Täname, et külastasite veebisaiti Nature.com.Teie kasutataval brauseri versioonil on piiratud CSS-i tugi.Parima kasutuskogemuse saamiseks soovitame kasutada uuendatud brauserit (või keelata Internet Exploreris ühilduvusrežiim).Seni renderdame saidi jätkuva toe tagamiseks ilma stiilide ja JavaScriptita.
Täiturmehhanisme kasutatakse kõikjal ja need loovad kontrollitud liikumise, rakendades õiget ergutusjõudu või pöördemomenti erinevate toimingute tegemiseks tootmises ja tööstusautomaatikas.Vajadus kiiremate, väiksemate ja tõhusamate ajamite järele juhib innovatsiooni ajami disainis.Shape Memory Alloy (SMA) draivid pakuvad tavaliste draividega võrreldes mitmeid eeliseid, sealhulgas suurt võimsuse ja kaalu suhet.Käesolevas lõputöös töötati välja kahe sulega SMA-l põhinev ajam, mis ühendab endas bioloogiliste süsteemide sulglihaste eelised ja SMA-de ainulaadsed omadused.Selles uuringus uuritakse ja laiendatakse varasemaid SMA täiturmehhanisme, töötades välja uue täiturmehhanismi matemaatilise mudeli, mis põhineb bimodaalsel SMA traadi paigutusel ja katsetades seda eksperimentaalselt.Võrreldes teadaolevate SMA-l põhinevate ajamitega on uue ajami käitamisjõud vähemalt 5 korda suurem (kuni 150 N).Vastav kaalulangus on umbes 67%.Matemaatiliste mudelite tundlikkusanalüüsi tulemused on kasulikud disainiparameetrite häälestamiseks ja põhiparameetrite mõistmiseks.See uuring tutvustab veelgi mitmetasandilist N-astme ajamit, mida saab kasutada dünaamika edasiseks parandamiseks.SMA-põhistel dipvaleraatlihaste täiturmehhanismidel on lai valik rakendusi, alates hoonete automatiseerimisest kuni täppisravimite manustamissüsteemideni.
Bioloogilised süsteemid, näiteks imetajate lihasstruktuurid, võivad aktiveerida paljusid peeneid täiturmehhanisme1.Imetajatel on erinevad lihasstruktuurid, millest igaüks täidab kindlat eesmärki.Suure osa imetajate lihaskoe struktuurist võib aga jagada kahte suurde kategooriasse.Paralleelne ja pennate.Nagu nimigi viitab, on reie- ja teistes painduvates lihastes lihaskiud, mis on paralleelsed tsentraalse kõõlusega.Lihaskiudude ahel on rivistatud ja funktsionaalselt ühendatud neid ümbritseva sidekoega.Kuigi väidetavalt on neil lihastel suur ekskursioon (protsentuaalne lühenemine), on nende üldine lihasjõud väga piiratud.Seevastu vasika triitsepsi lihases2 (lateraalne gastrocnemius (GL)3, mediaalne gastrocnemius (GM)4 ja soleus (SOL)) ja reie sirutajakõõluses (nelipealihas)5,6 leidub igas lihases 7.Sulgjas struktuuris paiknevad kahepoolses lihaskonnas olevad lihaskiud mõlemal pool keskkõõlust kaldus nurga all (pinnate nurgad).Pennate pärineb ladinakeelsest sõnast "penna", mis tähendab "pliiatsit", ja nagu on näidatud joonisel fig.1 on sulesarnase välimusega.Pennate lihaste kiud on lühemad ja lihase pikitelje suhtes nurga all.Pinnalise struktuuri tõttu väheneb nende lihaste üldine liikuvus, mis viib lühenemisprotsessi põiki- ja pikisuunaliste komponentideni.Teisest küljest toob nende lihaste aktiveerimine kaasa suurema üldise lihasjõu tänu füsioloogilise ristlõikepinna mõõtmise viisile.Seetõttu on antud ristlõikepindala puhul pennati lihased tugevamad ja tekitavad suuremaid jõude kui paralleelsete kiududega lihased.Üksikute kiudude tekitatud jõud tekitavad selles lihaskoes makroskoopilisel tasemel lihasjõude.Lisaks on sellel sellised ainulaadsed omadused nagu kiire kokkutõmbumine, kaitse tõmbekahjustuste eest, polsterdus.See muudab kiudude sisendi ja lihaste väljundi vahelist seost, kasutades ära lihaste tegevusliinidega seotud kiudude paigutuse ainulaadseid omadusi ja geomeetrilist keerukust.
Näidatud on skemaatilised diagrammid olemasolevatest SMA-põhistest ajamite konstruktsioonidest seoses bimodaalse lihasarhitektuuriga, näiteks (a), mis kujutavad puutejõu koostoimet, kus SMA juhtmetega käivitatav käekujuline seade on paigaldatud kaherattalisele autonoomsele mobiilsele robotile9,10., (b) Robot-orbitaalprotees antagonistlikult paigutatud SMA vedruga orbitaalproteesiga.Proteesisilma asendit juhib signaal silma silmalihasest11, (c) SMA täiturmehhanismid on oma kõrge sagedusreaktsiooni ja väikese ribalaiuse tõttu ideaalsed veealusteks rakendusteks.Selles konfiguratsioonis kasutatakse SMA täiturmehhanisme lainelise liikumise tekitamiseks, simuleerides kalade liikumist, (d) SMA täiturmehhanisme kasutatakse mikrotoru kontrollroboti loomiseks, mis saab kasutada tollise ussi liikumise põhimõtet, mida juhib SMA juhtmete liikumine kanali 10 sees, (e) näitab lihaskiudude kokkutõmbumissuunda ja lihaskiudude kontraktiilse jõu genereerimist gastrocnemius koes, (f) the pens of the pens Struktuur S MA.
Täiturmehhanismid on muutunud mehaaniliste süsteemide oluliseks osaks nende laia kasutusala tõttu.Seetõttu muutub kriitiliseks vajadus väiksemate, kiiremate ja tõhusamate draivide järele.Vaatamata eelistele on traditsioonilised ajamid osutunud kalliks ja aeganõudvaks hooldada.Hüdraulilised ja pneumaatilised ajamid on keerulised ja kallid ning võivad kuluda, määrdeprobleeme ja komponentide rikkeid põhjustada.Vastuseks nõudlusele keskendutakse kulutõhusate, suurusele optimeeritud ja täiustatud nutikatel materjalidel põhinevate ajamite väljatöötamisele.Käimasolevad uuringud otsivad selle vajaduse rahuldamiseks kujumälusulamist (SMA) kihilisi ajamid.Hierarhilised täiturmehhanismid on ainulaadsed selle poolest, et need ühendavad paljud diskreetsed ajamid geomeetriliselt keerukateks makroskaala alamsüsteemideks, et pakkuda suuremat ja laiendatud funktsionaalsust.Sellega seoses on ülalkirjeldatud inimese lihaskude suurepärane mitmekihiline näide sellisest mitmekihilisest käivitamisest.Käesolevas uuringus kirjeldatakse mitmetasandilist SMA-draivi, millel on mitmed üksikud ajamielemendid (SMA-juhtmed), mis on joondatud bimodaalsetes lihastes esinevate kiudude orientatsiooniga, mis parandab üldist draivi jõudlust.
Täiturmehhanismi põhieesmärk on genereerida elektrienergia muundamise teel mehaanilist väljundvõimsust, nagu jõud ja nihe.Kujumälu sulamid on „tarkade” materjalide klass, mis suudavad kõrgel temperatuuril taastada oma kuju.Suure koormuse korral viib SMA traadi temperatuuri tõus kuju taastumiseni, mille tulemuseks on suurem käitamisenergia tihedus võrreldes erinevate otseliimitud nutikate materjalidega.Samal ajal muutuvad SMA-d mehaanilise koormuse korral rabedaks.Teatud tingimustel võib tsükliline koormus absorbeerida ja vabastada mehaanilist energiat, avaldades pöörduvaid hüstereetilisi kujumuutusi.Need ainulaadsed omadused muudavad SMA ideaalseks andurite, vibratsiooni summutamise ja eriti täiturmehhanismide jaoks12.Seda silmas pidades on SMA-põhiste draivide kohta palju uuritud.Tuleb märkida, et SMA-põhised ajamid on loodud pakkuma translatsiooni- ja pöörlevat liikumist mitmesuguste rakenduste jaoks13, 14, 15.Kuigi mõned pöördajamid on välja töötatud, on teadlased eriti huvitatud lineaarsetest täiturmehhanismidest.Need lineaarsed täiturmehhanismid võib jagada kolme tüüpi täiturmehhanismideks: ühemõõtmelised, nihke- ja diferentsiaalajamid 16 .Algselt loodi hübriidajamid koos SMA ja teiste tavaliste draividega.Üks selline SMA-põhise hübriidse lineaarse täiturmehhanismi näide on alalisvoolumootoriga SMA-juhtme kasutamine, et tagada umbes 100 N väljundjõud ja märkimisväärne nihe17.
Üks esimesi täielikult SMA-l põhinevate draivide arendusi oli SMA paralleelajam.Kasutades mitut SMA-juhet, on SMA-põhine paralleelajam suurendama draivi toitevõimsust, asetades kõik SMA18 juhtmed paralleelselt.Täiturmehhanismide paralleelühendus ei nõua mitte ainult rohkem võimsust, vaid piirab ka ühe juhtme väljundvõimsust.Teine SMA-põhiste täiturmehhanismide puudus on nende saavutatav piiratud liikumistee.Selle probleemi lahendamiseks loodi SMA-kaablitala, mis sisaldas painduvat painduvat tala, et suurendada nihet ja saavutada lineaarne liikumine, kuid see ei tekitanud suuremaid jõude19.Kujumälusulamitel põhinevad pehmed deformeeruvad struktuurid ja kangad robotitele on välja töötatud eelkõige löögi võimendamiseks20,21,22.Rakenduste puhul, kus on vaja suuri kiirusi, on teatatud kompaktse ajamiga pumbadest, mis kasutavad mikropumbaga töötavate rakenduste jaoks õhukese kilega SMA-sid23.Õhukese kilega SMA membraani ajamisagedus on juhi kiiruse reguleerimisel võtmetegur.Seetõttu on SMA lineaarmootoritel parem dünaamiline reaktsioon kui SMA vedru- või varrasmootoritel.Pehme robootika ja haardetehnoloogia on veel kaks rakendust, mis kasutavad SMA-põhiseid ajamid.Näiteks 25 N ruumiklambris kasutatud standardse täiturmehhanismi asendamiseks töötati välja kujumälusulamist paralleelajam 24.Teisel juhul valmistati SMA pehme täiturmehhanism, mis põhines traadil, mille sisseehitatud maatriks on võimeline tekitama maksimaalset tõmbejõudu 30 N. Nende mehaaniliste omaduste tõttu kasutatakse SMA-sid ka bioloogilisi nähtusi jäljendavate ajamite tootmiseks.Üks selline arendus hõlmab 12-rakulist robotit, mis on SMA-ga vihmaussitaolise organismi biomimeetikum, mis genereerib tulele sinusoidaalse liikumise26,27.
Nagu varem mainitud, on olemasolevatest SMA-põhistest täiturmehhanismidest saadava maksimaalse jõu piirang.Selle probleemi lahendamiseks tutvustatakse selles uuringus biomimeetilist bimodaalset lihasstruktuuri.Ajatakse kujumälusulamist traadist.See pakub klassifikatsioonisüsteemi, mis sisaldab mitut kuju mälusulamist traati.Siiani ei ole kirjanduses kirjeldatud ühtegi SMA-põhist sarnase arhitektuuriga täiturmehhanismi.See ainulaadne ja uudne SMA-l põhinev süsteem töötati välja SMA käitumise uurimiseks bimodaalse lihase joondamise ajal.Võrreldes olemasolevate SMA-põhiste täiturmehhanismidega, oli selle uuringu eesmärk luua biomimeetiline dipvaleraadi ajam, et tekitada väikeses mahus oluliselt suuremaid jõude.Võrreldes HVAC-hooneautomaatika- ja juhtimissüsteemides kasutatavate tavaliste samm-mootoriajamiga ajamiga, vähendab pakutud SMA-põhine bimodaalne ajami konstruktsioon ajami mehhanismi kaalu 67%.Järgnevalt kasutatakse termineid “lihas” ja “ajam” vaheldumisi.Selles uuringus uuritakse sellise ajami multifüüsilist simulatsiooni.Selliste süsteemide mehaanilist käitumist on uuritud eksperimentaalsete ja analüütiliste meetoditega.Jõu- ja temperatuurijaotust uuriti täiendavalt sisendpingel 7 V. Seejärel viidi läbi parameetriline analüüs, et paremini mõista võtmeparameetrite ja väljundjõu vahelist seost.Lõpuks on ette nähtud hierarhilised täiturmehhanismid ja proteeside jaoks mõeldud mittemagnetiliste ajamite potentsiaalse tulevase valdkonnana on pakutud välja hierarhilise taseme efektid.Eespool nimetatud uuringute tulemuste kohaselt tekitab üheastmelise arhitektuuri kasutamine vähemalt neli kuni viis korda suuremaid jõude kui teatatud SMA-põhistel täiturmehhanismidel.Lisaks on näidatud, et mitmetasandilise mitmetasandilise draivi genereeritud sama ajam on rohkem kui kümme korda suurem kui tavalistel SMA-põhistel draividel.Seejärel esitatakse uuringus peamised parameetrid, kasutades erinevate kujunduste ja sisendmuutujate tundlikkuse analüüsi.SMA-traadi esialgne pikkus (\(l_0\)), pöördenurk (\(\alpha\)) ja üksikute kiudude arv (n) igas üksikus ahelas avaldavad tugevat negatiivset mõju liikumapaneva jõu suurusele.tugevus, samas kui sisendpinge (energia) osutus positiivses korrelatsioonis.
SMA-traadil on kujumäluefekt (SME), mida on näha nikli-titaani (Ni-Ti) sulamite perekonnas.Tavaliselt on SMA-del kaks temperatuurist sõltuvat faasi: madala temperatuuriga faas ja kõrge temperatuuri faas.Mõlemal faasil on erinevate kristallstruktuuride olemasolu tõttu ainulaadsed omadused.Austeniidi faasis (kõrge temperatuurifaas), mis on üle transformatsioonitemperatuuri, on materjalil suur tugevus ja see deformeerub koormuse all halvasti.Sulam käitub nagu roostevaba teras, seega talub suuremat käitamisrõhku.Kasutades ära seda Ni-Ti sulamite omadust, on SMA juhtmed kaldu, et moodustada täiturmehhanism.Töötatakse välja sobivad analüütilised mudelid, et mõista SMA termilise käitumise põhimehaanikat erinevate parameetrite ja erinevate geomeetriate mõjul.Eksperimentaalsete ja analüütiliste tulemuste vahel saavutati hea kokkulepe.
Joonisel 9a näidatud prototüübiga viidi läbi eksperimentaalne uuring, et hinnata SMA-l põhineva bimodaalse ajami jõudlust.Kaks neist omadustest, ajami tekitatud jõud (lihasjõud) ja SMA traadi temperatuur (SMA temperatuur), mõõdeti eksperimentaalselt.Kui pingeerinevus ajamis kogu juhtme pikkuses suureneb, tõuseb traadi temperatuur Joule'i kütteefekti tõttu.Sisendpinget rakendati kahes 10-sekundilises tsüklis (näidatud punaste täppidena joonistel 2a, b), kusjuures iga tsükli vahel oli 15-sekundiline jahutusperiood.Blokeerimisjõudu mõõdeti piesoelektrilise deformatsioonimõõturi abil ja SMA traadi temperatuurijaotust jälgiti reaalajas, kasutades teadusliku kvaliteediga kõrge eraldusvõimega LWIR-kaamerat (vt kasutatud seadmete omadusi tabelis 2).näitab, et kõrgepinge faasi ajal traadi temperatuur monotoonselt tõuseb, kuid kui voolu ei voola, siis traadi temperatuur langeb jätkuvalt.Praeguses eksperimentaalses seadistuses langes SMA traadi temperatuur jahutusfaasis, kuid see oli endiselt kõrgem kui ümbritseva õhu temperatuur.Joonisel fig.2e näitab LWIR-kaamerast võetud SMA-juhtme temperatuuri hetkepilti.Teisest küljest on joonisel fig.2a on kujutatud ajamisüsteemi tekitatud blokeerimisjõudu.Kui lihasjõud ületab vedru taastava jõu, hakkab liikuv käsi, nagu on näidatud joonisel 9a, liikuma.Niipea kui käivitamine algab, puutub liikuv õlg anduriga kokku, tekitades kehale jõu, nagu on näidatud joonisel fig.2c, d.Kui maksimaalne temperatuur on \(84\,^{\circ}\hbox {C}\ lähedal), on maksimaalne täheldatav jõud 105 N.
Graafik näitab SMA traadi temperatuuri ja SMA-põhise bimodaalse täiturmehhanismi tekitatud jõu katsetulemusi kahe tsükli jooksul.Sisendpinge rakendatakse kahe 10-sekundilise tsüklina (näidatud punaste täppidena), kusjuures iga tsükli vahel on 15-sekundiline jahtumisperiood.Katsetes kasutatud SMA-traat oli 0,51 mm läbimõõduga Flexinol traat firmalt Dynalloy, Inc. (a) Graafik näitab kahe tsükli jooksul saadud katsejõudu, (c, d) näitab kahte sõltumatut näidet liikuva käe täiturmehhanismide toimest PACEline CFT/5kN piesoelektrilisel jõuanduril, (b) graafik näitab maksimaalset temperatuuri kahe tsükli jooksul (manap) võte tehtud SMA juhtmest, kasutades FLIR ResearchIR tarkvara LWIR kaamerat.Katsetes arvesse võetud geomeetrilised parameetrid on toodud tabelis.üks.
Matemaatilise mudeli simulatsioonitulemusi ja katsetulemusi võrreldakse sisendpinge 7 V tingimustes, nagu on näidatud joonisel 5.Vastavalt parameetrilise analüüsi tulemustele ja selleks, et vältida SMA juhtme ülekuumenemise võimalust, toideti täiturmehhanismi võimsust 11,2 W.7 V sisendpingena toiteks kasutati programmeeritavat alalisvoolu toiteallikat ja juhtmest mõõdeti voolutugevust 1,6 A.Ajami tekitatud jõud ja SDR-i temperatuur suurenevad voolu rakendamisel.Sisendpinge 7V korral on esimese tsükli simulatsioonitulemustest ja katsetulemustest saadud maksimaalne väljundjõud vastavalt 78 N ja 96 N.Teises tsüklis oli simulatsiooni ja katsetulemuste maksimaalne väljundjõud vastavalt 150 N ja 105 N.Lahknevus oklusioonijõu mõõtmiste ja katseandmete vahel võib olla tingitud oklusioonijõu mõõtmiseks kasutatud meetodist.Joonisel fig.5a vastavad lukustusjõu mõõtmisele, mida omakorda mõõdeti siis, kui veovõll oli kontaktis PACEline CFT/5kN piesoelektrilise jõuanduriga, nagu on näidatud joonisel fig.2s.Seega, kui ajamivõll ei puutu kokku jahutustsooni alguses oleva jõuanduriga, muutub jõud kohe nulliks, nagu on näidatud joonisel 2d.Lisaks on muud parameetrid, mis mõjutavad jõu teket järgmistes tsüklites, jahutusaja väärtused ja konvektiivse soojusülekande koefitsient eelmises tsüklis.Jooniselt fig.2b, on näha, et pärast 15-sekundilist jahutusperioodi ei saavutanud SMA juhe toatemperatuuri ja seetõttu oli selle algtemperatuur teises sõidutsüklis kõrgem (\(40\,^{\circ }\hbox {C}\)) võrreldes esimese tsükliga (\(25\, ^{\circ}\hbox {C}\)).Seega, võrreldes esimese tsükliga, saavutab SMA traadi temperatuur teise kuumutustsükli ajal algse austeniidi temperatuuri (\(A_s\)) varem ja jääb üleminekuperioodi kauemaks, mille tulemuseks on pinge ja jõud.Teisest küljest on katsetest ja simulatsioonidest saadud temperatuurijaotustel kütte- ja jahutustsüklite ajal kõrge kvalitatiivne sarnasus termograafilise analüüsi näidetega.Katsetest ja simulatsioonidest saadud SMA traadi termiliste andmete võrdlev analüüs näitas järjepidevust kütte- ja jahutustsüklite ajal ning katseandmete vastuvõetavate tolerantside piires.SMA juhtme maksimaalne temperatuur, mis on saadud esimese tsükli simulatsiooni ja katsete tulemustest, on vastavalt \(89\,^{\circ }\hbox {C}\) ja \(75\,^{\circ }\hbox { C }\ ) ning teises tsüklis on SMA juhtme maksimaalne temperatuur \{\box {^ } \3 \(94c , ^) circ }\ hbox {C}\).Põhimõtteliselt välja töötatud mudel kinnitab kujumälu efekti mõju.Väsimuse ja ülekuumenemise rolli selles ülevaates ei arvestatud.Tulevikus täiustatakse mudelit, et see hõlmaks SMA-juhtme pingeajalugu, muutes selle sobivamaks insenerirakenduste jaoks.Simulinki plokist saadud ajami väljundjõu ja SMA temperatuurigraafikud jäävad sisendpingeimpulsi 7 V korral katseandmete lubatud tolerantside piiresse. See kinnitab väljatöötatud matemaatilise mudeli õigsust ja usaldusväärsust.
Matemaatiline mudel töötati välja MathWorks Simulink R2020b keskkonnas, kasutades jaotises Meetodid kirjeldatud põhivõrrandeid.Joonisel fig.3b on kujutatud Simulinki matemaatikamudeli plokkskeem.Mudelit simuleeriti 7 V sisendpinge impulsi jaoks, nagu on näidatud joonistel 2a, b.Simulatsioonis kasutatud parameetrite väärtused on toodud tabelis 1. Siirdeprotsesside simulatsiooni tulemused on toodud joonistel 1 ja 1. Joonised 3a ja 4. Joonisel fig.Joonistel 4a, b on näidatud SMA juhtmes indutseeritud pinge ja täiturmehhanismi tekitatud jõud aja funktsioonina. Pöördtransformatsiooni (kuumutamise) ajal, kui SMA traadi temperatuur \(T < A_s^{\prime}\) (pingega modifitseeritud austeniidi faasi algustemperatuur), on martensiidi mahuosa (\(\dot{\xi }\)) muutumise kiirus null. Pöördtransformatsiooni (kuumutamise) ajal, kui SMA traadi temperatuur \(T <A_s^{\prime}\) (pingega modifitseeritud austeniidi faasi algustemperatuur), on martensiidi mahuosa (\(\dot{\xi }\)) muutumise kiirus null. Во время обратного превращения (нагрева), когда температура проволоки SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (температура началанитыро аумперащения, стощения нная напряжением), скорость изменения объемной доли мартенсита (\(\dot{\ xi }\)) будет равно нулю. Pöördmuunduse (kuumutamise) ajal, kui SMA traadi temperatuur \(T < A_s^{\prime}\) (pingega modifitseeritud austeniidi algustemperatuur), on martensiidi mahuosa (\(\dot{\ xi }\ )) muutumise kiirus null.在反向转变（加热）过程中，当SMA 线温度\(T < A_s^{\prime}\)（应力修正奥氏体盋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) Simulatsiooni tulemus, mis näitab temperatuuri jaotust ja pingest põhjustatud ristmiku temperatuuri SMA-põhises divaleraadi täiturmehhanismis.Kui traadi temperatuur ületab austeniidi üleminekutemperatuuri kuumutamisetapis, hakkab modifitseeritud austeniidi üleminekutemperatuur tõusma ja sarnaselt, kui valtstraadi temperatuur ületab jahutusfaasis martensiidi üleminekutemperatuuri, väheneb martensiidi üleminekutemperatuur.SMA käivitamisprotsessi analüütiliseks modelleerimiseks.(Simulinki mudeli iga alamsüsteemi üksikasjaliku ülevaate saamiseks vaadake lisafaili lisa jaotist.)
Erinevate parameetrite jaotuste analüüsi tulemused on näidatud kahe 7 V sisendpinge tsükli kohta (10 sekundit soojendustsüklit ja 15 sekundit jahtumist).Kui (ac) ja (e) kujutavad jaotust ajas, siis (d) ja (f) illustreerivad jaotust temperatuuriga.Vastavate sisendtingimuste korral on maksimaalne täheldatud pinge 106 MPa (alla 345 MPa, traadi voolavuspiir), jõud on 150 N, maksimaalne nihe on 270 µm ja minimaalne martensiitne ruumala on 0,91.Teisest küljest on pinge muutus ja martensiidi mahuosa muutumine temperatuuriga sarnased hüstereesi omadustega.
Sama seletus kehtib ka otsese transformatsiooni (jahutuse) kohta austeniidi faasist martensiidi faasi, kus SMA traadi temperatuur (T) ja pingega modifitseeritud martensiidi faasi lõpptemperatuur (\(M_f^{\prime}\ )) on suurepärane.Joonisel fig.4d, f näitab indutseeritud pinge (\(\sigma\)) ja martensiidi mahuosa (\(\xi\)) muutust SMA juhtmes SMA juhtme (T) temperatuuri muutuse funktsioonina mõlema sõidutsükli puhul.Joonisel fig.Joonisel 3a on kujutatud SMA traadi temperatuuri muutus ajas sõltuvalt sisendpinge impulssist.Nagu jooniselt näha, tõuseb traadi temperatuur jätkuvalt, pakkudes soojusallikat nullpingega ja sellele järgnevat konvektiivset jahutamist.Kuumutamise ajal algab martensiidi ümberkujundamine austeniidi faasiks, kui SMA traadi temperatuur (T) ületab pingega korrigeeritud austeniidi tuumamistemperatuuri (\(A_s^{\prime}\)).Selle faasi ajal surutakse SMA traat kokku ja täiturmehhanism tekitab jõudu.Ka jahutamisel, kui SMA traadi (T) temperatuur ületab pingega modifitseeritud martensiidi faasi tuumamistemperatuuri (\(M_s^{\prime}\)), toimub positiivne üleminek austeniidi faasist martensiidi faasi.ajami jõud väheneb.
SMA-l põhineva bimodaalse ajami peamised kvalitatiivsed aspektid on võimalik saada simulatsioonitulemustest.Pingeimpulsssisendi korral SMA juhtme temperatuur tõuseb tänu Joule'i kuumutusefektile.Martensiidi mahuosa (\(\xi\)) algväärtus on seatud väärtusele 1, kuna materjal on algselt täielikult martensiitses faasis.Kui traat soojeneb, ületab SMA traadi temperatuur pingega korrigeeritud austeniidi tuumamistemperatuuri \(A_s^{\prime}\), mille tulemuseks on martensiidi mahuosa vähenemine, nagu on näidatud joonisel 4c.Lisaks on joonisel fig.4e näitab täiturmehhanismi käikude jaotust ajas ja joonisel fig.5 – liikumapanev jõud aja funktsioonina.Seotud võrrandisüsteem hõlmab temperatuuri, martensiidi ruumalaosa ja juhtmes tekkivat pinget, mille tulemuseks on SMA-traadi kokkutõmbumine ja täiturmehhanismi tekitatud jõud.Nagu on näidatud joonisel fig.Nagu on näidatud joonistel 4d, f, vastavad pinge muutumine temperatuurist ja martensiidi ruumalaosa muutus temperatuurist SMA hüstereesi omadustele simuleeritud juhul 7 V juures.
Sõiduparameetrite võrdlus saadi katsete ja analüütiliste arvutuste abil.Juhtmed allutati 10 sekundiks impulss-sisendpingele 7 V, seejärel jahutati kahe tsükli jooksul 15 sekundiks (jahutusfaas).Toru nurgaks on seatud \(40^{\circ}\) ja iga üksiku tihvti jala SMA-traadi esialgne pikkus on 83 mm.(a) Liikuva jõu mõõtmine koormusanduriga (b) Traadi temperatuuri jälgimine termilise infrapunakaameraga.
Et mõista füüsikaliste parameetrite mõju ajami poolt tekitatavale jõule, viidi läbi matemaatilise mudeli tundlikkuse analüüs valitud füüsikalistele parameetritele ning parameetrid järjestati nende mõju järgi.Esiteks tehti mudeli parameetrite valim, kasutades eksperimentaalseid projekteerimispõhimõtteid, mis järgisid ühtlast jaotust (vt tundlikkusanalüüsi täiendavat jaotist).Sel juhul hõlmavad mudeli parameetrid sisendpinget (\(V_{in}\)), SMA juhtme esialgset pikkust (\(l_0\)), kolmnurga nurka (\(\alpha\)), eelpinge vedrukonstanti (\( K_x\ )), konvektiivset soojusülekandetegurit (\(h_T\)) ja unimodaalsete harude arvu (n).Järgmises etapis valiti uuringu kavandamise nõudeks maksimaalne lihasjõud ja saadi iga muutujate komplekti parameetrilised mõjud jõule.Tundlikkuse analüüsi tornaadograafikud tuletati iga parameetri korrelatsioonikoefitsientidest, nagu on näidatud joonisel 6a.
(a) Mudeliparameetrite korrelatsioonikoefitsiendi väärtused ja nende mõju ülaltoodud mudeliparameetrite 2500 unikaalse rühma maksimaalsele väljundjõule on näidatud tornaado graafikul.Graafik näitab mitme näitaja järgu korrelatsiooni.On selge, et \(V_{in}\) on ainus positiivse korrelatsiooniga parameeter ja \(l_0\) on kõrgeima negatiivse korrelatsiooniga parameeter.Erinevate parameetrite mõju erinevates kombinatsioonides maksimaalsele lihasjõule on näidatud punktides (b, c).\(K_x\) on vahemikus 400 kuni 800 N/m ja n on vahemikus 4 kuni 24. Pinge (\(V_{in}\)) muudeti 4 V-lt 10 V-le, juhtme pikkust (\(l_{0 } \)) muudeti 40 mm-lt 100 mm-le ja sabanurk muudeti vahemikus {\) (\) (\0, \0, \ \ 2 c }\).
Joonisel fig.Joonisel 6a on kujutatud iga parameetri erinevate korrelatsioonikoefitsientide tornaadograafik koos tippajami jõu projekteerimisnõuetega.Jooniselt fig.6a on näha, et pinge parameeter (\(V_{in}\)) on otseselt seotud maksimaalse väljundjõuga ning konvektiivne soojusülekandetegur (\(h_T\)), leegi nurk (\ ( \alpha\)) , nihke vedrukonstant ( \(K_x\)) on negatiivses korrelatsioonis väljundjõuga ja traadi algpikkusega () ja traadi algne pikkus () tugev pöördkorrelatsioon Otsese korrelatsiooni korral Pinge korrelatsioonikordaja (\(V_ {in}\)) suurema väärtuse korral näitab, et sellel parameetril on suurim mõju väljundvõimsusele.Teine sarnane analüüs mõõdab tippjõudu, hinnates erinevate parameetrite mõju kahe arvutusruumi erinevates kombinatsioonides, nagu on näidatud joonisel 6b, c.\(V_{in}\) ja \(l_0\), \(\alpha\) ja \(l_0\) on sarnased mustrid ning graafik näitab, et \(V_{in}\) ja \(\alpha\ ) ja \(\alpha\) on sarnased mustrid.Väiksemad väärtused \(l_0\) põhjustavad suuremaid tippjõude.Ülejäänud kaks graafikut on kooskõlas joonisega 6a, kus n ja \(K_x\) on negatiivses korrelatsioonis ja \(V_{in}\) on positiivses korrelatsioonis.See analüüs aitab määratleda ja kohandada mõjuparameetreid, mille abil saab ajamisüsteemi väljundjõudu, käiku ja efektiivsust kohandada vastavalt nõuetele ja rakendusele.
Praegune uurimistöö tutvustab ja uurib N tasemega hierarhilisi ajamid.Kahetasandilises hierarhias, nagu on näidatud joonisel fig 7a, kus esimese taseme täiturmehhanismi iga SMA juhtme asemel saavutatakse bimodaalne paigutus, nagu on näidatud joonisel fig.9e.Joonisel fig.Joonisel 7c on näidatud, kuidas SMA-traat keritakse ümber ainult pikisuunas liikuva liikuva õla (abiõla).Kuid esmane liikuv õlg liigub edasi samal viisil kui 1. astme mitmeastmelise täiturmehhanismi liikuv õlg.Tavaliselt luuakse N-astmeline draiv, asendades \(N-1\) astme SMA juhtme esimese astme draiviga.Selle tulemusena imiteerib iga haru esimese astme ajamit, välja arvatud haru, mis hoiab juhet ennast.Nii saab moodustada pesastatud struktuure, mis tekitavad jõudu, mis on mitu korda suuremad kui esmaste ajamite jõud.Selles uuringus võeti iga taseme puhul arvesse SMA traadi efektiivset kogupikkust 1 m, nagu on näidatud tabelivormingus joonisel 7d.Iga unimodaalse konstruktsiooni iga juhtme läbiv vool ning sellest tulenev eelpinge ja pinge igas SMA juhtmesegmendis on igal tasemel samad.Meie analüütilise mudeli kohaselt on väljundjõud positiivses korrelatsioonis tasemega, samas kui nihe on negatiivses korrelatsioonis.Samal ajal toimus kompromiss nihke ja lihasjõu vahel.Nagu näha joonisel fig.7b, kuigi maksimaalne jõud saavutatakse suurimas arvus kihtides, täheldatakse suurimat nihet madalaimas kihis.Kui hierarhia tase oli seatud väärtusele \(N=5\), leiti 2 täheldatud löögiga \(\upmu\)m maksimaalne lihasjõud 2,58 kN.Teisest küljest tekitab esimese astme ajam 277 \(\upmu\)m käiguga jõu 150 N.Mitmetasandilised ajamid on võimelised matkima tõelisi bioloogilisi lihaseid, kus kujumälusulamitel põhinevad tehislihased suudavad täpsete ja peenemate liigutustega genereerida oluliselt suuremaid jõude.Selle miniatuurse disaini piirangud seisnevad selles, et hierarhia kasvades väheneb liikumine oluliselt ja ajamite tootmisprotsess muutub keerukamaks.
(a) Kaheastmeline (\(N=2\)) kihilise kujuga mälusulamist lineaarne täiturmehhanism on näidatud bimodaalses konfiguratsioonis.Kavandatav mudel saavutatakse, asendades esimese astme kihilise täiturmehhanismi SMA juhtme teise üheastmelise kihilise ajamiga.(c) Teise astme mitmekihilise täiturmehhanismi deformeerunud konfiguratsioon.(b) Kirjeldatakse jõudude ja nihkete jaotust sõltuvalt tasandite arvust.On leitud, et täiturmehhanismi tippjõud on positiivses korrelatsioonis graafiku skaala tasemega, samas kui käik on negatiivses korrelatsioonis skaala tasemega.Iga juhtme vool ja eelpinge jäävad kõigil tasanditel konstantseks.(d) Tabelis on näidatud kraanide arv ja SMA traadi (kiu) pikkus igal tasandil.Juhtmete omadused on tähistatud indeksiga 1 ja sekundaarsete harude arv (üks, mis on ühendatud primaarse jalaga) on näidatud alaindeksi suurima numbriga.Näiteks 5. tasemel viitab \(n_1\) igas bimodaalses struktuuris olevate SMA-juhtmete arvule ja \(n_5\) abijalgade arvule (üks, mis on ühendatud põhijalaga).
Paljud teadlased on välja pakkunud erinevaid meetodeid SMA-de käitumise modelleerimiseks kujumäluga, mis sõltuvad termomehaanilistest omadustest, mis kaasnevad faasisiiretega seotud makroskoopiliste muutustega kristallstruktuuris.Konstitutiivsete meetodite sõnastus on oma olemuselt keeruline.Tanaka28 pakub välja kõige sagedamini kasutatava fenomenoloogilise mudeli ja seda kasutatakse laialdaselt insenerirakendustes.Tanaka [28] pakutud fenomenoloogiline mudel eeldab, et martensiidi mahuosa on temperatuuri ja pinge eksponentsiaalne funktsioon.Hiljem pakkusid Liang ja Rogers29 ning Brinson30 välja mudeli, milles eeldati, et faasisiirde dünaamika on pinge ja temperatuuri koosinusfunktsioon, mille mudelit on veidi muudetud.Becker ja Brinson pakkusid välja faasidiagrammil põhineva kineetilise mudeli, et modelleerida SMA materjalide käitumist suvalistes koormustingimustes ja osalistes üleminekutes.Banerjee32 kasutab Bekkeri ja Brinson31 faasidiagrammi dünaamika meetodit, et simuleerida ühe vabadusastmega manipulaatorit, mille on välja töötanud Elahinia ja Ahmadian33.Faasdiagrammidel põhinevaid kineetilisi meetodeid, mis võtavad arvesse mittemonotoonset pinge muutumist temperatuuriga, on insenerirakendustes raske rakendada.Elakhinia ja Ahmadian juhivad tähelepanu olemasolevate fenomenoloogiliste mudelite nendele puudustele ja pakuvad välja laiendatud fenomenoloogilise mudeli, et analüüsida ja määratleda kujumälu käitumist mis tahes keerukates laadimistingimustes.
SMA traadi struktuurimudel annab SMA traadi pinge (\(\sigma\)), deformatsiooni (\(\epsilon\)), temperatuuri (T) ja martensiidi mahuosa (\(\xi\)).Fenomenoloogilise konstitutiivse mudeli pakkus esmakordselt välja Tanaka28 ja hiljem võtsid selle kasutusele Liang29 ja Brinson30.Võrrandi tuletisel on järgmine kuju:
kus E on faasist sõltuv SMA Youngi moodul, mis on saadud kasutades \(\displaystyle E=\xi E_M + (1-\xi )E_A\) ja \(E_A\) ja \(E_M\), mis esindavad Youngi moodulit, on vastavalt austeniit- ja martensiitfaas ning soojuspaisumise koefitsient \\\edta _T abil.Faasisiirde panustegur on \(\Omega = -E \epsilon _L\) ja \(\epsilon _L\) on SMA juhtme maksimaalne taastatav pinge.
Faasi dünaamika võrrand langeb kokku koosinusfunktsiooniga, mille on välja töötanud Liang29 ja mille Brinson võttis hiljem kasutusele Tanaka28 pakutud eksponentsiaalfunktsiooni asemel.Faasisiirdemudel on Elakhinia ja Ahmadiani34 pakutud mudeli laiendus, mida on muudetud Liang29 ja Brinsoni antud faasisiirdetingimuste alusel.Selle faasisiirdemudeli jaoks kasutatud tingimused kehtivad keeruliste termomehaaniliste koormuste korral.Igal ajahetkel arvutatakse konstitutiivse võrrandi modelleerimisel martensiidi mahuosa väärtus.
Reguleeriv ümberkujundamise võrrand, mida väljendatakse kuumutamistingimustes martensiidi muundumisel austeniidiks, on järgmine:
kus \(\xi\) on martensiidi mahuosa, \(\xi _M\) on enne kuumutamist saadud martensiidi ruumala, \(\displaystyle a_A = \pi /(A_f – A_s)\), \ ( \displaystyle b_A = -a_A/C_A\) ja \(C – traat\\) \ (C – temperatuur, ligikaudne temperatuur) \) ja \(A_f\) – vastavalt austeniidi faasi algus ja lõpp, temperatuur.
Otsese teisenduse juhtimisvõrrand, mida esindab austeniidi faasimuutus martensiidiks jahutustingimustes, on järgmine:
kus \(\xi _A\) on enne jahutamist saadud martensiidi mahuosa, \(\displaystyle a_M = \pi /(M_s – M_f)\), \(\displaystyle b_M = -a_M/C_M\) ja \ ( C_M \) – kõvera sobivuse parameetrid\\_ algtemperatuur, T ) (SMA)\_ algtemperatuur, T ) (SMA) \_ vastavalt koha temperatuuridele.
Pärast võrrandite (3) ja (4) diferentseerimist lihtsustatakse pöörd- ja otseteisendusvõrrandid järgmisele kujule:
Edasi- ja tagasiteisendusel on \(\eta _{\sigma}\) ja \(\eta _{T}\) erinevad väärtused.\(\eta _{\sigma}\) ja \(\eta _{T}\) seotud põhivõrrandid on tuletatud ja neid on üksikasjalikult käsitletud täiendavas jaotises.
SMA traadi temperatuuri tõstmiseks vajalik soojusenergia tuleneb Joule'i kuumutusefektist.SMA traadi poolt neeldunud või vabanevat soojusenergiat esindab muundumissoojus.Soojuskadu SMA-juhtmes on tingitud sundkonvektsioonist ja arvestades kiirguse ebaolulist mõju, on soojusenergia bilansi võrrand järgmine:
Kus \(m_{traat}\) on SMA traadi kogumass, \(c_{p}\) on SMA erisoojusmahtuvus, \(V_{in}\) on juhtmele rakendatav pinge, \(R_{ohm} \ ) – faasist sõltuv takistus SMA, defineeritud kui;\(R_{ohm} = (l/A_{rist})[\xi r_M + (1-\xi )r_A]\ ) kus \(r_M\ ) ja \(r_A\) on vastavalt SMA faasitakistus martensiidis ja austeniidis, \(A_{c}\) on traadi kogu a.Traadi latentne üleminekusoojus T ja \(T_{\infty}\) on vastavalt SMA juhtme ja keskkonna temperatuurid.
Kujumälu sulamist traat käivitamisel surub traat kokku, tekitades igas bimodaalse konstruktsiooni harus jõu, mida nimetatakse kiudjõuks.SMA traadi igas ahelas olevate kiudude jõud koos loovad lihasjõu käivitumiseks, nagu on näidatud joonisel 9e.Eelpingevedru olemasolu tõttu on N-nda mitmekihilise täiturmehhanismi lihaste kogujõud:
Asendades \(N = 1\) võrrandisse (7), saab esimese etapi bimodaalse ajami prototüübi lihasjõu saada järgmiselt:
kus n on unimodaalsete jalgade arv, \(F_m\) on ajami poolt tekitatud lihasjõud, \(F_f\) on SMA juhtme kiu tugevus, \(K_x\) on nihke jäikus.vedru, \(\alpha\) on kolmnurga nurk, \(x_0\) on eelpingevedru esialgne nihe, mis hoiab SMA-kaablit eelpingestatud asendis, ja \(\Delta x\) on täiturmehhanismi käik.
Ajami kogunihe või liikumine (\(\Delta x\)) sõltuvalt pingest (\(\sigma\)) ja pingest (\(\epsilon\)) N-nda astme SMA juhtmel on ajam seatud (vt joonis väljundi lisaosa):
Kinemaatilised võrrandid annavad seose ajami deformatsiooni (\(\epsilon\)) ja nihke või nihke (\(\Delta x\)) vahel.Arb-traadi deformatsioon sõltuvalt Arb-traadi esialgsest pikkusest (\(l_0\)) ja traadi pikkusest (l) igal ajahetkel t ühes unimodaalses harus on järgmine:
kus \(l = \sqrt{l_0^2 +(\Delta x_1)^2 – 2 l_0 (\Delta x_1) \cos \alpha _1}\) saadakse koosinusvalemi rakendamisel \(\Delta\)ABB'-s, nagu on näidatud joonisel 8. Esimese etapi ajam (\)\1\1\1) (\) () \) ja \(\alpha _1\) on \(\alpha \), nagu on näidatud joonisel 8, eristades aega võrrandist (11) ja asendades väärtuse l, saab deformatsioonikiiruse kirjutada järgmiselt:
kus \(l_0\) on SMA juhtme esialgne pikkus, l on traadi pikkus igal ajahetkel t ühes unimodaalses harus, \(\epsilon\) on SMA juhtmes tekkinud deformatsioon ja \(\alpha \) on kolmnurga nurk, \(\Delta x\) on ajami nihe (nagu on näidatud joonisel 8).
Kõik n ühe tipuga struktuuri (\(n=6\) sellel joonisel) on ühendatud jadamisi sisendpingeks \(V_{in}\).I etapp: SMA juhtme skemaatiline diagramm bimodaalses konfiguratsioonis nullpinge tingimustes II etapp: kuvatakse kontrollitud struktuur, kus SMA juhe on pöördkonversiooni tõttu kokku surutud, nagu on näidatud punase joonega.
Kontseptsiooni tõestuseks töötati välja SMA-põhine bimodaalne ajam, et testida aluseks olevate võrrandite simuleeritud tuletamist eksperimentaalsete tulemustega.Bimodaalse lineaarse täiturmehhanismi CAD-mudel on näidatud joonisel fig.9a.Teisest küljest on joonisel fig.9c kujutab uut disaini, mis on välja pakutud pöörleva prismaatilise ühenduse jaoks, kasutades kahetasandilist bimodaalse struktuuriga SMA-põhist täiturmehhanismi.Ajami komponendid valmistati Ultimaker 3 Extended 3D-printeris lisatootmise abil.Komponentide 3D-printimisel kasutatav materjal on polükarbonaat, mis sobib kuumakindlate materjalidega, kuna on tugev, vastupidav ja kõrge klaasistumistemperatuuriga (110-113 \(^{\circ }\) C).Lisaks kasutati katsetes Dynalloy, Inc. Flexinol shape mälusulamist traati ning simulatsioonides Flexinoli traadile vastavaid materjaliomadusi.Mitu SMA-traati on paigutatud kiududena, mis esinevad lihaste bimodaalses paigutuses, et saavutada mitmekihiliste täiturmehhanismide tekitatud suured jõud, nagu on näidatud joonistel 9b, d.
Nagu on näidatud joonisel 9a, nimetatakse liikuva käe SMA-traadi poolt moodustatud teravnurka nurgaks (\(\alpha\)).Vasaku ja parema klambri külge kinnitatud klemmiklambritega hoitakse SMA-juhet soovitud bimodaalse nurga all.Vedruühenduse küljes olev eelpingevedru seade on ette nähtud erinevate eelpingevedrude pikendusrühmade reguleerimiseks vastavalt SMA kiudude arvule (n).Lisaks on liikuvate osade asukoht konstrueeritud nii, et SMA traat puutub sundkonvektsiooniga jahutamiseks kokku väliskeskkonnaga.Eemaldatava koostu ülemised ja alumised plaadid aitavad SMA-traadi jahedana hoida kaalu vähendamiseks mõeldud väljapressitud väljalõigetega.Lisaks kinnitatakse CMA juhtme mõlemad otsad vastavalt vasaku ja parema klemmide külge pressimis abil.Kolb on kinnitatud liikuva sõlme ühe otsa külge, et säilitada vahe ülemise ja alumise plaadi vahel.Kolbi kasutatakse ka blokeerimisjõu rakendamiseks andurile kontakti kaudu, et mõõta blokeerimisjõudu, kui SMA-juhe on käivitatud.
Bimodaalne lihasstruktuur SMA on elektriliselt jadamisi ühendatud ja toiteallikaks on sisendimpulsspinge.Pingeimpulsi tsükli ajal, kui pinge rakendatakse ja SMA traat kuumutatakse üle austeniidi algtemperatuuri, lüheneb traadi pikkus igas ahelas.See tagasitõmbamine aktiveerib liikuva käe alamkoostu.Kui pinge nulliti samas tsüklis, jahutati kuumutatud SMA traat alla martensiidi pinna temperatuuri, naases sellega oma algasendisse.Nullpingetingimustes venitatakse SMA traat kõigepealt passiivselt eelpingevedru abil, et jõuda detwind martensitic olekusse.Kruvi, mille kaudu SMA traat läbib, liigub SMA juhtmele pingeimpulsi rakendamisel tekkinud kokkusurumise tõttu (SPA jõuab austeniidi faasi), mis viib liikuva hoova käivitamiseni.Kui SMA traat on sisse tõmmatud, loob kaldvedru vedru edasise venitamise kaudu vastupidise jõu.Kui pinge impulsspinges muutub nulliks, pikeneb SMA traat ja muudab sundkonvektsioonjahutuse tõttu oma kuju, jõudes topeltmartensiitsesse faasi.
Kavandataval SMA-põhisel lineaarsel täiturmehhanismil on bimodaalne konfiguratsioon, milles SMA juhtmed on nurga all.(a) kujutab prototüübi CAD-mudelit, mis mainib prototüübi mõningaid komponente ja nende tähendusi, (b, d) esindavad väljatöötatud eksperimentaalset prototüüpi35.Kui (b) näitab prototüübi pealtvaadet koos kasutatud elektriliste ühenduste ja eelpingevedrude ning deformatsioonimõõturitega, siis (d) näitab seadistuse perspektiivvaadet.(e) Lineaarse käitamissüsteemi skeem, mille SMA-juhtmed on paigutatud bimodaalselt igal ajal t, mis näitab kiudude ja lihasjõu suunda ja kulgu.(c) Kahetasandilise SMA-põhise täiturmehhanismi kasutuselevõtuks on pakutud välja 2-DOF-i pöörlev prismaatiline ühendus.Nagu näidatud, edastab link lineaarse liikumise alumiselt ajamilt ülemisele õlale, luues pöörleva ühenduse.Teisest küljest on prismapaari liikumine sama, mis mitmekihilise esimese astme ajami liikumine.
Joonisel 9b näidatud prototüübiga viidi läbi eksperimentaalne uuring, et hinnata SMA-l põhineva bimodaalse ajami jõudlust.Nagu on näidatud joonisel fig 10a, koosnes eksperimentaalne seadistus programmeeritavast alalisvooluallikast, et anda SMA juhtmetele sisendpinget.Nagu on näidatud joonisel fig.10b, kasutati blokeerimisjõu mõõtmiseks Graphtec GL-2000 andmelogerit piesoelektrilist deformatsioonimõõturit (PACEline CFT/5kN).Peremees salvestab andmed edasiseks uurimiseks.Pingemõõturid ja laenguvõimendid vajavad pingesignaali tekitamiseks pidevat toiteallikat.Vastavad signaalid teisendatakse võimsusväljunditeks vastavalt piesoelektrilise jõuanduri tundlikkusele ja muudele parameetritele, nagu on kirjeldatud tabelis 2. Pingeimpulsi rakendamisel tõuseb SMA juhtme temperatuur, mis põhjustab SMA juhtme kokkusurumise, mis põhjustab täiturmehhanismi jõu genereerimise.Lihasjõu väljundi katsetulemused sisendpinge impulsi 7 V abil on näidatud joonisel fig.2a.
(a) Täiturmehhanismi tekitatud jõu mõõtmiseks loodi katses SMA-põhine lineaarne täiturmehhanism.Koormusandur mõõdab blokeerimisjõudu ja saab toite 24 V alalisvoolu toiteallikast.GW Insteki programmeeritava alalisvoolu toiteallika abil rakendati kogu kaabli pikkuses 7 V pingelangust.SMA traat kahaneb kuumuse mõjul ja liikuv õlg puutub kokku koormusanduriga ja avaldab blokeerivat jõudu.Koormusandur on ühendatud andmesalvestajaga GL-2000 ja andmed salvestatakse edasiseks töötlemiseks hostis.(b) Skeem, mis näitab lihasjõu mõõtmise eksperimentaalse seadistuse komponentide ahelat.
Kujumälu sulameid ergastab soojusenergia, mistõttu temperatuur muutub kujumälu fenomeni uurimisel oluliseks parameetriks.Nagu on näidatud joonisel 11a, viidi katseliselt läbi termopildistamine ja temperatuuri mõõtmised SMA-põhise divaleraadi täiturmehhanismi prototüübiga.Programmeeritav alalisvooluallikas rakendas eksperimentaalses seadistuses SMA juhtmetele sisendpinget, nagu on näidatud joonisel 11b.SMA-traadi temperatuurimuutust mõõdeti reaalajas kõrge eraldusvõimega LWIR-kaamera (FLIR A655sc) abil.Võõrustaja kasutab ResearchIR tarkvara andmete salvestamiseks edasiseks järeltöötluseks.Pingeimpulsi rakendamisel tõuseb SMA-juhtme temperatuur, mis põhjustab SMA-juhtme kokkutõmbumise.Joonisel fig.Joonisel 2b on näidatud SMA traadi temperatuuri ja aja eksperimentaalsed tulemused 7 V sisendpinge impulsi puhul.
Postitusaeg: 28. september 2022