori basati in SMA.Per esempiu, per rimpiazzà l'attuatore standard utilizatu in a pinza spaziale 25 N, hè statu sviluppatu un attuatore parallelu in lega di memoria di forma 24.In un altru casu, un attuatore soft SMA hè statu fabbricatu basatu annantu à un filu cù una matrice incrustata capace di pruduce una forza massima di pulling di 30 N. Per via di e so proprietà meccaniche, i SMA sò ancu usati per pruduce attuatori chì imitanu i fenomeni biologichi.Un tali sviluppu include un robot di 12 cellule chì hè una biomimetica di un urganismu simili à a terra cù SMA per generà un muvimentu sinusoidale à u focu26,27.
Comu dissi prima, ci hè un limitu à a forza massima chì pò esse ottenuta da l'attuatori basati in SMA esistenti.Per affruntà stu prublema, stu studiu presenta una struttura musculare bimodale biomimetica.Conduttu da un filu di lega di memoria di forma.Fornisce un sistema di classificazione chì include parechji fili di lega di memoria di forma.Finu a data, nisun attuatore basatu in SMA cù una architettura simile hè statu signalatu in a literatura.Stu sistema unicu è novu basatu annantu à SMA hè statu sviluppatu per studià u cumpurtamentu di SMA durante l'allineamentu musculu bimodale.Paragunatu à l'attuatori basati in SMA esistenti, u scopu di stu studiu era di creà un attuatore dipvalerate biomimeticu per generà forze significativamente più alti in un picculu voluminu.Paragunatu à l'accionamentu di u mutore stepper cunvinziunali aduprati in i sistemi di automatizazione è di cuntrollu di l'edificiu HVAC, u prughjettu di l'accionamentu bimodale basatu in SMA prupostu riduce u pesu di u meccanismo di guida di 67%.In i seguenti, i termini "muscle" è "drive" sò usati in modu intercambiable.Stu studiu investiga a simulazione multifisica di tali unità.U cumpurtamentu miccanicu di tali sistemi hè statu studiatu da metudi sperimentali è analitici.A distribuzione di forza è di temperatura hè stata investigata in più à una tensione di input di 7 V. In seguitu, un analisi parametricu hè statu realizatu per capisce megliu a relazione trà i paràmetri chjave è a forza di output.Infine, l'attuatori gerarchici sò stati pruposti è l'effetti di u livellu gerarchicu sò stati pruposti cum'è una futura zona potenziale per attuatori non magnetichi per applicazioni protesi.Sicondu i risultati di i studii citati, l'usu di una architettura di una sola tappa produce forze almenu quattru à cinque volte più altu di l'attuatori basati in SMA.Inoltre, a listessa forza motrice generata da una unità multi-livellu multi-livellu hè stata dimustrata per esse più di deci volte quella di unità cunvinziunali basate in SMA.U studiu poi riporta i paràmetri chjave utilizendu l'analisi di sensibilità trà diversi disinni è variabili di input.A lunghezza iniziale di u filu SMA (\(l_0\)), l'angolo pinnate (\(\alpha\)) è u numeru di filamenti unichi (n) in ogni filu individuale anu un forte effettu negativu nantu à a magnitudine di a forza motrice.forza, mentre chì a tensione di input (energia) hè stata correlata positivamente.
U filu SMA mostra l'effettu di memoria di forma (SME) vistu in a famiglia di aleaghji di nickel-titanium (Ni-Ti).Di genere, i SMA presentanu duie fasi di dipende di a temperatura: una fase di temperatura bassa è una fase di temperatura alta.E duie fasi anu proprietà uniche per via di a presenza di strutture cristalline diverse.In a fase di l'austenite (fase d'alta temperatura) chì esiste sopra à a temperatura di trasfurmazioni, u materiale mostra una forza alta è hè pocu deformatu sottu a carica.A lega si cumporta cum'è l'acciaio inossidabile, cusì hè capaci di sustene e pressioni di attuazione più altu.Approfittendu di sta pruprietà di l'ali Ni-Ti, i fili SMA sò inclinati per furmà un attuatore.I mudelli analitici adattati sò sviluppati per capiscenu a meccanica fundamentale di u cumpurtamentu termale di SMA sottu l'influenza di diversi paràmetri è diverse geometrie.Un bonu accordu hè statu ottenutu trà i risultati sperimentali è analitici.
Un studiu sperimentale hè statu realizatu nantu à u prototipu mostratu in a Fig.Dui di sti pruprietà, a forza generata da u drive (forza musculare) è a temperatura di u filu SMA (temperature SMA), sò stati misurati sperimentalmente.Quandu a diffarenza di tensione aumenta in tutta a lunghezza di u filu in u drive, a temperatura di u filu aumenta per via di l'effettu di riscaldamentu Joule.A tensione di input hè stata appiicata in dui cicli di 10 s (mostratu cum'è punti rossi in Fig. 2a, b) cù un periodu di rinfrescamentu di 15 s trà ogni ciculu.A forza di bloccu hè stata misurata cù un strain gauge piezoelectric, è a distribuzione di a temperatura di u filu SMA hè stata monitorata in tempu reale cù una camera LWIR d'alta risoluzione di qualità scientifica (vede e caratteristiche di l'equipaggiu utilizatu in a Tabella 2).mostra chì durante a fase d'alta tensione, a temperatura di u filu aumenta monotonicamente, ma quandu ùn ci hè micca corrente, a temperatura di u filu cuntinueghja à calà.In a cunfigurazione sperimentale attuale, a temperatura di u filu SMA hè cascata durante a fase di rinfrescamentu, ma era sempre sopra à a temperatura ambientale.Nantu à fig.2e mostra una snapshot di a temperatura nantu à u filu SMA presa da a camera LWIR.D'altronde, in fig.2a mostra a forza di bloccu generata da u sistema di guida.Quandu a forza musculare supera a forza di risturazione di a primavera, u bracciu mobile, cum'è mostra in a Figura 9a, cumencia à spustà.Appena l'attuazione principia, u bracciu mobile entra in cuntattu cù u sensoru, creendu una forza di corpu, cum'è mostra in a fig.2c, d.Quandu a temperatura massima hè vicinu à \(84\,^{\circ}\hbox {C}\), a forza massima osservata hè 105 N.
U graficu mostra i risultati sperimentali di a temperatura di u filu SMA è a forza generata da l'attuatore bimodale basatu in SMA durante dui cicli.A tensione di input hè appiicata in dui cicli di 10 seconde (mostratu cum'è punti rossi) cù un periodu di rinfrescante di 15 seconde trà ogni ciculu.U filu SMA utilizatu per l'esperimenti era un filu Flexinol di 0,51 mm di diametru da Dynalloy, Inc. (a) U graficu mostra a forza sperimentale ottenuta in dui cicli, (c, d) mostra dui esempi indipendenti di l'azzione di l'attuatori di braccia in movimentu nantu à un trasduttore di forza piezoelettrica PACEline CFT/5kN, (b) a temperatura massima di u ciculu mostra a temperatura massima di u ciculu SMA (a temperatura di u tempu) napshot presa da u filu SMA cù a camera LWIR di u software FLIR ResearchIR.I paràmetri geomettichi presi in contu in l'esperimenti sò datu in Table.unu.
I risultati di simulazione di u mudellu matimàticu è i risultati spirimintali sò paragunati sottu a cundizione di una tensione di input di 7V, cum'è mostra in Fig.5.Sicondu i risultati di l'analisi parametrica è per evità a pussibilità di surriscaldamentu di u filu SMA, una putenza di 11,2 W hè stata furnita à l'attuatore.Un alimentazione DC programable hè stata utilizata per furnisce 7V cum'è a tensione di input, è un currente di 1.6A hè statu misuratu à traversu u filu.A forza generata da u drive è a temperatura di u SDR aumentanu quandu u currente hè applicatu.Cù una tensione di input di 7V, a forza massima di output ottenuta da i risultati di simulazione è i risultati sperimentali di u primu ciculu hè 78 N è 96 N, rispettivamente.In u sicondu ciclu, a forza massima di output di a simulazione è i risultati sperimentali era 150 N è 105 N, rispettivamente.A discrepanza trà e misure di forza di occlusione è e dati sperimentali pò esse dovutu à u metudu utilizatu per misurà a forza di occlusione.I risultati sperimentali mostrati in fig.5a currisponde à a misurazione di a forza di serratura, chì à u turnu hè stata misurata quandu l'arbulu d'accionamentu era in cuntattu cù u trasduttore di forza piezoelettrica PACEline CFT/5kN, cum'è mostra in a fig.2s.Per quessa, quandu l'arbulu di l'accionamentu ùn hè micca in cuntattu cù u sensoru di forza à l'iniziu di a zona di rinfrescante, a forza diventa immediatamente zero, cum'è mostra in a figura 2d.Inoltre, altri parametri chì affettanu a furmazione di forza in i ciculi successivi sò i valori di u tempu di rinfrescamentu è u coefficient di trasferimentu di calore cunvective in u ciculu precedente.Da fig.2b, si pò vede chì dopu à un periodu di rinfrescamentu di 15 secondi, u filu SMA ùn hà micca righjuntu a temperatura di l'ambienti è per quessa hà avutu una temperatura iniziale più altu (\(40\,^{\circ }\hbox {C}\)) in u secondu ciclu di guida cumparatu cù u primu ciclu (\(25\, ^{\circ}\hbox {C}\)).Cusì, paragunatu cù u primu ciclu, a temperatura di u filu SMA durante u sicondu ciclu di riscaldamentu righjunghji a temperatura iniziale di l'austénite (\(A_s\)) prima è si mantene in u periodu di transizione più longu, risultatu in stress è forza.Per d 'altra banda, a distribuzione di temperatura durante i cicli di riscaldamentu è di rinfrescante ottenuta da esperimenti è simulazioni anu una alta similitudine qualitativa à l'esempii di l'analisi termografica.L'analisi comparativa di e dati termali di filu SMA da esperimenti è simulazioni hà dimustratu a coerenza durante i cicli di riscaldamentu è di raffreddamentu è in tolleranze accettabili per i dati sperimentali.A temperatura massima di u filu SMA, ottenuta da i risultati di simulazioni è esperimenti di u primu ciclu, hè \(89\,^{\circ }\hbox {C}\) è \(75\,^{\circ }\hbox {C }\, rispettivamente ), è in u sicondu ciclu a temperatura massima di u filu SMA hè \(94\,^{\circ }\hbox {C}\) è \(circ 89\,^{\circ }\hbox {C }\), è in u sicondu ciclu a temperatura massima di u filu SMA hè \(94\,^{\circ }\hbox {C}\) casella {C}\).U mudellu sviluppatu fundamentale cunfirma l'effettu di l'effettu di memoria di forma.U rolu di a fatigue è u surriscaldamentu ùn hè micca cunsideratu in questa rivista.In u futuru, u mudellu serà migliuratu per include a storia di stress di u filu SMA, facendu più adattatu per l'applicazioni ingegneria.A forza di l'output drive è i trama di temperatura SMA ottenuti da u bloccu Simulink sò in i tolleranze permissibili di e dati sperimentali sottu a cundizione di un impulsu di tensione di input di 7 V. Questu cunferma a correttezza è l'affidabilità di u mudellu matematicu sviluppatu.
U mudellu matematicu hè statu sviluppatu in l'ambiente MathWorks Simulink R2020b utilizendu l'equazioni basi descritte in a sezione Metodi.Nantu à fig.3b mostra un schema di bloccu di u mudellu di matematica Simulink.U mudellu hè statu simulatu per un impulsu di tensione di input 7V cum'è mostra in Fig. 2a, b.I valori di i paràmetri utilizati in a simulazione sò listati in a Table 1. I risultati di a simulazione di i prucessi transitori sò presentati in Figure 1 è 1. Figure 3a è 4. In fig.4a,b mostra a tensione indotta in u filu SMA è a forza generata da l'attuatore in funzione di u tempu. Durante a trasfurmazioni inversa (riscaldamentu), quandu a temperatura di u filu SMA, \(T <A_s^{\prime}\) (temperature di partenza di a fase di l'austenite mudificata da stress), u ritmu di cambiamentu di a frazione di volumi martensite (\(\dot{\xi }\)) serà zero. Durante a trasfurmazioni inversa (riscaldamentu), quandu a temperatura di u filu SMA, \(T <A_s^{\prime}\) (temperature di partenza di a fase di l'austenite modificata da stress), u ritmu di cambiamentu di a frazione di volumi martensite (\(\dot{\ xi }\)) serà zero. Во время обратного превращения (нагрева), когда температура проволоки SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (тетустна на фазы, модифицированная напряжением), скорость изменения объемной доли мартенсита (\(\\dot) фазы, скорость изменения объемной доли мартенсита (\(\\dot){\ зунѱ) ло. Duranti a trasfurmazioni inversa (riscaldamentu), quandu a temperatura di u filu SMA, \(T <A_s^{\prime}\) (temperature d'iniziu di l'austenite modificata da stress), a tarifa di cambiamentu di a fraccione di u voluminu di martensite (\(\dot{\ xi }\ )) serà zero.在反向转变（加热）过程中，当SMA 线温度\(T < A_s^{\prime}\)（应力修正奥氏体秩奥氏体秩度氏体秩度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) Risultato di simulazione chì mostra a distribuzione di a temperatura è a temperatura di junzione indotta da stress in un attuatore divalerate basatu in SMA.Quandu a temperatura di u filu attraversa a temperatura di transizione di l'austénite in u stadiu di riscaldamentu, a temperatura di transizione di l'austénite mudificata cumencia à aumentà, è simile, quandu a temperatura di u filu di filu attraversa a temperatura di transizione martensitica in u stadiu di rinfrescante, a temperatura di transizione martensitica diminuisce.SMA per a modellazione analitica di u prucessu di attuazione.(Per una vista dettagliata di ogni sottosistema di un mudellu Simulink, vede a sezione appendice di u schedariu supplementu).
I risultati di l'analisi per e diverse distribuzioni di paràmetri sò mostrati per dui ciculi di a tensione d'ingressu di 7V (10 secondi di ciculi di riscaldamentu è 15 secondi di ciculi di rinfrescante).Alors que (ac) et (e) illustrent la distribution au fil du temps, d'autre part, (d) et (f) illustrent la distribution avec la température.Per e cundizioni di input rispettivi, u stress massimu osservatu hè 106 MPa (menu di 345 MPa, forza di rendimentu di u filu), a forza hè 150 N, u spustamentu massimu hè 270 µm, è a frazione minima di u voluminu martensiticu hè 0,91.Per d 'altra banda, u cambiamentu in u stress è u cambiamentu in a fraccione di u voluminu di martensite cù a temperatura sò simili à e caratteristiche di histeresi.
A listessa spiegazione s'applica à a trasfurmazioni diretta (cooling) da a fase di austénite à a fase di martensite, induve a temperatura di filu SMA (T) è a temperatura finale di a fase di martensite modificata da stress (\(M_f^{\prime}\ )) hè eccellente.Nantu à fig.4d,f mostra u cambiamentu in u stress indottu (\(\sigma\)) è a frazzioni voluminu di martensite (\(\xi\)) in u filu SMA in funzione di u cambiamentu di temperatura di u filu SMA (T), per i dui cicli di guida.Nantu à fig.A figura 3a mostra u cambiamentu di a temperatura di u filu SMA cù u tempu secondu u pulse di tensione di input.Comu pò esse vistu da a figura, a temperatura di u filu cuntinueghja à aumentà da furnisce una fonte di calore à voltage zero è rinfrescamentu cunvectivu sussegwenti.Durante u riscaldamentu, a ritrasformazione di martensite à a fase di austénite principia quandu a temperatura di u filu SMA (T) attraversa a temperatura di nucleazione di l'austénite corretta da stress (\(A_s^{\prime}\)).Durante questa fase, u filu SMA hè cumpressu è l'attuatore genera forza.Ancu durante u cooling, quandu a temperatura di u filu SMA (T) attraversa a temperatura di nucleazione di a fase di martensite modificata da stress (\(M_s^{\prime}\)) ci hè una transizione positiva da a fase di austénite à a fase di martensite.a forza motrice diminuisce.
I principali aspetti qualitativi di l'accionamentu bimodale basatu in SMA ponu esse ottenuti da i risultati di simulazione.In u casu di un input di impulsu di tensione, a temperatura di u filu SMA aumenta per via di l'effettu di riscaldamentu Joule.U valore iniziale di a frazzioni di u voluminu di martensite (\(\xi\)) hè stabilitu à 1, postu chì u materiale hè inizialmente in una fase completamente martensitica.Quandu u filu cuntinueghja à calà, a temperatura di u filu SMA supera a temperatura di nucleazione di l'austénite curretta da u stress \(A_s^{\prime}\), risultatu in una diminuzione di a frazione di volumi di martensite, cum'è mostra in Figura 4c.Inoltre, in fig.4e mostra a distribuzione di i colpi di l'attuatore in u tempu, è in a fig.5 - forza motrice in funzione di u tempu.Un sistema di equazioni cunnessu include a temperatura, a frazione di u voluminu di martensite, è u stress chì si sviluppa in u filu, risultatu in a cuntrazione di u filu SMA è a forza generata da l'attuatore.Comu mostra in fig.4d,f, a variazione di tensione cù a temperatura è a variazione di a frazione di volume di martensite cù a temperatura currispondenu à e caratteristiche di l'isteresi di u SMA in u casu simulatu à 7 V.
A comparazione di i paràmetri di guida hè stata ottenuta per esperimenti è calculi analitici.I fili sò stati sottumessi à una tensione di input pulsata di 7 V per 10 seconde, dopu rinfriscati per 15 seconde (fase di rinfrescante) nantu à dui cicli.L'angolo di pinnate hè stabilitu à \(40^{\circ}\) è a lunghezza iniziale di u filu SMA in ogni gamba sola pin hè stabilita à 83mm.(a) Misurazione di a forza motrice cù una cellula di carica (b) Monitoramentu di a temperatura di u filu cù una camera infrared termale.
Per capiscenu l'influenza di i paràmetri fisichi nantu à a forza prodotta da u drive, hè stata realizata un'analisi di a sensibilità di u mudellu matematicu à i paràmetri fisichi selezziunati, è i paràmetri sò stati classificati secondu a so influenza.Prima, u campionamentu di i paràmetri di u mudellu hè statu fattu utilizendu principii di cuncepimentu sperimentale chì seguitanu una distribuzione uniforme (vede a Sezione Supplementaria di l'Analisi di Sensibilità).In questu casu, i paràmetri di u mudellu includenu a tensione d'ingressu (\(V_{in}\)), a lunghezza iniziale di filu SMA (\(l_0\)), l'angolo di triangulu (\(\alpha\)), a constante di primavera bias (\(K_x\)), u coefficientu di trasferimentu di calore cunvective (\(h_T\)) è u numeru di rami unimodali (n).In u prossimu passu, a forza di u musculu di punta hè stata scelta cum'è un requisitu di disignu di studiu è l'effetti parametrichi di ogni settore di variàbili nantu à a forza sò stati ottenuti.I trama di tornatu per l'analisi di sensibilità sò derivati da i coefficienti di correlazione per ogni paràmetru, cum'è mostra in Fig. 6a.
(a) I valori di coefficienti di correlazione di i paràmetri di u mudellu è u so effettu nantu à a forza massima di output di 2500 gruppi unichi di i paràmetri di u mudellu sopra sò mostrati in a trama tornada.U graficu mostra a correlazione di u rangu di parechji indicatori.Hè chjaru chì \(V_{in}\) hè u solu paràmetru cù una correlazione positiva, è \(l_0\) hè u paràmetru cù a correlazione negativa più alta.L'effettu di parechji paràmetri in diverse cumminazzioni nantu à a forza musculare di punta hè mostratu in (b, c).\(K_x\) varieghja da 400 à 800 N/m è n varieghja da 4 à 24. A tensione (\(V_{in}\)) cambiata da 4V à 10V, a lunghezza di filu (\(l_{0} \)) cambiata da 40 à 100 mm, è l'angolo di cola (\ (\) variava da \ (2)) \ α (\ circ.
Nantu à fig.A figura 6a mostra una trama di tornado di diversi coefficienti di correlazione per ogni paràmetru cù esigenze di cuncepimentu di forza di forza di punta.Da fig.6a si pò vede chì u paràmetru di tensione (\(V_{in}\)) hè direttamente ligatu à a forza di output massima, è u coefficientu di trasferimentu di calore cunvective (\(h_T\)), l'angolo di fiamma (\ ( \alpha\)), a constante di a molla di spostamentu ( \(K_x\)) hè correlata negativamente cù a forza di output è a forza di output è a lunghezza iniziale di u numeru SMA è u numeru iniziale di SMA uni) (n) mostra una forte correlazione inversa In u casu di correlazione diretta In u casu di un valore più altu di u coefficient di correlazione di tensione (\(V_ {in}\)) indica chì stu paràmetru hà u più grande effettu nantu à a putenza.Un altru analisi simili misura a forza piccu per evaluà l'effettu di diversi paràmetri in diverse cumminazzioni di i dui spazii computational, cum'è mostra in Fig. 6b, c.\(V_{in}\) è \(l_0\), \(\alpha\) è \(l_0\) anu mudelli simili, è u graficu mostra chì \(V_{in}\) è \(\alpha\ ) è \(\alpha\) anu mudelli simili.Valori più chjuchi di \(l_0\) risultatu in forze di punta più altu.L'altri dui trama sò cunsistenti cù a Figura 6a, induve n è \(K_x\) sò correlati negativamente è \(V_{in}\) sò correlati positivamente.Questa analisi aiuta à definisce è aghjustà i paràmetri influenzanti per quale a forza di output, a corsa è l'efficienza di u sistema di trasmissione pò esse adattate à i bisogni è l'applicazione.
U travagliu di ricerca attuale introduce è investiga unità gerarchiche cù livelli N.In una ghjerarchia di dui livelli, cum'è mostra in Fig. 7a, induve invece di ogni filu SMA di l'attuatore di u primu livellu, hè ottenutu un arrangiamentu bimodale, cum'è mostra in a fig.9e.Nantu à fig.7c mostra cumu u filu SMA hè feritu intornu à un bracciu mobile (bracciu ausiliariu) chì si move solu in a direzzione longitudinale.Tuttavia, u bracciu mobile primariu cuntinueghja a muvimenti in u listessu modu cum'è u bracciu mobile di l'attuatore multi-stadiu di u 1u stadiu.Di genere, una unità N-stage hè creata da rimpiazzà u filu SMA di u stadiu \(N-1\) cun un drive di prima fase.In u risultatu, ogni ramu imita l'unità di u primu stadiu, cù l'eccezzioni di u ramu chì tene u filu stessu.In questu modu, strutture nidificate ponu esse formate chì creanu forze chì sò parechje volte più grande di e forze di l'impulsi primari.In questu studiu, per ogni livellu, una lunghezza di filu SMA efficace tutale di 1 m hè stata cunsiderata, cum'è mostra in forma tabulare in a figura 7d.U currente attraversu ogni filu in ogni disignu unimodale è a pretensione è a tensione resultanti in ogni segmentu di filu SMA sò listessi à ogni livellu.Sicondu u nostru mudellu analiticu, a forza di output hè correlata positivamente cù u livellu, mentre chì u spustamentu hè correlatu negativamente.À u listessu tempu, ci era un scambiu trà u spustamentu è a forza musculare.Comu vistu in fig.7b, mentri a forza massima hè ottenuta in u più grande numaru di strati, u più grande spustamentu hè osservatu in a capa più bassa.Quandu u nivellu di gerarchia hè stata stabilita à \(N=5\), una forza musculare di punta di 2,58 kN hè stata trovata cù 2 colpi osservati \(\upmu\)m.Per d 'altra banda, l'azzione di u primu stadiu genera una forza di 150 N à una corsa di 277 \(\upmu\)m.L'attuatori multi-livellu sò capaci di imità i musculi biologichi veri, induve i musculi artificiali basati in leghe di memoria di forma sò capaci di generà forze significativamente più elevate cù movimenti precisi è più fini.I limitazioni di stu disignu miniaturizatu sò chì, cum'è a ghjerarchia aumenta, u muvimentu hè assai ridutta è a cumplessità di u prucessu di fabricazione di unità aumenta.
(a) Un sistema di attuatore lineare in lega di memoria di forma in dui fasi (\(N=2\)) hè mostratu in una cunfigurazione bimodale.U mudellu prupostu hè ottenutu rimpiazzendu u filu SMA in u primu attuatore in strati di u primu stadiu cù un altru attuatore in strati unicu.(c) Configurazione deformata di l'attuatore multistratu di a seconda tappa.(b) A distribuzione di e forze è i spustamenti sicondu u numeru di livelli hè scritta.Hè statu truvatu chì a forza di punta di l'attuatore hè correlata positivamente cù u livellu di scala nantu à u graficu, mentre chì u colpu hè correlatu negativamente cù u livellu di scala.A currente è a pretensione in ogni filu restanu custanti à tutti i livelli.(d) A tavula mostra u numeru di taps è a durata di u filu SMA (fibra) à ogni livellu.E caratteristiche di i fili sò indicati da l'indici 1, è u numeru di rami secundari (unu cunnessu à a perna primaria) hè indicatu da u più grande numeru in u subscriptu.Per esempiu, à u nivellu 5, \(n_1\) si riferisce à u numeru di fili SMA prisenti in ogni struttura bimodale, è \(n_5\) si riferisce à u numeru di gammi ausiliari (unu cunnessu à a perna principale).
Diversi metudi sò stati pruposti da parechji circadori per mudificà u cumpurtamentu di SMA cù memoria di forma, chì dipendenu da e proprietà termomeccaniche chì accumpagnanu i cambiamenti macroscòpichi in a struttura cristallina assuciata à a transizione di fase.A formulazione di i metudi custitutivi hè intrinsecamente cumplessa.U mudellu fenomenologicu più cumunimenti utilizatu hè prupostu da Tanaka28 è hè largamente utilizatu in l'applicazioni ingegneria.U mudellu fenomenologicu prupostu da Tanaka [28] assume chì a frazzioni voluminu di martensite hè una funzione esponenziale di temperatura è stress.In seguitu, Liang è Rogers29 è Brinson30 pruposti un mudellu in quale a dinamica di transizione di fasa hè stata assunta per esse una funzione cosenu di a tensione è a temperatura, cù liggeri mudificazioni à u mudellu.Becker è Brinson pruposti un mudellu cineticu basatu in diagramma di fasi per mudificà u cumpurtamentu di i materiali SMA in cundizioni di carica arbitrarie è in transizioni parziali.Banerjee32 usa u metudu di dinamica di diagramma di fasi Bekker è Brinson31 per simulà un manipulatore unicu gradu di libertà sviluppatu da Elahinia è Ahmadian33.I metudi cinetici basati nantu à i diagrammi di fasi, chì piglianu in contu u cambiamentu non monotonicu di a tensione cù a temperatura, sò difficiuli di implementà in l'applicazioni ingegneria.Elakhinia è Ahmadian attiranu l'attenzione à questi difetti di mudelli fenomenologichi esistenti è pruponenu un mudellu fenomenologicu allargatu per analizà è definisce u cumpurtamentu di a memoria di forma in ogni cundizione cumplessa di carica.
U mudellu strutturale di filu SMA dà stress (\(\sigma\)), strain (\(\epsilon\)), temperatura (T) è frazione di volume di martensite (\(\xi\)) di filu SMA.U mudellu custitutivu fenomenologicu hè statu prupostu prima da Tanaka28 è dopu aduttatu da Liang29 è Brinson30.A derivativa di l'equazioni hà a forma:
induve E hè u modulu di SMA Young dipendente di a fase ottenutu utilizendu \(\displaystyle E=\xi E_M + (1-\xi)E_A\) è \(E_A\) è \(E_M\) chì rapprisentanu u modulu di Young sò fasi austenitiche è martensitiche, rispettivamente, è u coefficiente di espansione termica hè rapprisintatu da \(\theta).U fattore di cuntribuzione di a transizione di fase hè \(\Omega = -E \epsilon _L\) è \(\epsilon _L\) hè a deformazione massima recuperabile in u filu SMA.
L'equazioni di dinamica di fasi coincide cù a funzione cosenu sviluppata da Liang29 è dopu aduttatu da Brinson30 invece di a funzione esponenziale pruposta da Tanaka28.U mudellu di transizione di fasa hè una estensione di u mudellu prupostu da Elakhinia è Ahmadian34 è mudificatu basatu annantu à e cundizioni di transizione di fase date da Liang29 è Brinson30.E cundizioni aduprate per stu mudellu di transizione di fase sò valide sottu carichi termomeccanici cumplessi.In ogni mumentu di u tempu, u valore di a frazzioni di u voluminu di martensite hè calculatu quandu si modella l'equazione custitutiva.
L'equazione di ritrasformazione chì guverna, espressa da a trasfurmazioni di martensite à austenite in cundizioni di riscaldamentu, hè a siguenti:
dove \(\xi\) è la frazione di volume di martensite, \(\xi _M\) è la frazione di volume di martensite ottenuta prima di riscaldare, \(\displaystyle a_A = \pi /(A_f – A_s)\), \ (\displaystyle b_A = -a_A/C_A\) è \(C_A\) – curva di parametro, curva di temperatura, T(A) e approssimazione, T_A\ f\) - principiu è fine di a fase di l'austenite, rispettivamente, temperatura.
L'equazione di cuntrollu di trasfurmazioni diretta, rapprisentata da a trasfurmazioni di fase di l'austenite à martensite in cundizioni di rinfrescamentu, hè:
dove \(\xi _A\) è la frazione volumetrica di martensite ottenuta prima del raffreddamento, \(\displaystyle a_M = \pi /(M_s – M_f)\), \(\displaystyle b_M = -a_M/C_M\) e \ (C_M \) – parametri di adattamento della curva, T – SMA temperatura del filo, rispettivamente temperatura finale e \(M_f) e rispettivamente (M_f e M_f\)
Dopu chì l'equazioni (3) è (4) sò differenziate, l'equazioni di trasformazione inversa è diretta sò simplificate à a forma seguente:
Durante a trasfurmazioni in avanti è in daretu \(\eta _{\sigma}\) è \(\eta _{T}\) piglianu valori diffirenti.L'equazioni basi assuciate cù \(\eta _{\sigma}\) è \(\eta _{T}\) sò stati derivati è discututi in dettagliu in una sezione supplementaria.
L'energia termale necessaria per elevà a temperatura di u filu SMA vene da l'effettu di riscaldamentu Joule.L'energia termale assorbita o liberata da u filu SMA hè rapprisintata da u calore latente di trasfurmazioni.A perdita di calore in u filu SMA hè duvuta à a cunvezione forzata, è datu l'effettu insignificante di a radiazione, l'equazione di bilanciu di l'energia di u calore hè a siguenti:
Induve \(m_{wire}\) hè a massa tutale di u filu SMA, \(c_{p}\) hè a capacità termica specifica di u SMA, \(V_{in}\) hè a tensione applicata à u filu, \(R_{ohm} \ ) - resistenza dipendente da fase SMA, definita cum'è;\(R_{ohm} = (l/A_{cross})[\xi r_M + (1-\xi )r_A]\ ) dove \(r_M\ ) e \(r_A\) sono rispettivamente la resistività di fase SMA in martensite e austenite, \(A_{c}\) è l'area di superficie di a memoria di forma SMA, \()y è una memoria di forma SMA.U calore latente di transizione di u filu, T è \(T_{\infty}\) sò a temperatura di u filu SMA è l'ambienti, rispettivamente.
Quandu un filu di lega di memoria di forma hè attivatu, u filu si comprime, creendu una forza in ogni ramu di u disignu bimodale chjamatu forza di fibra.E forze di e fibri in ogni filu di u filu SMA creanu a forza musculare per agisce, cum'è mostra in Fig. 9e.A causa di a prisenza di una molla biasing, a forza musculare tutale di l'attuatore multistratu Nth hè:
Sustituendu \(N = 1\) in l'equazioni (7), a forza musculare di u prototipu di l'unità bimodale di u primu stadiu pò esse ottenuta cusì:
induve n hè u numeru di gammi unimodali, \(F_m\) hè a forza musculare generata da u drive, \(F_f\) hè a forza di a fibra in u filu SMA, \(K_x\) hè a rigidità di bias.primavera, \(\alpha\) hè l'angulu di u triangulu, \(x_0\) hè l'offset iniziale di a molla di bias per mantene u cable SMA in a pusizione pre-tensionata, è \(\Delta x\) hè u viaghju di l'attuatore.
U spustamentu tutale o u muvimentu di l'accionamentu (\(\Delta x\)) secondu a tensione (\(\sigma\)) è a tensione (\(\epsilon\)) nantu à u filu SMA di u stadiu Nth, u drive hè stallatu à (vede Fig. parte addiziale di u output):
L'equazioni cinematografiche dannu a relazione trà a deformazione di u drive (\(\epsilon\)) è u spustamentu o spustamentu (\(\Delta x\)).La déformation du fil Arb en fonction de la longueur initiale du fil Arb (\(l_0\)) et de la longueur du fil (l) à tout moment t dans une branche unimodale est la suivante :
dove \(l = \sqrt{l_0^2 +(\Delta x_1)^2 – 2 l_0 (\Delta x_1) \cos \alpha _1}\) s'obtient en appliquant la formule du cosinus dans \(\Delta\)ABB ', comme illustré dans la figure 8. _1\) hè \(\alpha \) cum'è mostratu in a Figura 8, in diferenzianu u tempu da l'Equazione (11) è sustituì u valore di l, a rata di strain pò esse scrittu cum'è:
induve \(l_0\) hè a lunghezza iniziale di u filu SMA, l hè a lunghezza di u filu in ogni mumentu t in un ramu unimodale, \(\epsilon\) hè a deformazione sviluppata in u filu SMA, è \(\alpha \) hè l'angolo di u triangulu, \(\Delta x\) hè l'offset di u drive (cum'è mostratu in Figura 8).
Tutte e strutture n unicu piccu (\(n=6\) in questa figura) sò cunnessi in serie cù \(V_{in}\) cum'è a tensione di input.Stage I: Schema schematicu di u filu SMA in una cunfigurazione bimodale in cundizioni di tensione zero Stage II: Una struttura cuntrullata hè mostrata induve u filu SMA hè cumpressu per a cunversione inversa, cum'è mostra da a linea rossa.
Comu prova di cuncettu, un drive bimodale basatu in SMA hè statu sviluppatu per pruvà a derivazione simulata di l'equazioni sottostanti cù risultati sperimentali.U mudellu CAD di l'attuatore lineare bimodale hè mostratu in a fig.9a.D'altronde, in fig.9c mostra un novu disignu prupostu per una cunnessione prismatica rotazionale utilizendu un attuatore basatu in SMA à dui piani cù una struttura bimodale.I cumpunenti di l'unità sò stati fabbricati cù a fabricazione additiva nantu à una stampante 3D Ultimaker 3 Extended.U materiale utilizatu per a stampa 3D di cumpunenti hè u policarbonate chì hè adattatu per i materiali resistenti à u calore, postu chì hè forte, durable è hà una temperatura di transizione vetru alta (110-113 \(^{\circ }\) C).Inoltre, Dynalloy, Inc., u filu di lega di memoria di forma Flexinol hè stata utilizata in l'esperimenti, è e proprietà di materiale chì currispondenu à u filu Flexinol sò stati utilizati in i simulazioni.I fili SMA multipli sò disposti cum'è fibri prisenti in un arrangiamentu bimodale di i musculi per ottene e forze elevate prudutte da attuatori multilayer, cum'è mostra in Fig. 9b, d.
Comu mostra in a Figura 9a, l'angolo agutu furmatu da u filu SMA di u bracciu mobile hè chjamatu l'angolo (\(\alpha\)).Cù pinze terminali attaccate à i pinze di manca è di diritta, u filu SMA hè tenutu à l'angolo bimodale desideratu.U dispositivu di primavera bias tenutu nantu à u connettore di primavera hè pensatu per aghjustà i diversi gruppi di estensione di primavera bias secondu u numeru (n) di fibre SMA.Inoltre, u locu di e parti muvimenti hè cuncepitu in modu chì u filu SMA hè espostu à l'ambiente esternu per u rinfrescante di cunvezione forzata.I platti superiori è inferiori di l'assemblea staccabile aiutanu à mantene u filu SMA frescu cù tagliati estrusi pensati per riduce u pesu.Inoltre, e duie estremità di u filu CMA sò fissati à i terminali left and right, rispettivamente, per mezu di un crimp.Un pistone hè attaccatu à una estremità di l'assemblea mobile per mantene a liberazione trà i platti superiore è inferiore.U pistone hè ancu usatu per applicà una forza di bloccu à u sensoru per mezu di un cuntattu per misurà a forza di bloccu quandu u filu SMA hè attivatu.
A struttura muscular bimodale SMA hè cunnessa elettricamente in serie è alimentata da una tensione di impulsu di input.Duranti u ciclu di impulsu di tensione, quandu a tensione hè appiicata è u filu SMA hè riscaldatu sopra a temperatura iniziale di l'austenite, a durata di u filu in ogni filu hè scurciata.Questa retrazione attiva u subassemblatu di u bracciu mobile.Quandu u voltage hè zeroed in u stessu ciculu, u filu SMA riscaldatu hè statu rinfriscatu sottu a temperatura di a superficia di martensite, turnendu cusì à a so pusizioni originale.In cundizioni di stress zero, u filu SMA hè prima allungatu passivamente da una molla bias per ghjunghje à u statu martensiticu detwinned.U vitu, attraversu quale u filu SMA passa, si move per via di a compressione creata da l'applicazione di un impulsu di tensione à u filu SMA (SPA righjunghji a fase austenite), chì porta à l'accionamentu di a palanca mobile.Quandu u filu SMA hè ritratu, a molla di preghjudiziu crea una forza opposta stendendu più a primavera.Quandu u stress in a tensione d'impulsu diventa zero, u filu SMA si allunga è cambia a so forma per via di u rinfrescante di cunvezione forzata, righjunghjendu una fase martensitica doppia.
U sistema di attuatore lineale SMA prupostu hà una cunfigurazione bimodale in quale i fili SMA sò angulati.(a) rapprisenta un mudellu CAD di u prototipu, chì cita alcuni di i cumpunenti è i so significati per u prototipu, (b, d) rapprisentanu u prototipu sperimentale sviluppatu35.Mentre (b) mostra una vista superiore di u prototipu cù cunnessione elettriche è molle bias è strain gauges utilizati, (d) mostra una vista prospettiva di a stallazione.(e) Schema di un sistema di attuazione lineale cù fili SMA posti bimodale in ogni mumentu t, chì mostra a direzzione è u cursu di a fibra è a forza musculare.(c) Una cunnessione prismatica rotazionale 2-DOF hè stata pruposta per implementà un attuatore basatu in SMA à dui piani.Cum'è mostratu, u ligame trasmette un muvimentu lineale da u drive di fondu à u bracciu superiore, creendu una cunnessione rotazionale.Per d 'altra banda, u muvimentu di u paru di prismi hè u listessu cum'è u muvimentu di l'unità di prima fase multilayer.
Un studiu sperimentale hè statu realizatu nantu à u prototipu mostratu in Fig.Comu mostra in a Figura 10a, a cunfigurazione sperimentale custituita da un alimentatore DC programabile per furnisce a tensione di input à i fili SMA.Comu mostra in fig.10b, un strain gauge piezoelettricu (PACEline CFT/5kN) hè statu utilizatu per misurà a forza di bloccu cù un data logger Graphtec GL-2000.I dati sò arregistrati da l'ospitu per un studiu ulteriore.I strain gauges è l'amplificatori di carica necessitanu un alimentazione constante per pruduce un signalu di tensione.I signali currispundenti sò cunvertiti in outputs di putenza secondu a sensibilità di u sensoru di forza piezoelettrica è altri paràmetri cum'è discrittu in a Tabella 2. Quandu un impulsu di tensione hè appiicatu, a temperatura di u filu SMA aumenta, pruvucannu u filu SMA à cumpressione, chì face chì l'attuatore generà forza.I risultati spirimintali di l'output di forza musculare da un impulsu di tensione di input di 7 V sò mostrati in fig.2a.
(a) Un sistema di attuatore lineare basatu in SMA hè statu stallatu in l'esperimentu per misurà a forza generata da l'attuatore.A cellula di carica misura a forza di bloccu è hè alimentata da un alimentatore di 24 V DC.Una caduta di tensione di 7 V hè stata applicata in tutta a lunghezza di u cable utilizendu una fonte d'alimentazione DC programabile GW Instek.U filu SMA si riduce per via di u calore, è u bracciu mobile cuntatta a cellula di carica è esercita una forza di bloccu.A cellula di carica hè cunnessa à u logger di dati GL-2000 è i dati sò almacenati in l'ospite per un ulteriore prucessu.(b) Diagramma chì mostra a catena di cumpunenti di a stallazione sperimentale per a misurazione di a forza musculare.
L'alliage di memoria di forma sò eccitati da l'energia termale, cusì a temperatura diventa un parametru impurtante per studià u fenomenu di memoria di forma.Sperimentalmente, cum'è mostra in Fig. 11a, l'imaghjini termali è e misurazioni di a temperatura sò stati realizati nantu à un prototipu di attuatore divalerate basatu in SMA.Una fonte DC programabile applica a tensione di input à i fili SMA in a cunfigurazione sperimentale, cum'è mostra in Figura 11b.U cambiamentu di temperatura di u filu SMA hè statu misuratu in tempu reale cù una camera LWIR d'alta risoluzione (FLIR A655sc).L'ospite usa u software ResearchIR per registrà e dati per un ulteriore post-processamentu.Quandu un impulsu di tensione hè appiicatu, a temperatura di u filu SMA aumenta, facendu chì u filu SMA si riduce.Nantu à fig.A Figura 2b mostra i risultati sperimentali di a temperatura di u filu SMA versu u tempu per un impulsu di tensione d'ingressu 7V.
Tempu di Postu: 28-sep-2022