Σας ευχαριστούμε που επισκεφτήκατε το Nature.com.Η έκδοση του προγράμματος περιήγησης που χρησιμοποιείτε έχει περιορισμένη υποστήριξη CSS.Για την καλύτερη εμπειρία, συνιστούμε να χρησιμοποιήσετε ένα ενημερωμένο πρόγραμμα περιήγησης (ή να απενεργοποιήσετε τη λειτουργία συμβατότητας στον Internet Explorer).Στο μεταξύ, για να διασφαλίσουμε τη συνεχή υποστήριξη, θα αποδώσουμε τον ιστότοπο χωρίς στυλ και JavaScript.
Οι ενεργοποιητές χρησιμοποιούνται παντού και δημιουργούν ελεγχόμενη κίνηση εφαρμόζοντας τη σωστή δύναμη διέγερσης ή ροπή για την εκτέλεση διαφόρων λειτουργιών στην κατασκευή και στον βιομηχανικό αυτοματισμό.Η ανάγκη για γρηγορότερους, μικρότερους και πιο αποτελεσματικούς δίσκους οδηγεί στην καινοτομία στο σχεδιασμό των μονάδων δίσκου.Οι μονάδες δίσκου Shape Memory Alloy (SMA) προσφέρουν μια σειρά πλεονεκτημάτων σε σχέση με τους συμβατικούς δίσκους, συμπεριλαμβανομένης της υψηλής αναλογίας ισχύος προς βάρος.Σε αυτή τη διατριβή, αναπτύχθηκε ένας ενεργοποιητής με δύο φτερά βασισμένο σε SMA που συνδυάζει τα πλεονεκτήματα των φτερωτών μυών των βιολογικών συστημάτων και τις μοναδικές ιδιότητες των SMA.Αυτή η μελέτη διερευνά και επεκτείνει προηγούμενους ενεργοποιητές SMA αναπτύσσοντας ένα μαθηματικό μοντέλο του νέου ενεργοποιητή με βάση τη διτροπική διάταξη σύρματος SMA και δοκιμάζοντας το πειραματικά.Σε σύγκριση με γνωστούς δίσκους που βασίζονται σε SMA, η δύναμη ενεργοποίησης του νέου ηλεκτροκινητήρα είναι τουλάχιστον 5 φορές μεγαλύτερη (έως 150 N).Η αντίστοιχη απώλεια βάρους είναι περίπου 67%.Τα αποτελέσματα της ανάλυσης ευαισθησίας των μαθηματικών μοντέλων είναι χρήσιμα για τον συντονισμό των παραμέτρων σχεδίασης και την κατανόηση βασικών παραμέτρων.Αυτή η μελέτη παρουσιάζει περαιτέρω μια μονάδα δίσκου Nth σταδίου πολλαπλών επιπέδων που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για περαιτέρω βελτίωση της δυναμικής.Οι ενεργοποιητές dipvalerate μυών που βασίζονται σε SMA έχουν ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών, από τον αυτοματισμό κτιρίων έως τα συστήματα παροχής φαρμάκων ακριβείας.
Τα βιολογικά συστήματα, όπως οι μυϊκές δομές των θηλαστικών, μπορούν να ενεργοποιήσουν πολλούς λεπτούς ενεργοποιητές1.Τα θηλαστικά έχουν διαφορετικές δομές μυών, το καθένα εξυπηρετεί έναν συγκεκριμένο σκοπό.Ωστόσο, μεγάλο μέρος της δομής του μυϊκού ιστού των θηλαστικών μπορεί να χωριστεί σε δύο μεγάλες κατηγορίες.Παράλληλη και πένθιμη.Στους μηριαίους και άλλους καμπτήρες, όπως υποδηλώνει το όνομα, ο παράλληλος μυς έχει μυϊκές ίνες παράλληλες με τον κεντρικό τένοντα.Η αλυσίδα των μυϊκών ινών παρατάσσεται και συνδέεται λειτουργικά με τον συνδετικό ιστό γύρω τους.Αν και λέγεται ότι αυτοί οι μύες έχουν μεγάλη εκδρομή (ποσοστό βράχυνσης), η συνολική μυϊκή τους δύναμη είναι πολύ περιορισμένη.Αντίθετα, στον τρικέφαλο μυ της γάμπας2 (πλάγιος γαστροκνήμιος (GL)3, έσω γαστροκνήμιος (GM)4 και πέλμα (SOL)) και στον εκτεινόμενο μηριαίο (τετρακέφαλο) 5,6 πτερύγιο μυϊκό ιστό σε κάθε μυ7.Σε μια πτερωτή δομή, οι μυϊκές ίνες στο διπέρατο μυ είναι παρούσες και στις δύο πλευρές του κεντρικού τένοντα σε λοξές γωνίες (πτεροειδείς γωνίες).Το Pennate προέρχεται από τη λατινική λέξη "penna", που σημαίνει "στυλό" και, όπως φαίνεται στο σχ.Το 1 έχει εμφάνιση σαν φτερό.Οι ίνες των πτερυγίων μυών είναι πιο κοντές και υπό γωνία ως προς τον διαμήκη άξονα του μυός.Λόγω της πτερωτής δομής, η συνολική κινητικότητα αυτών των μυών μειώνεται, γεγονός που οδηγεί στα εγκάρσια και διαμήκη στοιχεία της διαδικασίας βράχυνσης.Από την άλλη πλευρά, η ενεργοποίηση αυτών των μυών οδηγεί σε υψηλότερη συνολική μυϊκή δύναμη λόγω του τρόπου με τον οποίο μετράται η φυσιολογική περιοχή διατομής.Επομένως, για μια δεδομένη περιοχή διατομής, οι πτερύγιοι μύες θα είναι ισχυρότεροι και θα δημιουργούν υψηλότερες δυνάμεις από τους μύες με παράλληλες ίνες.Οι δυνάμεις που δημιουργούνται από μεμονωμένες ίνες δημιουργούν μυϊκές δυνάμεις σε μακροσκοπικό επίπεδο σε αυτόν τον μυϊκό ιστό.Επιπλέον, έχει μοναδικές ιδιότητες όπως γρήγορη συρρίκνωση, προστασία από ζημιές σε εφελκυσμό, αντικραδασμική προστασία.Μεταμορφώνει τη σχέση μεταξύ της εισροής ινών και της εξόδου μυϊκής ισχύος εκμεταλλευόμενος τα μοναδικά χαρακτηριστικά και τη γεωμετρική πολυπλοκότητα της διάταξης των ινών που σχετίζονται με τις μυϊκές γραμμές δράσης.
Εμφανίζονται σχηματικά διαγράμματα υφιστάμενων σχεδίων ενεργοποιητών που βασίζονται σε SMA σε σχέση με μια διτροπική μυϊκή αρχιτεκτονική, για παράδειγμα (α), που αντιπροσωπεύει την αλληλεπίδραση της απτικής δύναμης στην οποία μια χειροκίνητη συσκευή που ενεργοποιείται από καλώδια SMA είναι τοποθετημένη σε ένα αυτόνομο κινητό ρομπότ με δύο τροχούς9,10., (β) Ρομποτική τροχιακή πρόθεση με ανταγωνιστικά τοποθετημένη τροχιακή πρόσθεση με ελατήριο SMA.Η θέση του προσθετικού οφθαλμού ελέγχεται από ένα σήμα από τον οφθαλμικό μυ του ματιού11, (γ) Οι ενεργοποιητές SMA είναι ιδανικοί για υποβρύχιες εφαρμογές λόγω της απόκρισης υψηλής συχνότητας και του χαμηλού εύρους ζώνης τους.Σε αυτήν τη διαμόρφωση, οι ενεργοποιητές SMA χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία κυματικής κίνησης με προσομοίωση της κίνησης των ψαριών, (δ) Οι ενεργοποιητές SMA χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία ενός ρομπότ επιθεώρησης μικροσωλήνων που μπορεί να χρησιμοποιήσει την αρχή της κίνησης του σκουληκιού ίντσας, ελεγχόμενη από την κίνηση των συρμάτων SMA μέσα στο κανάλι 10, (ε) δείχνει την κατεύθυνση της συστολής των μυϊκών ινών και δείχνει την κατεύθυνση των μυϊκών ινών συστολής και τη δημιουργία μυϊκών ινών βερνίκια στη δομή του πτερυγίου μυός.
Οι ενεργοποιητές έχουν γίνει σημαντικό μέρος των μηχανικών συστημάτων λόγω του ευρέος φάσματος των εφαρμογών τους.Ως εκ τούτου, η ανάγκη για μικρότερους, ταχύτερους και πιο αποτελεσματικούς δίσκους καθίσταται κρίσιμη.Παρά τα πλεονεκτήματά τους, οι παραδοσιακοί δίσκοι έχουν αποδειχθεί δαπανηροί και χρονοβόροι στη συντήρηση.Οι υδραυλικοί και πνευματικοί ενεργοποιητές είναι πολύπλοκοι και ακριβοί και υπόκεινται σε φθορά, προβλήματα λίπανσης και αστοχία εξαρτημάτων.Ως απάντηση στη ζήτηση, η εστίαση είναι στην ανάπτυξη αποδοτικών, βελτιστοποιημένων ως προς το μέγεθος και προηγμένων ενεργοποιητών βασισμένων σε έξυπνα υλικά.Η συνεχιζόμενη έρευνα εξετάζει τους ενεργοποιητές με στρώματα από κράμα μνήμης σχήματος (SMA) για την κάλυψη αυτής της ανάγκης.Οι ιεραρχικοί ενεργοποιητές είναι μοναδικοί στο ότι συνδυάζουν πολλούς διακριτούς ενεργοποιητές σε γεωμετρικά πολύπλοκα υποσυστήματα μακρο κλίμακας για να παρέχουν αυξημένη και διευρυμένη λειτουργικότητα.Από την άποψη αυτή, ο ανθρώπινος μυϊκός ιστός που περιγράφηκε παραπάνω παρέχει ένα εξαιρετικό παράδειγμα πολλαπλών στρωμάτων τέτοιας πολυστρωματικής ενεργοποίησης.Η τρέχουσα μελέτη περιγράφει μια μονάδα δίσκου SMA πολλαπλών επιπέδων με πολλά μεμονωμένα στοιχεία κίνησης (σύρματα SMA) ευθυγραμμισμένα με τους προσανατολισμούς των ινών που υπάρχουν στους διτροπικούς μύες, γεγονός που βελτιώνει τη συνολική απόδοση της κίνησης.
Ο κύριος σκοπός ενός ενεργοποιητή είναι να παράγει μηχανική ισχύ εξόδου όπως δύναμη και μετατόπιση μετατρέποντας την ηλεκτρική ενέργεια.Τα κράματα μνήμης σχήματος είναι μια κατηγορία «έξυπνων» υλικών που μπορούν να αποκαταστήσουν το σχήμα τους σε υψηλές θερμοκρασίες.Υπό υψηλά φορτία, η αύξηση της θερμοκρασίας του σύρματος SMA οδηγεί σε ανάκτηση σχήματος, με αποτέλεσμα υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα ενεργοποίησης σε σύγκριση με διάφορα άμεσα συνδεδεμένα έξυπνα υλικά.Ταυτόχρονα, υπό μηχανικά φορτία, τα SMA γίνονται εύθραυστα.Κάτω από ορισμένες συνθήκες, ένα κυκλικό φορτίο μπορεί να απορροφήσει και να απελευθερώσει μηχανική ενέργεια, παρουσιάζοντας αναστρέψιμες υστερητικές αλλαγές σχήματος.Αυτές οι μοναδικές ιδιότητες καθιστούν το SMA ιδανικό για αισθητήρες, απόσβεση κραδασμών και ειδικά ενεργοποιητές12.Έχοντας αυτό κατά νου, έχει γίνει πολλή έρευνα για μονάδες που βασίζονται σε SMA.Θα πρέπει να σημειωθεί ότι οι ενεργοποιητές που βασίζονται σε SMA έχουν σχεδιαστεί για να παρέχουν μεταφορική και περιστροφική κίνηση για μια ποικιλία εφαρμογών13,14,15.Αν και ορισμένοι περιστροφικοί ενεργοποιητές έχουν αναπτυχθεί, οι ερευνητές ενδιαφέρονται ιδιαίτερα για τους γραμμικούς ενεργοποιητές.Αυτοί οι γραμμικοί ενεργοποιητές μπορούν να χωριστούν σε τρεις τύπους ενεργοποιητών: μονοδιάστατους, μετατοπιζόμενους και διαφορικούς ενεργοποιητές 16 .Αρχικά, δημιουργήθηκαν υβριδικοί δίσκοι σε συνδυασμό με SMA και άλλους συμβατικούς δίσκους.Ένα τέτοιο παράδειγμα υβριδικού γραμμικού ενεργοποιητή που βασίζεται σε SMA είναι η χρήση ενός σύρματος SMA με κινητήρα συνεχούς ρεύματος για την παροχή δύναμης εξόδου περίπου 100 N και σημαντική μετατόπιση17.
Μία από τις πρώτες εξελίξεις σε μονάδες δίσκου που βασίζονται εξ ολοκλήρου σε SMA ήταν η παράλληλη κίνηση SMA.Χρησιμοποιώντας πολλά καλώδια SMA, η παράλληλη μονάδα που βασίζεται σε SMA έχει σχεδιαστεί για να αυξάνει την ικανότητα ισχύος της μονάδας, τοποθετώντας όλα τα καλώδια SMA18 παράλληλα.Η παράλληλη σύνδεση ενεργοποιητών όχι μόνο απαιτεί περισσότερη ισχύ, αλλά περιορίζει επίσης την ισχύ εξόδου ενός μόνο καλωδίου.Ένα άλλο μειονέκτημα των ενεργοποιητών που βασίζονται σε SMA είναι η περιορισμένη διαδρομή που μπορούν να επιτύχουν.Για την επίλυση αυτού του προβλήματος, δημιουργήθηκε μια δοκός καλωδίου SMA που περιείχε μια εκτρεπόμενη εύκαμπτη δοκό για να αυξήσει τη μετατόπιση και να επιτύχει γραμμική κίνηση, αλλά δεν παρήγαγε υψηλότερες δυνάμεις19.Μαλακές παραμορφώσιμες δομές και υφάσματα για ρομπότ που βασίζονται σε κράματα μνήμης σχήματος έχουν αναπτυχθεί κυρίως για ενίσχυση κρούσης20,21,22.Για εφαρμογές όπου απαιτούνται υψηλές ταχύτητες, έχουν αναφερθεί συμπαγείς αντλίες που χρησιμοποιούν SMA λεπτής μεμβράνης για εφαρμογές που κινούνται με μικροαντλία23.Η συχνότητα κίνησης της μεμβράνης SMA λεπτής μεμβράνης είναι βασικός παράγοντας για τον έλεγχο της ταχύτητας του οδηγού.Επομένως, οι γραμμικοί κινητήρες SMA έχουν καλύτερη δυναμική απόκριση από τους κινητήρες ελατηρίου ή ράβδου SMA.Η μαλακή ρομποτική και η τεχνολογία λαβής είναι δύο άλλες εφαρμογές που χρησιμοποιούν ενεργοποιητές που βασίζονται σε SMA.Για παράδειγμα, για την αντικατάσταση του τυπικού ενεργοποιητή που χρησιμοποιείται στον σφιγκτήρα χώρου 25 N, αναπτύχθηκε ένας παράλληλος ενεργοποιητής κράματος μνήμης σχήματος 24.Σε άλλη περίπτωση, κατασκευάστηκε ένας μαλακός ενεργοποιητής SMA με βάση ένα σύρμα με ενσωματωμένη μήτρα ικανή να παράγει μέγιστη δύναμη έλξης 30 N. Λόγω των μηχανικών ιδιοτήτων τους, τα SMA χρησιμοποιούνται επίσης για την παραγωγή ενεργοποιητών που μιμούνται βιολογικά φαινόμενα.Μια τέτοια εξέλιξη περιλαμβάνει ένα ρομπότ 12 κυττάρων που είναι βιομιμητικό ενός οργανισμού που μοιάζει με γαιοσκώληκα με SMA για τη δημιουργία ημιτονοειδούς κίνησης στη φωτιά26,27.
Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, υπάρχει ένα όριο στη μέγιστη δύναμη που μπορεί να ληφθεί από υπάρχοντες ενεργοποιητές που βασίζονται σε SMA.Για την αντιμετώπιση αυτού του ζητήματος, αυτή η μελέτη παρουσιάζει μια βιομιμητική διτροπική μυϊκή δομή.Οδηγείται από σύρμα από κράμα μνήμης σχήματος.Παρέχει ένα σύστημα ταξινόμησης που περιλαμβάνει πολλά σύρματα από κράμα μνήμης σχήματος.Μέχρι σήμερα, δεν έχουν αναφερθεί στη βιβλιογραφία ενεργοποιητές βασισμένοι σε SMA με παρόμοια αρχιτεκτονική.Αυτό το μοναδικό και νέο σύστημα που βασίζεται στο SMA αναπτύχθηκε για να μελετήσει τη συμπεριφορά του SMA κατά τη διτροπική ευθυγράμμιση των μυών.Σε σύγκριση με τους υφιστάμενους ενεργοποιητές που βασίζονται σε SMA, ο στόχος αυτής της μελέτης ήταν να δημιουργηθεί ένας βιομιμητικός διβαλερικός ενεργοποιητής για να δημιουργήσει σημαντικά υψηλότερες δυνάμεις σε μικρό όγκο.Σε σύγκριση με τους συμβατικούς κινητήρες βηματικού κινητήρα που χρησιμοποιούνται σε συστήματα αυτοματισμού και ελέγχου κτιρίων HVAC, ο προτεινόμενος σχεδιασμός διτροπικής μετάδοσης κίνησης με βάση το SMA μειώνει το βάρος του μηχανισμού μετάδοσης κίνησης κατά 67%.Στη συνέχεια, οι όροι «μύας» και «οδήγηση» χρησιμοποιούνται εναλλακτικά.Αυτή η μελέτη διερευνά την πολυφυσική προσομοίωση μιας τέτοιας κίνησης.Η μηχανική συμπεριφορά τέτοιων συστημάτων έχει μελετηθεί με πειραματικές και αναλυτικές μεθόδους.Οι κατανομές δυνάμεων και θερμοκρασίας διερευνήθηκαν περαιτέρω σε τάση εισόδου 7 V. Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκε παραμετρική ανάλυση για την καλύτερη κατανόηση της σχέσης μεταξύ των βασικών παραμέτρων και της δύναμης εξόδου.Τέλος, έχουν οραματιστεί ιεραρχικοί ενεργοποιητές και έχουν προταθεί εφέ ιεραρχικού επιπέδου ως πιθανή μελλοντική περιοχή για μη μαγνητικούς ενεργοποιητές για προσθετικές εφαρμογές.Σύμφωνα με τα αποτελέσματα των προαναφερθέντων μελετών, η χρήση μιας αρχιτεκτονικής ενός σταδίου παράγει δυνάμεις τουλάχιστον τέσσερις έως πέντε φορές υψηλότερες από τους αναφερόμενους ενεργοποιητές που βασίζονται σε SMA.Επιπλέον, η ίδια κινητήρια δύναμη που δημιουργείται από μια μονάδα πολλαπλών επιπέδων πολλαπλών επιπέδων έχει αποδειχθεί ότι είναι μεγαλύτερη από δέκα φορές μεγαλύτερη από εκείνη των συμβατικών μονάδων δίσκου SMA.Στη συνέχεια, η μελέτη αναφέρει βασικές παραμέτρους χρησιμοποιώντας ανάλυση ευαισθησίας μεταξύ διαφορετικών σχεδίων και μεταβλητών εισόδου.Το αρχικό μήκος του σύρματος SMA (\(l_0\)), η πτερωτή γωνία (\(\άλφα\)) και ο αριθμός των μονών κλώνων (n) σε κάθε μεμονωμένο κλώνο έχουν ισχυρή αρνητική επίδραση στο μέγεθος της κινητήριας δύναμης.δύναμη, ενώ η τάση εισόδου (ενέργεια) αποδείχθηκε ότι συσχετίζεται θετικά.
Το σύρμα SMA παρουσιάζει το φαινόμενο μνήμης σχήματος (SME) που παρατηρείται στην οικογένεια κραμάτων νικελίου-τιτανίου (Ni-Ti).Συνήθως, τα SMA εμφανίζουν δύο φάσεις που εξαρτώνται από τη θερμοκρασία: μια φάση χαμηλής θερμοκρασίας και μια φάση υψηλής θερμοκρασίας.Και οι δύο φάσεις έχουν μοναδικές ιδιότητες λόγω της παρουσίας διαφορετικών κρυσταλλικών δομών.Στη φάση ωστενίτη (φάση υψηλής θερμοκρασίας) που υπάρχει πάνω από τη θερμοκρασία μετασχηματισμού, το υλικό παρουσιάζει υψηλή αντοχή και παραμορφώνεται ελάχιστα υπό φορτίο.Το κράμα συμπεριφέρεται σαν ανοξείδωτος χάλυβας, επομένως μπορεί να αντέξει υψηλότερες πιέσεις ενεργοποίησης.Εκμεταλλευόμενοι αυτή την ιδιότητα των κραμάτων Ni-Ti, τα καλώδια SMA έχουν κλίση για να σχηματίσουν έναν ενεργοποιητή.Αναπτύσσονται κατάλληλα αναλυτικά μοντέλα για την κατανόηση της θεμελιώδη μηχανική της θερμικής συμπεριφοράς του SMA υπό την επίδραση διαφόρων παραμέτρων και διαφόρων γεωμετριών.Επιτεύχθηκε καλή συμφωνία μεταξύ των πειραματικών και των αναλυτικών αποτελεσμάτων.
Πραγματοποιήθηκε μια πειραματική μελέτη στο πρωτότυπο που φαίνεται στο Σχ. 9α για να αξιολογηθεί η απόδοση μιας διτροπικής κίνησης που βασίζεται σε SMA.Δύο από αυτές τις ιδιότητες, η δύναμη που δημιουργείται από την κίνηση (μυϊκή δύναμη) και η θερμοκρασία του σύρματος SMA (θερμοκρασία SMA), μετρήθηκαν πειραματικά.Καθώς η διαφορά τάσης αυξάνεται σε όλο το μήκος του καλωδίου στον ηλεκτροκινητήρα, η θερμοκρασία του καλωδίου αυξάνεται λόγω του φαινομένου θέρμανσης Joule.Η τάση εισόδου εφαρμόστηκε σε δύο κύκλους 10 δευτερολέπτων (εμφανίζονται ως κόκκινες κουκκίδες στο Σχ. 2α, β) με περίοδο ψύξης 15 δευτερολέπτων μεταξύ κάθε κύκλου.Η δύναμη μπλοκαρίσματος μετρήθηκε χρησιμοποιώντας ένα πιεζοηλεκτρικό μετρητή τάσης και η κατανομή θερμοκρασίας του σύρματος SMA παρακολουθήθηκε σε πραγματικό χρόνο χρησιμοποιώντας μια επιστημονικής ποιότητας κάμερα υψηλής ανάλυσης LWIR (δείτε τα χαρακτηριστικά του εξοπλισμού που χρησιμοποιείται στον Πίνακα 2).δείχνει ότι κατά τη φάση της υψηλής τάσης, η θερμοκρασία του σύρματος αυξάνεται μονότονα, αλλά όταν δεν ρέει ρεύμα, η θερμοκρασία του σύρματος συνεχίζει να πέφτει.Στην τρέχουσα πειραματική ρύθμιση, η θερμοκρασία του σύρματος SMA έπεσε κατά τη φάση ψύξης, αλλά ήταν ακόμα πάνω από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος.Στο σχ.Το 2e δείχνει ένα στιγμιότυπο της θερμοκρασίας στο καλώδιο SMA που λαμβάνεται από την κάμερα LWIR.Από την άλλη πλευρά, στο σχ.Το σχήμα 2a δείχνει τη δύναμη μπλοκαρίσματος που δημιουργείται από το σύστημα μετάδοσης κίνησης.Όταν η μυϊκή δύναμη υπερβαίνει τη δύναμη επαναφοράς του ελατηρίου, ο κινητός βραχίονας, όπως φαίνεται στο Σχήμα 9α, αρχίζει να κινείται.Μόλις ξεκινήσει η ενεργοποίηση, ο κινητός βραχίονας έρχεται σε επαφή με τον αισθητήρα, δημιουργώντας μια δύναμη σώματος, όπως φαίνεται στην εικ.2γ, δ.Όταν η μέγιστη θερμοκρασία είναι κοντά στο \(84\,^{\circ}\hbox {C}\), η μέγιστη παρατηρούμενη δύναμη είναι 105 N.
Το γράφημα δείχνει τα πειραματικά αποτελέσματα της θερμοκρασίας του σύρματος SMA και της δύναμης που δημιουργείται από τον διτροπικό ενεργοποιητή που βασίζεται σε SMA κατά τη διάρκεια δύο κύκλων.Η τάση εισόδου εφαρμόζεται σε δύο κύκλους των 10 δευτερολέπτων (εμφανίζονται ως κόκκινες κουκκίδες) με περίοδο ψύξης 15 δευτερολέπτων μεταξύ κάθε κύκλου.Το σύρμα SMA που χρησιμοποιήθηκε για τα πειράματα ήταν ένα σύρμα Flexinol διαμέτρου 0,51 mm από την Dynalloy, Inc. (α) Το γράφημα δείχνει την πειραματική δύναμη που λήφθηκε σε δύο κύκλους, (c, d) δείχνει δύο ανεξάρτητα παραδείγματα της δράσης των ενεργοποιητών κινητού βραχίονα σε μια πιεζοηλεκτρική γραμμή PACEline CFT/5kN, η μέγιστη θερμοκρασία του αγωγού SMA κατά τη διάρκεια ολόκληρου του χρόνου (b) δείχνει ένα στιγμιότυπο θερμοκρασίας που λήφθηκε από το καλώδιο SMA χρησιμοποιώντας την κάμερα LWIR του λογισμικού FLIR ResearchIR.Οι γεωμετρικές παράμετροι που λαμβάνονται υπόψη στα πειράματα δίνονται στον Πίνακα.ένας.
Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης του μαθηματικού μοντέλου και τα πειραματικά αποτελέσματα συγκρίνονται υπό την συνθήκη τάσης εισόδου 7V, όπως φαίνεται στο Σχ.5.Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της παραμετρικής ανάλυσης και για να αποφευχθεί η πιθανότητα υπερθέρμανσης του καλωδίου SMA, τροφοδοτήθηκε ισχύς 11,2 W στον ενεργοποιητή.Χρησιμοποιήθηκε ένα προγραμματιζόμενο τροφοδοτικό συνεχούς ρεύματος για την παροχή 7V ως τάση εισόδου και ένα ρεύμα 1,6Α μετρήθηκε κατά μήκος του καλωδίου.Η δύναμη που δημιουργείται από τη μετάδοση κίνησης και η θερμοκρασία του SDR αυξάνονται όταν εφαρμόζεται ρεύμα.Με τάση εισόδου 7V, η μέγιστη δύναμη εξόδου που προκύπτει από τα αποτελέσματα της προσομοίωσης και τα πειραματικά αποτελέσματα του πρώτου κύκλου είναι 78 N και 96 N, αντίστοιχα.Στον δεύτερο κύκλο, η μέγιστη δύναμη εξόδου των αποτελεσμάτων της προσομοίωσης και των πειραμάτων ήταν 150 N και 105 N, αντίστοιχα.Η απόκλιση μεταξύ των μετρήσεων της δύναμης απόφραξης και των πειραματικών δεδομένων μπορεί να οφείλεται στη μέθοδο που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της δύναμης απόφραξης.Τα πειραματικά αποτελέσματα που φαίνονται στο Σχ.5a αντιστοιχεί στη μέτρηση της δύναμης ασφάλισης, η οποία με τη σειρά της μετρήθηκε όταν ο κινητήριος άξονας ήταν σε επαφή με τον μετατροπέα πιεζοηλεκτρικής δύναμης PACEline CFT/5kN, όπως φαίνεται στο σχήμα.2s.Επομένως, όταν ο κινητήριος άξονας δεν έρχεται σε επαφή με τον αισθητήρα δύναμης στην αρχή της ζώνης ψύξης, η δύναμη γίνεται αμέσως μηδενική, όπως φαίνεται στο Σχ. 2δ.Επιπλέον, άλλες παράμετροι που επηρεάζουν το σχηματισμό δύναμης στους επόμενους κύκλους είναι οι τιμές του χρόνου ψύξης και ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας με συναγωγή στον προηγούμενο κύκλο.Από το σχ.2b, μπορεί να φανεί ότι μετά από μια περίοδο ψύξης 15 δευτερολέπτων, το καλώδιο SMA δεν έφτασε σε θερμοκρασία δωματίου και επομένως είχε υψηλότερη αρχική θερμοκρασία (\(40\,^{\circ }\hbox {C}\)) στον δεύτερο κύκλο οδήγησης σε σύγκριση με τον πρώτο κύκλο (\(25\, ^{\circ}\hbox {C}\)).Έτσι, σε σύγκριση με τον πρώτο κύκλο, η θερμοκρασία του σύρματος SMA κατά τον δεύτερο κύκλο θέρμανσης φτάνει στην αρχική θερμοκρασία ωστενίτη (\(A_s\)) νωρίτερα και παραμένει στη μεταβατική περίοδο περισσότερο, με αποτέλεσμα την καταπόνηση και τη δύναμη.Από την άλλη πλευρά, οι κατανομές θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια των κύκλων θέρμανσης και ψύξης που λαμβάνονται από πειράματα και προσομοιώσεις έχουν υψηλή ποιοτική ομοιότητα με παραδείγματα από θερμογραφική ανάλυση.Η συγκριτική ανάλυση των θερμικών δεδομένων σύρματος SMA από πειράματα και προσομοιώσεις έδειξε συνέπεια κατά τη διάρκεια των κύκλων θέρμανσης και ψύξης και εντός των αποδεκτών ανοχών για τα πειραματικά δεδομένα.Η μέγιστη θερμοκρασία του καλωδίου SMA, που προέκυψε από τα αποτελέσματα της προσομοίωσης και των πειραμάτων του πρώτου κύκλου, είναι \(89\,^{\circ }\hbox {C}\) και \(75\,^{\circ }\hbox { C }\, αντίστοιχα ), και στον δεύτερο κύκλο η μέγιστη θερμοκρασία του καλωδίου SMA είναι {8},\C{4},\\circ ^{\circ }\ hbox {C}\).Το θεμελιωδώς αναπτυγμένο μοντέλο επιβεβαιώνει την επίδραση του εφέ μνήμης σχήματος.Ο ρόλος της κόπωσης και της υπερθέρμανσης δεν ελήφθη υπόψη σε αυτήν την ανασκόπηση.Στο μέλλον, το μοντέλο θα βελτιωθεί ώστε να περιλαμβάνει το ιστορικό τάσεων του σύρματος SMA, καθιστώντας το πιο κατάλληλο για μηχανολογικές εφαρμογές.Η δύναμη εξόδου μετάδοσης κίνησης και τα διαγράμματα θερμοκρασίας SMA που λαμβάνονται από το μπλοκ Simulink είναι εντός των επιτρεπόμενων ανοχών των πειραματικών δεδομένων υπό την προϋπόθεση ενός παλμού τάσης εισόδου 7 V. Αυτό επιβεβαιώνει την ορθότητα και την αξιοπιστία του αναπτυγμένου μαθηματικού μοντέλου.
Το μαθηματικό μοντέλο αναπτύχθηκε στο περιβάλλον MathWorks Simulink R2020b χρησιμοποιώντας τις βασικές εξισώσεις που περιγράφονται στην ενότητα Μέθοδοι.Στο σχ.Το 3β δείχνει ένα μπλοκ διάγραμμα του μαθηματικού μοντέλου Simulink.Το μοντέλο προσομοιώθηκε για έναν παλμό τάσης εισόδου 7V όπως φαίνεται στο Σχ. 2α, β.Οι τιμές των παραμέτρων που χρησιμοποιούνται στην προσομοίωση παρατίθενται στον Πίνακα 1. Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης μεταβατικών διεργασιών παρουσιάζονται στα Σχήματα 1 και 1. Σχήματα 3α και 4. Στο Σχ.Το σχήμα 4a,b δείχνει την επαγόμενη τάση στο καλώδιο SMA και τη δύναμη που δημιουργείται από τον ενεργοποιητή ως συνάρτηση του χρόνου. Κατά τη διάρκεια της αντίστροφης μετατροπής (θέρμανση), όταν η θερμοκρασία του σύρματος SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (θερμοκρασία έναρξης φάσης ωστενίτη τροποποιημένης πίεσης), ο ρυθμός μεταβολής του κλάσματος όγκου μαρτενσίτη (\(\dot{\xi }\)) θα είναι μηδέν. Κατά τη διάρκεια της αντίστροφης μετατροπής (θέρμανση), όταν η θερμοκρασία του σύρματος SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (θερμοκρασία έναρξης φάσης ωστενίτη τροποποιημένης πίεσης), ο ρυθμός μεταβολής του κλάσματος όγκου μαρτενσίτη (\(\dot{\ xi }\)) θα είναι μηδέν. Во время обратного превращения (нагрева), когда температура проволоки SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (температура начала аустенитной фазы, модифицированная напряжением), скорость изменения объемной доли мартенсита (\(\dot{\ xi }\)) будет равно нулю. Κατά τη διάρκεια του αντίστροφου μετασχηματισμού (θέρμανση), όταν η θερμοκρασία του σύρματος SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (τροποποιημένη με πίεση θερμοκρασία έναρξης ωστενίτη), ο ρυθμός μεταβολής του κλάσματος όγκου μαρτενσίτη (\(\dot{\ xi }\ )) θα είναι μηδέν.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
(α) Αποτέλεσμα προσομοίωσης που δείχνει την κατανομή της θερμοκρασίας και τη θερμοκρασία σύνδεσης που προκαλείται από τάσεις σε έναν ενεργοποιητή δισταθμισμένου κινητήρα που βασίζεται σε SMA.Όταν η θερμοκρασία του σύρματος διασχίζει τη θερμοκρασία μετάπτωσης ωστενίτη στο στάδιο θέρμανσης, η τροποποιημένη θερμοκρασία μετάπτωσης ωστενίτη αρχίζει να αυξάνεται, και παρομοίως, όταν η θερμοκρασία της συρμάτινης ράβδου διασχίζει τη θερμοκρασία μετάπτωσης μαρτενσιτικού στο στάδιο ψύξης, η θερμοκρασία μετάπτωσης μαρτενσιτικού μειώνεται.SMA για αναλυτική μοντελοποίηση της διαδικασίας ενεργοποίησης.(Για λεπτομερή προβολή κάθε υποσυστήματος ενός μοντέλου Simulink, ανατρέξτε στην ενότητα παραρτήματος του συμπληρωματικού αρχείου.)
Τα αποτελέσματα της ανάλυσης για διαφορετικές κατανομές παραμέτρων εμφανίζονται για δύο κύκλους της τάσης εισόδου 7V (κύκλοι προθέρμανσης 10 δευτερολέπτων και κύκλοι ψύξης 15 δευτερολέπτων).Ενώ τα (ac) και (e) απεικονίζουν την κατανομή με την πάροδο του χρόνου, από την άλλη πλευρά, τα (d) και (f) απεικονίζουν την κατανομή με τη θερμοκρασία.Για τις αντίστοιχες συνθήκες εισόδου, η μέγιστη παρατηρούμενη τάση είναι 106 MPa (λιγότερο από 345 MPa, ισχύς διαρροής σύρματος), η δύναμη είναι 150 N, η μέγιστη μετατόπιση είναι 270 μm και το ελάχιστο μαρτενσιτικό κλάσμα όγκου είναι 0,91.Από την άλλη πλευρά, η μεταβολή της τάσης και η μεταβολή του κλάσματος όγκου του μαρτενσίτη με τη θερμοκρασία είναι παρόμοια με τα χαρακτηριστικά υστέρησης.
Η ίδια εξήγηση ισχύει για τον άμεσο μετασχηματισμό (ψύξη) από τη φάση ωστενίτη στη φάση μαρτενσίτη, όπου η θερμοκρασία του σύρματος SMA (T) και η τελική θερμοκρασία της φάσης μαρτενσίτη τροποποιημένης με τάση (\(M_f^{\prime}\ )) είναι εξαιρετική.Στο σχ.Το 4d,f δείχνει τη μεταβολή στην επαγόμενη τάση (\(\sigma\)) και το κλάσμα όγκου του μαρτενσίτη (\(\xi\)) στο σύρμα SMA ως συνάρτηση της αλλαγής της θερμοκρασίας του σύρματος SMA (T), και για τους δύο κύκλους οδήγησης.Στο σχ.Το σχήμα 3α δείχνει τη μεταβολή της θερμοκρασίας του καλωδίου SMA με το χρόνο ανάλογα με τον παλμό της τάσης εισόδου.Όπως φαίνεται από το σχήμα, η θερμοκρασία του σύρματος συνεχίζει να αυξάνεται παρέχοντας μια πηγή θερμότητας σε μηδενική τάση και επακόλουθη ψύξη με συναγωγή.Κατά τη θέρμανση, ο επαναμετασχηματισμός του μαρτενσίτη στη φάση ωστενίτη ξεκινά όταν η θερμοκρασία του σύρματος SMA (T) διασχίσει τη θερμοκρασία πυρήνωσης ωστενίτη με διορθωμένη τάση (\(A_s^{\prime}\)).Κατά τη διάρκεια αυτής της φάσης, το καλώδιο SMA συμπιέζεται και ο ενεργοποιητής παράγει δύναμη.Επίσης κατά τη διάρκεια της ψύξης, όταν η θερμοκρασία του σύρματος SMA (T) διασχίζει τη θερμοκρασία πυρήνωσης της φάσης μαρτενσίτη τροποποιημένης με τάση (\(M_s^{\prime}\)) υπάρχει θετική μετάβαση από τη φάση ωστενίτη στη φάση μαρτενσίτη.η κινητήρια δύναμη μειώνεται.
Οι κύριες ποιοτικές πτυχές της διτροπικής κίνησης που βασίζονται στο SMA μπορούν να ληφθούν από τα αποτελέσματα της προσομοίωσης.Στην περίπτωση εισόδου παλμού τάσης, η θερμοκρασία του καλωδίου SMA αυξάνεται λόγω του φαινομένου θέρμανσης Joule.Η αρχική τιμή του κλάσματος όγκου μαρτενσίτη (\(\xi\)) ορίζεται σε 1, καθώς το υλικό βρίσκεται αρχικά σε μια πλήρως μαρτενσιτική φάση.Καθώς το σύρμα συνεχίζει να θερμαίνεται, η θερμοκρασία του σύρματος SMA υπερβαίνει τη διορθωμένη με τάση θερμοκρασία πυρήνωσης ωστενίτη \(A_s^{\prime}\), με αποτέλεσμα τη μείωση του κλάσματος όγκου μαρτενσίτη, όπως φαίνεται στο Σχήμα 4γ.Επιπλέον, στο σχ.Το 4e δείχνει την κατανομή των διαδρομών του ενεργοποιητή στο χρόνο και στο σχ.5 – κινητήρια δύναμη σε συνάρτηση με το χρόνο.Ένα σχετικό σύστημα εξισώσεων περιλαμβάνει τη θερμοκρασία, το κλάσμα όγκου μαρτενσίτη και την τάση που αναπτύσσεται στο σύρμα, με αποτέλεσμα τη συρρίκνωση του σύρματος SMA και τη δύναμη που δημιουργείται από τον ενεργοποιητή.Όπως φαίνεται στο σχ.4d,f, η διακύμανση τάσης με θερμοκρασία και η μεταβολή του κλάσματος όγκου μαρτενσίτη με τη θερμοκρασία αντιστοιχούν στα χαρακτηριστικά υστέρησης του SMA στην προσομοιωμένη περίπτωση στα 7 V.
Η σύγκριση των παραμέτρων οδήγησης λήφθηκε μέσω πειραμάτων και αναλυτικών υπολογισμών.Τα καλώδια υποβλήθηκαν σε παλμική τάση εισόδου 7 V για 10 δευτερόλεπτα, στη συνέχεια ψύχθηκαν για 15 δευτερόλεπτα (φάση ψύξης) σε δύο κύκλους.Η πτερωτή γωνία έχει οριστεί σε \(40^{\circ}\) και το αρχικό μήκος του σύρματος SMA σε κάθε σκέλος μεμονωμένης ακίδας έχει οριστεί στα 83 mm.(α) Μέτρηση της κινητήριας δύναμης με κυψέλη φορτίου (β) Παρακολούθηση της θερμοκρασίας του σύρματος με θερμική υπέρυθρη κάμερα.
Προκειμένου να κατανοηθεί η επίδραση των φυσικών παραμέτρων στη δύναμη που παράγεται από τη μετάδοση κίνησης, πραγματοποιήθηκε ανάλυση της ευαισθησίας του μαθηματικού μοντέλου στις επιλεγμένες φυσικές παραμέτρους και οι παράμετροι ταξινομήθηκαν ανάλογα με την επιρροή τους.Πρώτον, η δειγματοληψία των παραμέτρων του μοντέλου έγινε χρησιμοποιώντας πειραματικές αρχές σχεδιασμού που ακολουθούσαν ομοιόμορφη κατανομή (βλ. Συμπληρωματική Ενότητα για την Ανάλυση Ευαισθησίας).Σε αυτήν την περίπτωση, οι παράμετροι του μοντέλου περιλαμβάνουν την τάση εισόδου (\(V_{in}\)), το αρχικό μήκος καλωδίου SMA (\(l_0\)), τη γωνία τριγώνου (\(\alpha\)), τη σταθερά του ελατηρίου πόλωσης (\( K_x\ )), τον συντελεστή μεταφοράς θερμότητας (\(h_T\)) και τον αριθμό των μονόδρομων διακλαδώσεων (n).Στο επόμενο βήμα, επιλέχθηκε η μέγιστη μυϊκή δύναμη ως απαίτηση σχεδιασμού της μελέτης και ελήφθησαν οι παραμετρικές επιδράσεις κάθε συνόλου μεταβλητών στη δύναμη.Τα διαγράμματα ανεμοστρόβιλου για την ανάλυση ευαισθησίας προήλθαν από τους συντελεστές συσχέτισης για κάθε παράμετρο, όπως φαίνεται στο Σχ. 6α.
(α) Οι τιμές των συντελεστών συσχέτισης των παραμέτρων του μοντέλου και η επίδρασή τους στη μέγιστη δύναμη εξόδου 2500 μοναδικών ομάδων των παραπάνω παραμέτρων του μοντέλου εμφανίζονται στο διάγραμμα ανεμοστρόβιλου.Το γράφημα δείχνει τη συσχέτιση κατάταξης πολλών δεικτών.Είναι σαφές ότι η \(V_{in}\) είναι η μόνη παράμετρος με θετική συσχέτιση και η \(l_0\) είναι η παράμετρος με την υψηλότερη αρνητική συσχέτιση.Η επίδραση διαφόρων παραμέτρων σε διάφορους συνδυασμούς στη μέγιστη μυϊκή δύναμη φαίνεται στο (β, γ).Το \(K_x\) κυμαίνεται από 400 έως 800 N/m και το n κυμαίνεται από 4 έως 24. Η τάση (\(V_{in}\)) άλλαξε από 4 V σε 10 V, το μήκος του καλωδίου (\(l_{0 } \)) άλλαξε από 40 σε 100 mm και η γωνία ουράς \ pha 2 (\} –\al \).
Στο σχ.Το Σχήμα 6α δείχνει ένα διάγραμμα ανεμοστρόβιλου διαφόρων συντελεστών συσχέτισης για κάθε παράμετρο με απαιτήσεις σχεδιασμού μέγιστης κινητήριας δύναμης.Από το σχ.6a μπορεί να φανεί ότι η παράμετρος τάσης (\(V_{in}\)) σχετίζεται άμεσα με τη μέγιστη δύναμη εξόδου και ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας (\(h_T\)), η γωνία φλόγας (\ ( \alpha\)), η σταθερά του ελατηρίου μετατόπισης ( \(K_x\)) συσχετίζεται αρνητικά με το αρχικό μήκος\mo\ και τη δύναμη εξόδου S, το μοναδιαίο αριθμό του καλωδίου και_ Οι κλάδοι dal (n) εμφανίζουν ισχυρή αντίστροφη συσχέτιση Στην περίπτωση άμεσης συσχέτισης Στην περίπτωση υψηλότερης τιμής του συντελεστή συσχέτισης τάσης (\(V_ {in}\)) δείχνει ότι αυτή η παράμετρος έχει τη μεγαλύτερη επίδραση στην ισχύ εξόδου.Μια άλλη παρόμοια ανάλυση μετρά τη δύναμη κορυφής αξιολογώντας την επίδραση διαφορετικών παραμέτρων σε διαφορετικούς συνδυασμούς των δύο υπολογιστικών χώρων, όπως φαίνεται στο Σχ. 6β, γ.Τα \(V_{in}\) και \(l_0\), \(\alpha\) και \(l_0\) έχουν παρόμοια μοτίβα και το γράφημα δείχνει ότι τα \(V_{in}\) και \(\alpha\ ) και \(\alpha\) έχουν παρόμοια μοτίβα.Μικρότερες τιμές του \(l_0\) έχουν ως αποτέλεσμα υψηλότερες δυνάμεις κορυφής.Τα άλλα δύο διαγράμματα είναι συνεπή με το Σχήμα 6a, όπου τα n και \(K_x\) συσχετίζονται αρνητικά και το \(V_{in}\) συσχετίζονται θετικά.Αυτή η ανάλυση βοηθά στον καθορισμό και την προσαρμογή των παραμέτρων που επηρεάζουν με τις οποίες η δύναμη εξόδου, η διαδρομή και η απόδοση του συστήματος μετάδοσης κίνησης μπορούν να προσαρμοστούν στις απαιτήσεις και την εφαρμογή.
Η τρέχουσα ερευνητική εργασία εισάγει και διερευνά ιεραρχικές κινήσεις με Ν επίπεδα.Σε μια ιεραρχία δύο επιπέδων, όπως φαίνεται στο Σχ. 7α, όπου αντί για κάθε καλώδιο SMA του ενεργοποιητή πρώτου επιπέδου, επιτυγχάνεται μια διτροπική διάταξη, όπως φαίνεται στο σχήμα.9ε.Στο σχ.Το 7c δείχνει πώς το σύρμα SMA τυλίγεται γύρω από έναν κινητό βραχίονα (βοηθητικός βραχίονας) που κινείται μόνο κατά τη διαμήκη κατεύθυνση.Ωστόσο, ο κύριος κινητός βραχίονας συνεχίζει να κινείται με τον ίδιο τρόπο όπως ο κινητός βραχίονας του ενεργοποιητή πολλαπλών σταδίων 1ου σταδίου.Συνήθως, μια μονάδα δίσκου N σταδίου δημιουργείται αντικαθιστώντας το καλώδιο SMA σταδίου \(N-1\) με μια μονάδα δίσκου πρώτου σταδίου.Ως αποτέλεσμα, κάθε κλάδος μιμείται την κίνηση του πρώτου σταδίου, με εξαίρεση τον κλάδο που συγκρατεί το ίδιο το καλώδιο.Με αυτόν τον τρόπο, μπορούν να δημιουργηθούν ένθετες δομές που δημιουργούν δυνάμεις πολλές φορές μεγαλύτερες από τις δυνάμεις των πρωτευόντων κινητήρων.Σε αυτή τη μελέτη, για κάθε επίπεδο, λήφθηκε υπόψη ένα συνολικό ενεργό μήκος σύρματος SMA 1 m, όπως φαίνεται σε μορφή πίνακα στο Σχ. 7δ.Το ρεύμα μέσω κάθε καλωδίου σε κάθε μονοτροπικό σχέδιο και η προκύπτουσα προένταση και τάση σε κάθε τμήμα σύρματος SMA είναι τα ίδια σε κάθε επίπεδο.Σύμφωνα με το αναλυτικό μας μοντέλο, η δύναμη εξόδου συσχετίζεται θετικά με το επίπεδο, ενώ η μετατόπιση συσχετίζεται αρνητικά.Ταυτόχρονα, υπήρξε μια αντιστάθμιση μεταξύ μετατόπισης και μυϊκής δύναμης.Όπως φαίνεται στο σχ.7β, ενώ η μέγιστη δύναμη επιτυγχάνεται στον μεγαλύτερο αριθμό στρώσεων, η μεγαλύτερη μετατόπιση παρατηρείται στο χαμηλότερο στρώμα.Όταν το επίπεδο ιεραρχίας ορίστηκε στο \(N=5\), βρέθηκε μια μέγιστη μυϊκή δύναμη 2,58 kN με 2 παρατηρούμενες πινελιές \(\upmu\)m.Από την άλλη πλευρά, η κίνηση του πρώτου σταδίου παράγει δύναμη 150 N σε διαδρομή 277 \(\upmu\)m.Οι ενεργοποιητές πολλαπλών επιπέδων είναι σε θέση να μιμούνται πραγματικούς βιολογικούς μύες, όπου οι τεχνητοί μύες που βασίζονται σε κράματα μνήμης σχήματος μπορούν να παράγουν σημαντικά υψηλότερες δυνάμεις με ακριβείς και λεπτότερες κινήσεις.Οι περιορισμοί αυτού του μικροσκοπικού σχεδιασμού είναι ότι καθώς αυξάνεται η ιεραρχία, η κίνηση μειώνεται σημαντικά και αυξάνεται η πολυπλοκότητα της διαδικασίας κατασκευής του δίσκου.
(α) Ένα σύστημα γραμμικού ενεργοποιητή από κράμα μνήμης σχήματος δύο σταδίων (\(N=2\)) σε στρώσεις εμφανίζεται σε διτροπική διαμόρφωση.Το προτεινόμενο μοντέλο επιτυγχάνεται με την αντικατάσταση του καλωδίου SMA στον ενεργοποιητή με στρώση πρώτης βαθμίδας με έναν άλλο ενεργοποιητή με στρώση μίας βαθμίδας.(γ) Παραμορφωμένη διαμόρφωση του ενεργοποιητή πολλαπλών στρώσεων δεύτερου σταδίου.(β) Περιγράφεται η κατανομή των δυνάμεων και των μετατοπίσεων ανάλογα με τον αριθμό των επιπέδων.Έχει βρεθεί ότι η μέγιστη δύναμη του ενεργοποιητή συσχετίζεται θετικά με το επίπεδο κλίμακας στο γράφημα, ενώ η διαδρομή συσχετίζεται αρνητικά με το επίπεδο κλίμακας.Το ρεύμα και η προ-τάση σε κάθε καλώδιο παραμένουν σταθερά σε όλα τα επίπεδα.(δ) Ο πίνακας δείχνει τον αριθμό των κρουνών και το μήκος του σύρματος SMA (ίνας) σε κάθε επίπεδο.Τα χαρακτηριστικά των καλωδίων υποδεικνύονται με το δείκτη 1 και ο αριθμός των δευτερευόντων διακλαδώσεων (ένας που συνδέεται με το κύριο σκέλος) υποδεικνύεται από τον μεγαλύτερο αριθμό στον δείκτη.Για παράδειγμα, στο επίπεδο 5, το \(n_1\) αναφέρεται στον αριθμό των συρμάτων SMA που υπάρχουν σε κάθε διτροπική δομή και το \(n_5\) αναφέρεται στον αριθμό των βοηθητικών σκελών (το ένα συνδεδεμένο με το κύριο σκέλος).
Διάφορες μέθοδοι έχουν προταθεί από πολλούς ερευνητές για τη μοντελοποίηση της συμπεριφοράς των SMA με μνήμη σχήματος, οι οποίες εξαρτώνται από τις θερμομηχανικές ιδιότητες που συνοδεύουν τις μακροσκοπικές αλλαγές στην κρυσταλλική δομή που σχετίζονται με τη μετάβαση φάσης.Η διατύπωση των συστατικών μεθόδων είναι εγγενώς πολύπλοκη.Το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο φαινομενολογικό μοντέλο προτείνεται από τον Tanaka28 και χρησιμοποιείται ευρέως σε εφαρμογές μηχανικής.Το φαινομενολογικό μοντέλο που προτείνεται από τον Tanaka [28] υποθέτει ότι το κλάσμα όγκου του μαρτενσίτη είναι μια εκθετική συνάρτηση της θερμοκρασίας και της τάσης.Αργότερα, οι Liang και Rogers29 και Brinson30 πρότειναν ένα μοντέλο στο οποίο η δυναμική μετάβασης φάσης θεωρήθηκε ότι ήταν συνημιτονική συνάρτηση τάσης και θερμοκρασίας, με μικρές τροποποιήσεις στο μοντέλο.Οι Becker και Brinson πρότειναν ένα κινητικό μοντέλο με βάση το διάγραμμα φάσης για τη μοντελοποίηση της συμπεριφοράς των υλικών SMA υπό αυθαίρετες συνθήκες φόρτωσης καθώς και μερικές μεταβάσεις.Το Banerjee32 χρησιμοποιεί τη δυναμική μέθοδο του διαγράμματος φάσης Bekker και Brinson31 για την προσομοίωση ενός χειριστή ενός βαθμού ελευθερίας που αναπτύχθηκε από τους Elahinia και Ahmadian33.Οι κινητικές μέθοδοι που βασίζονται σε διαγράμματα φάσεων, που λαμβάνουν υπόψη τη μη μονοτονική μεταβολή της τάσης με τη θερμοκρασία, είναι δύσκολο να εφαρμοστούν σε εφαρμογές μηχανικής.Οι Elakhinia και Ahmadian εφιστούν την προσοχή σε αυτές τις ελλείψεις των υπαρχόντων φαινομενολογικών μοντέλων και προτείνουν ένα εκτεταμένο φαινομενολογικό μοντέλο για την ανάλυση και τον ορισμό της συμπεριφοράς της μνήμης σχήματος κάτω από οποιεσδήποτε πολύπλοκες συνθήκες φόρτωσης.
Το δομικό μοντέλο του σύρματος SMA δίνει τάση (\(\sigma\)), παραμόρφωση (\(\epsilon\)), θερμοκρασία (T) και κλάσμα όγκου μαρτενσίτη (\(\xi\)) του σύρματος SMA.Το φαινομενολογικό συστατικό μοντέλο προτάθηκε για πρώτη φορά από τον Tanaka28 και αργότερα υιοθετήθηκε από τους Liang29 και Brinson30.Η παράγωγος της εξίσωσης έχει τη μορφή:
όπου E είναι το εξαρτώμενο από τη φάση συντελεστής SMA Young που λήφθηκε χρησιμοποιώντας \(\displaystyle E=\xi E_M + (1-\xi )E_A\) και \(E_A\) και \(E_M\) που αντιπροσωπεύουν το μέτρο του Young είναι ωστενιτικές και μαρτενσιτικές φάσεις, αντίστοιχα, και ο συντελεστής αντιπροσωπεύεται από τη θερμική εκτόνωση \(T).Ο συντελεστής συμβολής μετάβασης φάσης είναι \(\Omega = -E \epsilon _L\) και \(\epsilon _L\) είναι η μέγιστη ανακτήσιμη τάση στο καλώδιο SMA.
Η εξίσωση δυναμικής φάσης συμπίπτει με τη συνημίτονο που αναπτύχθηκε από τον Liang29 και αργότερα υιοθετήθηκε από τον Brinson30 αντί της εκθετικής συνάρτησης που προτάθηκε από τον Tanaka28.Το μοντέλο μετάβασης φάσης είναι μια επέκταση του μοντέλου που προτάθηκε από τους Elakhinia και Ahmadian34 και τροποποιήθηκε με βάση τις συνθήκες μετάβασης φάσης που δίνονται από τους Liang29 και Brinson30.Οι συνθήκες που χρησιμοποιούνται για αυτό το μοντέλο μετάβασης φάσης ισχύουν κάτω από πολύπλοκα θερμομηχανικά φορτία.Σε κάθε χρονική στιγμή, η τιμή του κλάσματος όγκου του μαρτενσίτη υπολογίζεται κατά τη μοντελοποίηση της συστατικής εξίσωσης.
Η εξίσωση που διέπει τον αναμετασχηματισμό, που εκφράζεται με τον μετασχηματισμό του μαρτενσίτη σε ωστενίτη υπό συνθήκες θέρμανσης, είναι η εξής:
όπου \(\xi\) είναι το κλάσμα όγκου του μαρτενσίτη, \(\xi _M\) είναι το κλάσμα όγκου μαρτενσίτη που λαμβάνεται πριν από τη θέρμανση, \(\displaystyle a_A = \pi /(A_f – A_s)\), \ ( \displaystyle b_A = -a_A/C_A\) και \(C_A/C_A\) και \(C_A, T/Axim\) – καμπύλη (A_f\) – αρχή και τέλος της φάσης ωστενίτη, αντίστοιχα, θερμοκρασία.
Η εξίσωση ελέγχου άμεσου μετασχηματισμού, που αντιπροσωπεύεται από τον μετασχηματισμό φάσης του ωστενίτη σε μαρτενσίτη υπό συνθήκες ψύξης, είναι:
όπου \(\xi _A\) είναι το κλάσμα όγκου του μαρτενσίτη που λαμβάνεται πριν από την ψύξη, \(\displaystyle a_M = \pi /(M_s – M_f)\), \(\displaystyle b_M = -a_M/C_M\) και \ (C_M \) – παράμετροι προσαρμογής καμπύλης, T – SMA σύρματος τελική θερμοκρασία, marf_tenly, και \M .
Αφού διαφοροποιηθούν οι εξισώσεις (3) και (4), οι εξισώσεις αντίστροφου και άμεσου μετασχηματισμού απλοποιούνται στην ακόλουθη μορφή:
Κατά τον μετασχηματισμό προς τα εμπρός και προς τα πίσω, τα \(\eta _{\sigma}\) και \(\eta _{T}\) λαμβάνουν διαφορετικές τιμές.Οι βασικές εξισώσεις που σχετίζονται με τα \(\eta _{\sigma}\) και \(\eta _{T}\) έχουν προκύψει και συζητηθεί λεπτομερώς σε μια πρόσθετη ενότητα.
Η θερμική ενέργεια που απαιτείται για την αύξηση της θερμοκρασίας του σύρματος SMA προέρχεται από το φαινόμενο θέρμανσης Joule.Η θερμική ενέργεια που απορροφάται ή απελευθερώνεται από το σύρμα SMA αντιπροσωπεύεται από τη λανθάνουσα θερμότητα του μετασχηματισμού.Η απώλεια θερμότητας στο καλώδιο SMA οφείλεται σε εξαναγκασμένη συναγωγή και δεδομένης της αμελητέας επίδρασης της ακτινοβολίας, η εξίσωση του ισοζυγίου θερμικής ενέργειας είναι η εξής:
Όπου \(m_{wire}\) είναι η συνολική μάζα του καλωδίου SMA, \(c_{p}\) είναι η ειδική θερμική χωρητικότητα του SMA, \(V_{in}\) είναι η τάση που εφαρμόζεται στο καλώδιο, \(R_{ohm} \ ) – αντίσταση SMA που εξαρτάται από τη φάση, ορίζεται ως;\(R_{ohm} = (l/A_{σταυρός})[\xi r_M + (1-\xi )r_A]\ ) όπου \(r_M\ ) και \(r_A\) είναι η ειδική αντίσταση φάσης SMA στον μαρτενσίτη και τον ωστενίτη, αντίστοιχα, \(A_{c}\) είναι το εμβαδόν επιφανείας του καλωδίου \(Α.Η λανθάνουσα θερμότητα μετάβασης του σύρματος, T και \(T_{\infty}\) είναι οι θερμοκρασίες του σύρματος SMA και του περιβάλλοντος, αντίστοιχα.
Όταν ενεργοποιείται ένα σύρμα από κράμα μνήμης σχήματος, το σύρμα συμπιέζεται, δημιουργώντας μια δύναμη σε κάθε κλάδο του διτροπικού σχεδίου που ονομάζεται δύναμη ίνας.Οι δυνάμεις των ινών σε κάθε κλώνο του σύρματος SMA μαζί δημιουργούν τη μυϊκή δύναμη για να ενεργοποιηθεί, όπως φαίνεται στο Σχ. 9ε.Λόγω της παρουσίας ενός ελατηρίου πόλωσης, η συνολική μυϊκή δύναμη του Nth ενεργοποιητή πολλαπλών στρώσεων είναι:
Αντικαθιστώντας το \(N = 1\) στην εξίσωση (7), η μυϊκή δύναμη του πρωτοτύπου διτροπικής κίνησης πρώτου σταδίου μπορεί να ληφθεί ως εξής:
όπου n είναι ο αριθμός των μονότροπων ποδιών, \(F_m\) είναι η μυϊκή δύναμη που δημιουργείται από την κίνηση, \(F_f\) είναι η ισχύς της ίνας στο καλώδιο SMA, \(K_x\) είναι η ακαμψία της πόλωσης.ελατήριο, \(\alpha\) είναι η γωνία του τριγώνου, \(x_0\) είναι η αρχική μετατόπιση του ελατηρίου πόλωσης για να συγκρατεί το καλώδιο SMA στην προεντεταμένη θέση και \(\Delta x\) είναι η διαδρομή του ενεργοποιητή.
Η συνολική μετατόπιση ή κίνηση του ηλεκτροκινητήρα (\(\Delta x\)) ανάλογα με την τάση (\(\sigma\)) και την καταπόνηση (\(\epsilon\)) στο καλώδιο SMA του Nου σταδίου, ο ηλεκτροκινητήρας έχει ρυθμιστεί σε (βλ. Εικ. πρόσθετο μέρος της εξόδου):
Οι κινηματικές εξισώσεις δίνουν τη σχέση μεταξύ παραμόρφωσης κίνησης (\(\epsilon\)) και μετατόπισης ή μετατόπισης (\(\Delta x\)).Η παραμόρφωση του σύρματος Arb ως συνάρτηση του αρχικού μήκους του σύρματος Arb (\(l_0\)) και του μήκους του σύρματος (l) ανά πάσα στιγμή t σε έναν μονοτροπικό κλάδο είναι η εξής:
όπου \(l = \sqrt{l_0^2 +(\Delta x_1)^2 – 2 l_0 (\Delta x_1) \cos \alpha _1}\) λαμβάνεται εφαρμόζοντας τον τύπο συνημιτόνου στο \(\Delta\)ABB ', όπως φαίνεται στην Εικόνα 8. Για το πρώτο στάδιο, η μονάδα δίσκου (\D is) (\D είναι x_D) ), και το \(\alpha _1\) είναι \(\alpha \) όπως φαίνεται στο Σχήμα 8, διαφοροποιώντας το χρόνο από την Εξίσωση (11) και αντικαθιστώντας την τιμή του l, ο ρυθμός παραμόρφωσης μπορεί να γραφτεί ως:
όπου \(l_0\) είναι το αρχικό μήκος του καλωδίου SMA, l είναι το μήκος του καλωδίου ανά πάσα στιγμή t σε έναν μονοτροπικό κλάδο, \(\epsilon\) είναι η παραμόρφωση που αναπτύσσεται στο καλώδιο SMA και \(\alpha \) είναι η γωνία του τριγώνου, \(\Delta x\) είναι η μετατόπιση της μονάδας (όπως φαίνεται στο 8).
Και οι n δομές μονής κορυφής (\(n=6\) σε αυτό το σχήμα) συνδέονται σε σειρά με το \(V_{in}\) ως τάση εισόδου.Στάδιο I: Σχηματικό διάγραμμα του σύρματος SMA σε διτροπική διαμόρφωση υπό συνθήκες μηδενικής τάσης Στάδιο II: Εμφανίζεται μια ελεγχόμενη δομή όπου το καλώδιο SMA συμπιέζεται λόγω της αντίστροφης μετατροπής, όπως φαίνεται από την κόκκινη γραμμή.
Ως απόδειξη της ιδέας, αναπτύχθηκε μια διτροπική κίνηση βασισμένη σε SMA για να δοκιμάσει την προσομοίωση της εξαγωγής των υποκείμενων εξισώσεων με πειραματικά αποτελέσματα.Το μοντέλο CAD του διτροπικού γραμμικού ενεργοποιητή φαίνεται στο σχήμα.9α.Από την άλλη πλευρά, στο σχ.Το 9c δείχνει ένα νέο σχέδιο που προτείνεται για μια περιστροφική πρισματική σύνδεση χρησιμοποιώντας έναν ενεργοποιητή δύο επιπέδων βασισμένο σε SMA με μια διτροπική δομή.Τα εξαρτήματα του δίσκου κατασκευάστηκαν χρησιμοποιώντας πρόσθετη κατασκευή σε έναν εκτυπωτή Ultimaker 3 Extended 3D.Το υλικό που χρησιμοποιείται για την τρισδιάστατη εκτύπωση των εξαρτημάτων είναι πολυανθρακικό το οποίο είναι κατάλληλο για ανθεκτικά στη θερμότητα υλικά καθώς είναι ισχυρό, ανθεκτικό και έχει υψηλή θερμοκρασία μετάπτωσης γυαλιού (110-113 \(^{\circ }\) C).Επιπλέον, στα πειράματα χρησιμοποιήθηκε σύρμα από κράμα μνήμης σχήματος Flexinol Dynalloy, Inc. και στις προσομοιώσεις χρησιμοποιήθηκαν οι ιδιότητες υλικού που αντιστοιχούν στο σύρμα Flexinol.Πολλαπλά καλώδια SMA διατάσσονται ως ίνες που υπάρχουν σε μια διτροπική διάταξη των μυών για να ληφθούν οι υψηλές δυνάμεις που παράγονται από ενεργοποιητές πολλαπλών στρώσεων, όπως φαίνεται στο Σχ. 9b, d.
Όπως φαίνεται στο Σχήμα 9α, η οξεία γωνία που σχηματίζεται από το καλώδιο SMA του κινούμενου βραχίονα ονομάζεται γωνία (\(\άλφα\)).Με τους ακροδέκτες στερεωμένους στον αριστερό και τον δεξιό σφιγκτήρα, το καλώδιο SMA συγκρατείται στην επιθυμητή διτροπική γωνία.Η συσκευή πόλωσης ελατηρίου που συγκρατείται στον σύνδεσμο ελατηρίου έχει σχεδιαστεί για να προσαρμόζει τις διαφορετικές ομάδες επέκτασης ελατηρίου πόλωσης σύμφωνα με τον αριθμό (n) των ινών SMA.Επιπλέον, η θέση των κινούμενων μερών είναι σχεδιασμένη έτσι ώστε το καλώδιο SMA να εκτίθεται στο εξωτερικό περιβάλλον για ψύξη με εξαναγκασμένη μεταφορά.Οι επάνω και κάτω πλάκες του αποσπώμενου συγκροτήματος βοηθούν να διατηρείται το σύρμα SMA δροσερό με εξωθημένες εγκοπές σχεδιασμένες να μειώνουν το βάρος.Επιπλέον, και τα δύο άκρα του καλωδίου CMA στερεώνονται στον αριστερό και τον δεξιό ακροδέκτη, αντίστοιχα, μέσω μιας πτύχωσης.Ένα έμβολο είναι προσαρτημένο στο ένα άκρο του κινητού συγκροτήματος για να διατηρείται το διάκενο μεταξύ της επάνω και της κάτω πλάκας.Το έμβολο χρησιμοποιείται επίσης για την εφαρμογή μιας δύναμης μπλοκαρίσματος στον αισθητήρα μέσω μιας επαφής για τη μέτρηση της δύναμης μπλοκαρίσματος όταν ενεργοποιείται το καλώδιο SMA.
Η διτροπική μυϊκή δομή SMA συνδέεται ηλεκτρικά σε σειρά και τροφοδοτείται από μια τάση παλμού εισόδου.Κατά τη διάρκεια του κύκλου παλμού τάσης, όταν εφαρμόζεται τάση και το καλώδιο SMA θερμαίνεται πάνω από την αρχική θερμοκρασία του ωστενίτη, το μήκος του σύρματος σε κάθε κλώνο μειώνεται.Αυτή η ανάκληση ενεργοποιεί το υποσυγκρότημα του κινητού βραχίονα.Όταν η τάση μηδενίστηκε στον ίδιο κύκλο, το θερμαινόμενο σύρμα SMA ψύχθηκε κάτω από τη θερμοκρασία της επιφάνειας του μαρτενσίτη, επιστρέφοντας έτσι στην αρχική του θέση.Κάτω από συνθήκες μηδενικής τάσης, το σύρμα SMA τεντώνεται πρώτα παθητικά από ένα ελατήριο πόλωσης για να φτάσει στην αποσυνδεδεμένη μαρτενσιτική κατάσταση.Η βίδα, από την οποία περνά το καλώδιο SMA, κινείται λόγω της συμπίεσης που δημιουργείται με την εφαρμογή παλμού τάσης στο καλώδιο SMA (το SPA φτάνει στη φάση ωστενίτη), που οδηγεί στην ενεργοποίηση του κινητού μοχλού.Όταν το σύρμα SMA αποσύρεται, το ελατήριο πόλωσης δημιουργεί μια αντίθετη δύναμη τεντώνοντας περαιτέρω το ελατήριο.Όταν η τάση στην παλμική τάση μηδενίζεται, το σύρμα SMA επιμηκύνεται και αλλάζει το σχήμα του λόγω ψύξης με εξαναγκασμένη μεταφορά, φτάνοντας σε διπλή μαρτενσιτική φάση.
Το προτεινόμενο σύστημα γραμμικού ενεργοποιητή που βασίζεται σε SMA έχει μια διτροπική διαμόρφωση στην οποία τα καλώδια SMA είναι υπό γωνία.(α) απεικονίζει ένα μοντέλο CAD του πρωτοτύπου, το οποίο αναφέρει μερικά από τα συστατικά και τις έννοιές τους για το πρωτότυπο, (β, δ) αντιπροσωπεύει το αναπτυγμένο πειραματικό πρωτότυπο35.Ενώ το (β) δείχνει μια κάτοψη του πρωτοτύπου με ηλεκτρικές συνδέσεις και ελατήρια πόλωσης και μετρητές καταπόνησης που χρησιμοποιούνται, (δ) δείχνει μια προοπτική όψη της εγκατάστασης.(ε) Διάγραμμα γραμμικού συστήματος ενεργοποίησης με σύρματα SMA τοποθετημένα διτροπικά ανά πάσα στιγμή t, που δείχνει την κατεύθυνση και την πορεία της ίνας και τη μυϊκή δύναμη.(γ) Μια περιστροφική πρισματική σύνδεση 2-DOF έχει προταθεί για την ανάπτυξη ενός ενεργοποιητή δύο επιπέδων που βασίζεται σε SMA.Όπως φαίνεται, ο σύνδεσμος μεταδίδει γραμμική κίνηση από τον κάτω οδηγό στον επάνω βραχίονα, δημιουργώντας μια περιστροφική σύνδεση.Από την άλλη πλευρά, η κίνηση του ζεύγους πρισμάτων είναι ίδια με την κίνηση της πολυστρωματικής μονάδας πρώτου σταδίου.
Πραγματοποιήθηκε μια πειραματική μελέτη στο πρωτότυπο που φαίνεται στο Σχ. 9β για να αξιολογηθεί η απόδοση μιας διτροπικής κίνησης βασισμένης σε SMA.Όπως φαίνεται στο Σχήμα 10α, η πειραματική ρύθμιση αποτελούνταν από μια προγραμματιζόμενη παροχή ρεύματος DC για την παροχή τάσης εισόδου στα καλώδια SMA.Όπως φαίνεται στο σχ.10b, ένας πιεζοηλεκτρικός μετρητής καταπόνησης (PACEline CFT/5kN) χρησιμοποιήθηκε για τη μέτρηση της δύναμης αποκλεισμού χρησιμοποιώντας έναν καταγραφέα δεδομένων Graphtec GL-2000.Τα δεδομένα καταγράφονται από τον οικοδεσπότη για περαιτέρω μελέτη.Οι μετρητές καταπόνησης και οι ενισχυτές φόρτισης απαιτούν σταθερή παροχή ρεύματος για την παραγωγή σήματος τάσης.Τα αντίστοιχα σήματα μετατρέπονται σε εξόδους ισχύος σύμφωνα με την ευαισθησία του αισθητήρα πιεζοηλεκτρικής δύναμης και άλλες παραμέτρους όπως περιγράφονται στον Πίνακα 2. Όταν εφαρμόζεται παλμός τάσης, η θερμοκρασία του σύρματος SMA αυξάνεται, προκαλώντας τη συμπίεση του καλωδίου SMA, η οποία αναγκάζει τον ενεργοποιητή να παράγει δύναμη.Τα πειραματικά αποτελέσματα της εξόδου της μυϊκής δύναμης από έναν παλμό τάσης εισόδου 7 V φαίνονται στο σχ.2α.
(α) Ένα σύστημα γραμμικού ενεργοποιητή βασισμένο σε SMA δημιουργήθηκε στο πείραμα για τη μέτρηση της δύναμης που παράγεται από τον ενεργοποιητή.Η κυψέλη φορτίου μετρά τη δύναμη μπλοκαρίσματος και τροφοδοτείται από τροφοδοτικό 24 V DC.Εφαρμόστηκε πτώση τάσης 7 V σε όλο το μήκος του καλωδίου χρησιμοποιώντας μια προγραμματιζόμενη τροφοδοσία DC της GW Instek.Το σύρμα SMA συρρικνώνεται λόγω της θερμότητας και ο κινητός βραχίονας έρχεται σε επαφή με την κυψέλη φορτίου και ασκεί μια δύναμη μπλοκαρίσματος.Η κυψέλη φορτίου συνδέεται με το καταγραφικό δεδομένων GL-2000 και τα δεδομένα αποθηκεύονται στον κεντρικό υπολογιστή για περαιτέρω επεξεργασία.(β) Διάγραμμα που δείχνει την αλυσίδα των συστατικών της πειραματικής διάταξης για τη μέτρηση της μυϊκής δύναμης.
Τα κράματα μνήμης σχήματος διεγείρονται από τη θερμική ενέργεια, επομένως η θερμοκρασία γίνεται μια σημαντική παράμετρος για τη μελέτη του φαινομένου της μνήμης σχήματος.Πειραματικά, όπως φαίνεται στο Σχ. 11α, πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις θερμικής απεικόνισης και θερμοκρασίας σε έναν πρωτότυπο ενεργοποιητή διπολυμερισμού που βασίζεται σε SMA.Μια προγραμματιζόμενη πηγή DC εφάρμοσε τάση εισόδου στα καλώδια SMA στην πειραματική εγκατάσταση, όπως φαίνεται στο Σχήμα 11β.Η αλλαγή θερμοκρασίας του καλωδίου SMA μετρήθηκε σε πραγματικό χρόνο χρησιμοποιώντας κάμερα LWIR υψηλής ανάλυσης (FLIR A655sc).Ο οικοδεσπότης χρησιμοποιεί το λογισμικό ResearchIR για την καταγραφή δεδομένων για περαιτέρω μετα-επεξεργασία.Όταν εφαρμόζεται παλμός τάσης, η θερμοκρασία του καλωδίου SMA αυξάνεται, προκαλώντας συρρίκνωση του καλωδίου SMA.Στο σχ.Το Σχήμα 2β δείχνει τα πειραματικά αποτελέσματα της θερμοκρασίας του σύρματος SMA σε σχέση με τον χρόνο για έναν παλμό τάσης εισόδου 7V.
Ώρα δημοσίευσης: Σεπ-28-2022