Eskerrik asko Nature.com bisitatzeagatik.Erabiltzen ari zaren arakatzailearen bertsioak CSS laguntza mugatua du.Esperientzia onena lortzeko, eguneratutako arakatzailea erabiltzea gomendatzen dugu (edo Internet Explorer-en bateragarritasun modua desgaitzea).Bitartean, laguntza etengabea bermatzeko, gunea estilorik eta JavaScript gabe errendatuko dugu.
Eragingailuak nonahi erabiltzen dira eta mugimendu kontrolatua sortzen dute kitzikapen-indar edo momentu egokia aplikatuz, fabrikazio eta industria-automatizazioan hainbat eragiketa egiteko.Disko azkarrago, txikiago eta eraginkorragoak izateko beharrak diskoen diseinuan berrikuntza bultzatzen du.Shape Memory Alloy (SMA) unitateek abantaila ugari eskaintzen dituzte ohiko unitateen aldean, besteak beste, potentzia-pisu erlazio handia.Tesi honetan, bi lumadun SMAn oinarritutako eragingailu bat garatu zen, sistema biologikoen lumadun muskuluen abantailak eta SMAen propietate bereziak uztartzen dituena.Ikerketa honek aurreko SMA eragingailuak aztertzen eta hedatzen ditu eragingailu berriaren eredu matematiko bat garatuz SMA hari-antolamendu bimodalean oinarrituta eta esperimentalki probatuz.SMAn oinarritutako disko ezagunekin alderatuta, unitate berriaren eragin-indarra gutxienez 5 aldiz handiagoa da (150 N-ra arte).Dagokion pisu galera %67 ingurukoa da.Eredu matematikoen sentikortasun-analisiaren emaitzak baliagarriak dira diseinu-parametroak doitzeko eta funtsezko parametroak ulertzeko.Azterketa honek maila anitzeko Nth etapa unitate bat aurkezten du, dinamika gehiago hobetzeko erabil daitekeena.SMAn oinarritutako dipvalerate muskulu-eragileek aplikazio sorta zabala dute, eraikinen automatizaziotik hasi eta doitasuneko sendagaiak emateko sistemetaraino.
Sistema biologikoek, hala nola, ugaztunen gihar-egiturak, eragingailu sotil asko aktibatu ditzakete1.Ugaztunek muskulu-egitura desberdinak dituzte, bakoitzak helburu zehatz bat betetzen du.Hala ere, ugaztunen muskulu-ehunaren egituraren zati handi bat bi kategoria handitan bana daiteke.Paraleloa eta pennatua.Bidaiazpikoetan eta beste flexore batzuetan, izenak dioen bezala, muskulatura paraleloak muskulu-zuntzak ditu erdiko tendoiarekiko paraleloak.Muskulu-zuntzen katea lerrokatuta eta funtzionalki lotuta dago haien inguruko ehun konektiboaren bidez.Gihar hauek txango handia dutela esaten den arren (ehuneko laburtzea), haien muskulu-indarra orokorra oso mugatua da.Aitzitik, trizeps txahal-muskulu2 (alboko gastroknemioa ​​(GL)3, medial gastroknemioa ​​(GM)4 eta soleoa (SOL)) eta hedapen femoris (kuadrizepsa)5,6 gihar-ehun pennatua aurkitzen da muskulu bakoitzean7.Egitura pinnatu batean, muskulatura bipennatuaren muskulu-zuntzak erdiko tendoiaren bi aldeetan daude angelu zeiharrretan (angelu pinnatuetan).Pennate latinezko “penna” hitzetik dator, hau da, “luma” esan nahi du, eta, irudian ikusten den bezala.1 luma itxura du.Muskulu pennatuen zuntzak laburragoak eta giharren luzetarako ardatzarekiko angeluagoak dira.Egitura pinnatua dela eta, muskulu hauen mugikortasun orokorra murrizten da, eta horrek laburtze prozesuaren zeharkako eta luzetarako osagaietara eramaten du.Bestalde, muskulu hauen aktibazioa muskulu-indarra orokorra handiagoa da, zeharkako eremu fisiologikoa neurtzeko moduagatik.Hori dela eta, ebakidura-eremu jakin baterako, gihar pennatuak indartsuagoak izango dira eta zuntz paraleloak dituzten muskuluek baino indar handiagoak sortuko dituzte.Banakako zuntzek sortutako indarrek muskulu-indarrak sortzen dituzte maila makroskopikoan muskulu-ehun horretan.Horrez gain, propietate bereziak ditu, besteak beste, uzkurtze azkarra, trakzio-kalteen aurkako babesa, kuxina.Zuntz-sarreraren eta muskulu-potentziaren irteeraren arteko erlazioa eraldatzen du muskulu-lerroekin lotutako zuntz-antolamenduaren ezaugarri bereziak eta konplexutasun geometrikoa baliatuz.
SMAn oinarritutako eragingailuen diseinu eskematikoak erakusten dira arkitektura muskular bimodal bati lotuta, adibidez (a), ukimen-indarraren elkarreragina adierazten duena, zeinetan SMA hariek eragindako esku-formako gailu bat bi gurpileko robot mugikor autonomo batean muntatzen den9,10., (b) Orbital-protesi robotikoa antagonikoki jarritako SMA malguki-protesi orbitalarekin.Begi protesikoaren posizioa begiko muskuluaren seinale baten bidez kontrolatzen da11, (c) SMA eragingailuak urpeko aplikazioetarako aproposak dira maiztasun handiko erantzuna eta banda zabalera baxua direla eta.Konfigurazio honetan, SMA eragingailuak uhin-higidura sortzeko erabiltzen dira arrainen mugimendua simulatuz, (d) SMA eragingailuak hazbeteko zizarearen mugimenduaren printzipioa erabil dezakeen mikro-hodiak ikuskatzeko robot bat sortzeko erabiltzen dira, 10 kanalaren barruan SMA harien mugimenduak kontrolatuta, (e) muskulu-zuntzen uzkurduraren norabidea erakusten du eta uzkurdura-indarra sortzen du, muskulu gastroknemioan SMA-ko muskuluetan antolatutako ehunean (e) muskulu-zuntzetan antolatuta. gihar-egitura.
Eragingailuak sistema mekanikoen atal garrantzitsu bihurtu dira beren aplikazio sorta zabalagatik.Hori dela eta, disko txikiago, azkarrago eta eraginkorragoak izateko beharra kritiko bihurtzen da.Abantailak izan arren, disko tradizionalak mantentzen garestiak eta denbora asko behar direla frogatu dute.Eragingailu hidraulikoak eta pneumatikoak konplexuak eta garestiak dira eta higadura, lubrifikazio-arazoak eta osagaien hutsegiteen menpe daude.Eskaerari erantzuteko, material adimendunetan oinarritutako eragingailu eraginkorrak, dimensionamendurako optimizatuak eta aurreratuak garatzea da arreta.Etengabeko ikerketak forma memoriako aleaziozko (SMA) geruzetako eragingailuak aztertzen ari dira behar hori asetzeko.Eragingailu hierarkikoak bakarrak dira, eragingailu diskretu asko konbinatzen baitituzte geometrikoki konplexuak diren makro-eskala azpisistematan, funtzionalitate areagotu eta hedatua emateko.Zentzu honetan, goian deskribatutako giza muskulu-ehunak geruza anitzeko eragiketa horren adibide bikaina eskaintzen du.Oraingo ikerketak maila anitzeko SMA unitate bat deskribatzen du, unitate indibidualaren hainbat elementu (SMA hariak) bimodalen muskuluetan dauden zuntz-orientazioetara lerrokatuta, eta horrek diskoaren errendimendu orokorra hobetzen du.
Eragingailu baten helburu nagusia potentzia mekanikoa sortzea da, hala nola indarra eta desplazamendua, energia elektrikoa bihurtuz.Forma memoriako aleazioak tenperatura altuetan forma berreskura dezaketen material "adimentsu" mota bat dira.Karga handietan, SMA alanbrearen tenperatura igotzeak forma berreskuratzea dakar, eta ondorioz, zuzeneko lotura duten hainbat material adimendunekin alderatuta, aktuazio-energia dentsitate handiagoa da.Aldi berean, karga mekanikoen pean, SMA hauskorrak bihurtzen dira.Baldintza jakin batzuetan, karga zikliko batek energia mekanikoa xurgatu eta askatu dezake, forma histeretiko itzulgarriak erakutsiz.Propietate berezi horiei esker, SMA sentsoreetarako, bibrazioen moteltzerako eta batez ere eragingailuetarako aproposa da12.Hori kontuan hartuta, SMAn oinarritutako unitateen inguruko ikerketa asko egin dira.Kontuan izan behar da SMAn oinarritutako eragingailuak hainbat aplikaziotarako translazio eta biraketa mugimendua emateko diseinatuta daudela13,14,15.Eragingailu birakari batzuk garatu badira ere, ikerlariei bereziki interesatzen zaie eragingailu linealetan.Eragingailu lineal hauek hiru eragingailu motatan bana daitezke: dimentsio bakarrekoak, desplazamenduak eta eragingailu diferentzialak 16 .Hasieran, unitate hibridoak SMA eta beste unitate konbentzional batzuekin konbinatuta sortu ziren.SMAn oinarritutako eragingailu lineal hibrido baten adibideetako bat DC motor batekin SMA hari bat erabiltzea da 100 N inguruko irteera-indarra eta desplazamendu nabarmena emateko17.
SMAn guztiz oinarritutako diskoetan lehen garapenetako bat SMA disko paraleloa izan zen.SMA hari ugari erabiliz, SMAn oinarritutako disko paraleloa diskoaren potentzia-gaitasuna areagotzeko diseinatuta dago, SMA18 hari guztiak paraleloan jarriz.Eragingailuen konexio paraleloak potentzia gehiago behar izateaz gain, kable bakar baten irteera potentzia mugatzen du.SMA oinarritutako eragingailuen beste desabantaila lor dezaketen bidaia mugatua da.Arazo hori konpontzeko, SMA kable-habe bat sortu zen habe malgu desbideratua zuena, desplazamendua areagotzeko eta mugimendu lineala lortzeko, baina ez zuen indar handiagorik sortu19.Forma memoriako aleazioetan oinarritutako robotentzako egitura eta deformazio bigunak, batez ere, inpaktuaren anplifikaziorako garatu dira20,21,22.Abiadura handiak behar diren aplikazioetarako, mikroponpa gidatutako aplikazioetarako film meheko SMAak erabiltzen dituzten ponpa trinkoak jakinarazi dira23.Film meheko SMA mintzaren gidatzeko maiztasuna funtsezko faktorea da gidariaren abiadura kontrolatzeko.Hori dela eta, SMA motor linealek erantzun dinamiko hobea dute SMA malguki edo haga motorrek baino.Robotika biguna eta harrapatzeko teknologia SMAn oinarritutako eragingailuak erabiltzen dituzten beste bi aplikazio dira.Esate baterako, 25 N-ko espazioko besarkadan erabiltzen den eragingailu estandarra ordezkatzeko, 24 forma memoriako aleaziozko eragingailu paralelo bat garatu zen.Beste kasu batean, SMA eragingailu biguna 30 N-ko gehienezko tira-indar bat sortzeko gai den matrize txertatua zuen hari batean oinarrituta fabrikatu zen. Propietate mekanikoengatik, SMAk fenomeno biologikoak imitatzen dituzten eragingailuak sortzeko ere erabiltzen dira.Halako garapen batek 12 zelulako robot bat da, SMA duen lur-zizare antzeko organismo baten biomimetikoa dena, suaren mugimendu sinusoidala sortzeko26,27.
Lehen esan bezala, SMAn oinarritutako eragingailuetatik lor daitekeen gehieneko indarraren muga dago.Gai honi aurre egiteko, ikerketa honek muskulu-egitura bimodal biomimetikoa aurkezten du.Forma memoriako aleazio alanbreak bultzatuta.Forma memoriako aleazio hari batzuk barne hartzen dituen sailkapen sistema eskaintzen du.Orain arte, literaturan ez da SMAn oinarritutako eragingailu antzeko arkitekturarik eman.SMAn oinarritutako sistema berezi eta berri hau muskulu-lerrokatze bimodalean SMAren portaera aztertzeko garatu zen.Lehendik zeuden SMAn oinarritutako eragingailuekin alderatuta, ikerketa honen helburua dipvalerate eragile biomimetiko bat sortzea zen, bolumen txiki batean indar nabarmen handiagoak sortzeko.HVAC eraikinen automatizazio eta kontrol sistemetan erabiltzen diren ohiko urratseko motor motordun unitateekin alderatuta, proposatutako SMAn oinarritutako disko bimodalaren diseinuak unitatearen mekanismoaren pisua % 67 murrizten du.Jarraian, "muskulu" eta "gidari" terminoak elkarren artean erabiltzen dira.Ikerketa honek disko horren simulazio multifisikoa ikertzen du.Horrelako sistemen portaera mekanikoa metodo esperimental eta analitikoen bidez aztertu da.Indarraren eta tenperaturaren banaketak gehiago ikertu ziren 7 V-eko sarrerako tentsioan. Ondoren, analisi parametriko bat egin zen, funtsezko parametroen eta irteerako indarraren arteko erlazioa hobeto ulertzeko.Azkenik, eragingailu hierarkikoak aurreikusi dira eta maila hierarkikoko efektuak proposatu dira aplikazio protesikoetarako eragingailu ez magnetikoen etorkizuneko eremu potentzial gisa.Aipatutako ikerketen emaitzen arabera, etapa bakarreko arkitektura erabiltzeak SMAn oinarritutako eragingailuak baino gutxienez lau edo bost aldiz handiagoak sortzen ditu indarrak.Horrez gain, maila anitzeko unitate batek sortutako unitate indar bera SMAn oinarritutako disko konbentzionalena baino hamar aldiz handiagoa dela frogatu da.Ondoren, azterketak funtsezko parametroen berri ematen du diseinu ezberdinen eta sarrera-aldagaien arteko sentikortasun-analisia erabiliz.SMA hariaren hasierako luzerak (\(l_0\)), angelu pinatuak (\(\alpha\)) eta kate bakarreko hari kopuruak (n) eragin negatibo handia dute indar eragilearen magnitudean.indarra, sarrerako tentsioa (energia) positiboki erlazionatuta zegoen bitartean.
SMA alanbreak nikel-titanio (Ni-Ti) aleazioen familian ikusten den forma memoriaren efektua (SME) erakusten du.Normalean, SMAek tenperaturaren menpeko bi fase erakusten dituzte: tenperatura baxuko fasea eta tenperatura altuko fasea.Bi faseek propietate bereziak dituzte egitura kristalino ezberdinen presentziagatik.Transformazio-tenperaturaren gainetik dagoen austenita fasean (tenperatura altuko fasean), materialak erresistentzia handia du eta kargapean gaizki deformatzen da.Aleazioa altzairu herdoilgaitza bezala jokatzen du, beraz, aktuazio-presio handiagoak jasateko gai da.Ni-Ti aleazioen propietate hori aprobetxatuz, SMA hariak inklinatu egiten dira eragingailu bat osatzeko.Eredu analitiko egokiak garatzen dira SMAren portaera termikoaren oinarrizko mekanika ulertzeko, hainbat parametroren eta hainbat geometrien eraginpean.Emaitza esperimentalen eta analitikoen artean adostasun ona lortu da.
9a irudian agertzen den prototipoan azterketa esperimental bat egin zen SMAn oinarritutako disko bimodal baten errendimendua ebaluatzeko.Propietate horietako bi, unitateak sortutako indarra (gihar-indarra) eta SMA hariaren tenperatura (SMA tenperatura), esperimentalki neurtu ziren.Tentsio-diferentzia unitateko hariaren luzera osoan zehar handitzen den heinean, hariaren tenperatura handitzen da Joule berotze efektuaren ondorioz.Sarrerako tentsioa 10 s-ko bi ziklotan aplikatu zen (2a, b irudian puntu gorri gisa ageri dira) ziklo bakoitzaren artean 15 s-ko hozte-epearekin.Blokeo-indarra tentsio-neurgailu piezoelektriko baten bidez neurtu da, eta SMA hariaren tenperatura-banaketa denbora errealean kontrolatu da maila zientifikoko bereizmen handiko LWIR kamera baten bidez (ikus 2. taulan erabilitako ekipoaren ezaugarriak).erakusten du goi-tentsioko fasean hariaren tenperatura modu monotonikoan igotzen dela, baina korronterik ez dagoenean hariaren tenperatura jaisten jarraitzen du.Egungo konfigurazio esperimentalean, SMA alanbrearen tenperatura jaitsi egin zen hozte-fasean, baina giro-tenperaturaren gainetik zegoen oraindik.irudian.2e-k LWIR kameratik hartutako SMA alanbrearen tenperaturaren argazki bat erakusten du.Bestalde, irud.2a-k eragiketa-sistemak sortzen duen blokeo-indarra erakusten du.Muskulu-indarrak malgukiaren indar berreskuratzailea gainditzen duenean, beso mugikorra, 9a irudian ikusten den bezala, mugitzen hasten da.Eraginketa hasi bezain laster, beso mugikorra sentsorearekin kontaktuan jartzen da, gorputz-indarra sortuz, irudian ikusten den bezala.2c, d.Tenperatura maximoa \(84\,^{\circ}\hbox {C}\-tik hurbil dagoenean), behatutako indar maximoa 105 N da.
Grafikoak SMA hariaren tenperaturaren eta SMAn oinarritutako eragingailu bimodalak bi ziklotan sortutako indarraren emaitza esperimentalak erakusten ditu.Sarrerako tentsioa 10 segundoko bi ziklotan aplikatzen da (puntu gorri gisa ageri dira) ziklo bakoitzaren artean 15 segundoko hozte-aldi batekin.Esperimentuetarako erabilitako SMA alanbrea Dynalloy, Inc.-ren 0,51 mm-ko diametroko Flexinol alanbrea izan zen. (a) Grafikoak bi ziklotan lortutako indar esperimentala erakusten du, (c, d) PACEline CFT/5kN indar piezoelektrikoko hari transduktore batean mugitzen diren besoen eraginaren bi adibide independente erakusten ditu. SMA kabletik ateratako argazkia FLIR ResearchIR software LWIR kamera erabiliz.Esperimentuetan kontuan hartu diren parametro geometrikoak taulan daude.bat.
Eredu matematikoaren simulazio-emaitzak eta emaitza esperimentalak 7V-eko sarrerako tentsio baten baldintzapean alderatzen dira, 5. irudian ikusten den moduan.Analisi parametrikoaren emaitzen arabera eta SMA kablea gehiegi berotzeko aukera ekiditeko, 11,2 W-ko potentzia eman zitzaion eragingailuari.DC hornidura programagarri bat erabili zen sarrerako tentsio gisa 7V hornitzeko, eta 1.6A-ko korrontea neurtu zen hari zehar.Distantziak sortzen duen indarra eta SDRaren tenperatura handitu egiten dira korrontea aplikatzean.7V-eko sarrerako tentsioarekin, lehen zikloko simulazio emaitzetatik eta emaitz esperimentaletatik lortzen den irteerako indar maximoa 78 N eta 96 N-koa da, hurrenez hurren.Bigarren zikloan, simulazioaren eta emaitz esperimentalen irteerako indar maximoa 150 N eta 105 N izan zen, hurrenez hurren.Oklusio-indarraren neurketen eta datu esperimentalen arteko desadostasuna oklusio-indarra neurtzeko erabilitako metodoaren ondoriozkoa izan daiteke.Irudian agertzen diren emaitza esperimentalak.5a blokeo-indarraren neurketari dagokio, eta, aldi berean, ardatz eragilea PACEline CFT/5kN indar piezoelektrikoaren transduktorearekin kontaktuan zegoenean neurtu zen, irudian ikusten den moduan.2s.Hori dela eta, motor-ardatza hozte-gunearen hasieran indar-sentsorearekin kontaktuan ez dagoenean, indarra berehala zero bihurtzen da, 2d irudian ikusten den bezala.Gainera, hurrengo zikloetan indarraren sorreran eragina duten beste parametro batzuk hozte-denboraren eta aurreko zikloko konbekzio-bero-transferentziaren koefizientearen balioak dira.irudetatik.2b, ikus daiteke 15 segundo hozte-aldi baten ondoren, SMA haria ez zela giro-tenperaturara iritsi eta, beraz, hasierako tenperatura handiagoa izan zuela (\(40\,^{\circ }\hbox {C}\)) bigarren gidatzeko zikloan lehenengo zikloarekin alderatuta (\(25\, ^{\circ}\hbox {C}\)).Horrela, lehenengo zikloarekin alderatuta, bigarren berokuntza-zikloan SMA hariaren tenperatura hasierako austenita-tenperaturara (\(A_s\)) lehenago iristen da eta trantsizio-aldian gehiago geratzen da, tentsioa eta indarra eraginez.Bestalde, esperimentu eta simulazioetatik lortutako berotze- eta hozte-zikloetan tenperatura-banaketak antzekotasun kualitatibo handia dute analisi termografikoko adibideekin.Esperimentu eta simulazioetako SMA hari termikoen datuen analisi konparatiboak berotze- eta hozte-zikloetan koherentzia erakutsi zuen eta datu esperimentaletarako tolerantzia onargarrietan.SMA hariaren tenperatura maximoa, lehen zikloko simulazio eta esperimentuen emaitzetatik lortutakoa, \(89\,^{\circ }\hbox {C}\) eta \(75\,^{\circ }\hbox { C }\, hurrenez hurren) da, eta bigarren zikloan SMA hariaren tenperatura maximoa \(94\,^{\circ }\hbox {C}\) eta \circ (94\,\h,\{circ }},\h,\\circ }\hbox {C }\) da. laukia {C}\).Funtsean garatutako ereduak forma-memoria efektuaren eragina baieztatzen du.Nekearen eta gainberotzearen papera ez zen kontuan hartu berrikuspen honetan.Etorkizunean, eredua hobetuko da SMA hariaren tentsio-historia sartzeko, ingeniaritza-aplikazioetarako egokiago bihurtuz.Simulink bloketik lortutako disko-irteerako indarra eta SMA tenperatura grafikoak datu esperimentalen tolerantzia onargarrien barruan daude 7 V-ko sarrerako tentsio-pultsu baten baldintzapean. Honek garatutako eredu matematikoaren zuzentasuna eta fidagarritasuna berresten du.
Eredu matematikoa MathWorks Simulink R2020b ingurunean garatu da Metodoak atalean deskribatutako oinarrizko ekuazioak erabiliz.irudian.3b irudiak Simulink eredu matematikoaren bloke-diagrama erakusten du.Eredua 7V-ko sarrerako tentsio-pultsu baterako simulatu zen, 2a, b irudietan erakusten den moduan.Simulazioan erabilitako parametroen balioak 1. taulan ageri dira. Prozesu iragankorren simulazioaren emaitzak 1. eta 1. irudietan aurkezten dira. 3a eta 4. irudiak. Irudian.4a,b-k SMA hariaren induzitutako tentsioa eta eragingailuak denboraren arabera sortutako indarra erakusten ditu. Alderantzizko eraldaketan (berokuntzan), SMA hariaren tenperatura, \(T < A_s^{\prime}\) (estresak eraldatutako austenita fasearen hasierako tenperatura), martensita bolumen frakzioaren aldaketa-tasa (\(\dot{\xi }\)) zero izango da. Alderantzizko eraldaketan (berotzean), SMA hariaren tenperatura, \(T < A_s^{\prime}\) (estresak eraldatutako austenita fasearen hasierako tenperatura), martensita bolumen-frakzioaren aldaketa-tasa (\(\dot{\xi }\)) zero izango da. Во время обратного превращения (нагрева), когда температура проволоки SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (температура проволоки SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (тетустнай на фазы, модифицированная напряжением), скорость изменения объемной доли мартенсита (\(\} в д) скорость изменения объемной доли мартенсита (\(\\ dot) фазы Alderantzizko eraldaketan (berotzean), SMA hariaren tenperatura, \(T < A_s^{\prime}\) (estresak eraldatutako austenitaren hasierako tenperatura), martensita bolumen-frakzioaren aldaketa-tasa (\(\dot{\ xi }\ )) zero izango da.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 При обратном превращении (нагреве) при температуре проволоки СПФ \(T < A_s^{\prime}\) (темперащении при температуре проволоки СПФ \(T < A_s^{\prime}\) (температнатура При фазы с поправкой на напряжение) скорость изменения объемной доли мартенсита (\( \dot женита))) SMA hariaren \(T < A_s^{\prime}\) tenperaturan alderantzizko transformazioan (berokuntzan) (austenita fasearen nukleazioaren tenperatura, tentsioagatik zuzenduta), martensitaren bolumen-frakzioaren aldaketa-tasa (\( \dot{\ xi }\)) zero berdina izango da.Beraz, tentsio-aldaketa-tasa (\(\dot{\sigma}\)) tentsio-abiaduraren (\(\dot{\epsilon}\)) eta tenperatura-gradientearen (\(\dot{\T} \)) (1) ekuazioaren araberakoa izango da soilik.Hala ere, SMA haria tenperatura handitu eta (\(A_s^{\prime}\)) zeharkatzen duen heinean, austenita fasea sortzen hasten da, eta (\(\dot{\xi}\)) ekuazioaren emandako baliotzat hartzen da (3).Beraz, tentsioaren aldaketa-tasa (\(\dot{\sigma}\)) elkarrekin kontrolatzen dute \(\dot{\epsilon}, \dot{T}\) eta \(\dot{\xi}\) (1) formulan emandakoaren berdina izan.Honek berokuntza-zikloan zehar tentsio- eta indar-mapetan ikusitako gradiente-aldaketak azaltzen ditu, 4a, b irudietan ikusten den moduan.
(a) Tenperaturaren banaketa eta tentsioak eragindako juntura-tenperatura erakusten dituen simulazio-emaitza SMAn oinarritutako dibaleratuaren eragingailu batean.Alanbre-tenperaturak berotze-etapan austenita-trantsizio-tenperatura gainditzen duenean, aldatutako austenita-trantsizio-tenperatura hazten hasten da, eta, era berean, alanbre-tenperaturak hozte-etapan trantsizio-tenperatura martensitikoa zeharkatzen duenean, trantsizio-tenperatura martensitikoa jaisten da.SMA aktuazio-prozesuaren modelizazio analitikoa egiteko.(Simulink eredu baten azpisistema bakoitzaren ikuspegi zehatza lortzeko, ikusi fitxategi osagarriaren eranskinaren atala.)
Parametro-banaketa desberdinetarako analisiaren emaitzak 7V sarrerako tentsioaren bi ziklotan erakusten dira (10 segundoko berotze-zikloak eta 15 segundoko hozte-zikloak).(ac) eta (e) denboran zehar banaketa irudikatzen duten bitartean, aldiz, (d) eta (f) banaketa tenperaturaren arabera.Dagokion sarrera-baldintzetarako, behatutako tentsio maximoa 106 MPa da (345 MPa baino txikiagoa, alanbrearen etekin-indarra), indarra 150 N da, desplazamendu maximoa 270 µm eta bolumen-frakzio martensitiko minimoa 0,91 da.Bestalde, tentsioaren aldaketa eta martensitaren bolumen frakzioaren aldaketa tenperaturarekin histeresiaren ezaugarrien antzekoak dira.
Azalpen bera aplikatzen da zuzeneko transformazioari (hozteari) austenita fasetik martensita fasera, non SMA hariaren tenperatura (T) eta tentsioak aldatutako martensita fasearen amaierako tenperatura (\(M_f^{\prime}\ )) bikainak diren.irudian.4d,f-k SMA hariaren (T) induzitutako tentsioaren (\(\sigma\)) eta martensitaren bolumen-frakzioa (\(\xi\)) aldaketaren aldaketa erakusten ditu, SMA hariaren tenperatura aldaketaren funtzioan, bi gidatze-zikloetarako.irudian.3a irudiak SMA hariaren tenperaturaren aldaketa erakusten du denborarekin sarrerako tentsio-pultsuaren arabera.Irudian ikus daitekeenez, hariaren tenperaturak gora egiten jarraitzen du, zero tentsioan bero-iturri bat eskainiz eta gero konbekziozko hoztearekin.Berotzean, martensita austenita faserako bireraldaketa hasten da SMA hariaren tenperatura (T) tentsioarekin zuzendutako austenita-nukleazio-tenperatura (\(A_s^{\prime}\)) zeharkatzen duenean.Fase honetan, SMA alanbrea konprimitzen da eta eragingailuak indarra sortzen du.Era berean, hoztean, SMA hariaren (T) tenperaturak tentsioak eraldatutako martensita fasearen nukleazio-tenperatura zeharkatzen duenean (\(M_s^{\prime}\)) austenita fasetik martensita faserako trantsizio positiboa gertatzen da.bultzada-indarra gutxitzen da.
SMAn oinarritutako disko bimodalaren alderdi kualitatibo nagusiak simulazioaren emaitzetatik lor daitezke.Tentsio-pultsu-sarrera baten kasuan, SMA hariaren tenperatura handitzen da Joule beroketa-efektuaren ondorioz.Martensita bolumen-frakzioaren (\(\xi\)) hasierako balioa 1ean ezartzen da, materiala hasiera batean fase guztiz martensitikoan baitago.Hariak berotzen jarraitzen duen heinean, SMA hariaren tenperaturak tentsio-zuzendutako austenita-nukleazio-tenperatura \(A_s^{\prime}\) gainditzen du, eta ondorioz martensita bolumen-frakzioa gutxitzen da, 4c irudian ikusten den moduan.Horrez gain, irud.4e-k eragingailuaren trazuen banaketa denboran erakusten du, eta irudian.5 – indar eragilea denboraren arabera.Erlazionatutako ekuazio-sistema batek tenperatura, martensita bolumen-frakzioa eta harian garatzen den tentsioa barne hartzen ditu, SMA hariaren uzkurdura eta eragingailuak sortutako indarraren ondorioz.irudian ikusten den bezala.4d,f, tentsio-aldakuntza tenperaturarekin eta martensita bolumen-frakzioaren aldakuntza tenperaturarekin SMAren histeresi-ezaugarriekin bat datoz 7 V-ko kasu simulatuan.
Gidatzeko parametroen konparazioa esperimentu eta kalkulu analitikoen bidez lortu da.Hariek 7 V-eko pultsatuko sarrerako tentsioa jasan zuten 10 segundoz, eta gero 15 segundoz hoztu ziren (hozte fasea) bi ziklotan zehar.Pinnate angelua \(40^{\circ}\)-n ezartzen da eta SMA hariaren hasierako luzera pin bakarreko hanka bakoitzean 83 mm-koa da.(a) Indar eragilea karga-zelula batekin neurtzea (b) Hariaren tenperatura kontrolatzea kamera infragorri termiko batekin.
Parametro fisikoek gailuak sortutako indarran duten eragina ulertzeko, eredu matematikoak aukeratutako parametro fisikoekiko duen sentikortasunaren analisia egin da, eta parametroak haien eraginaren arabera sailkatu dira.Lehenik eta behin, ereduaren parametroen laginketa banaketa uniformeari jarraituz diseinu esperimentalaren printzipioak erabiliz egin zen (ikus Sentsibilitate-Analisiari buruzko Atal Osagarria).Kasu honetan, ereduaren parametroek sarrerako tentsioa (\(V_{in}\)), hasierako SMA hariaren luzera (\(l_0\)), triangelu angelua (\(\alpha\)), alborapen malgukiaren konstantea (\(K_x\)), konbekziozko bero-transferentzia koefizientea (\(h_T\)) eta adar unimodal kopurua (n).Hurrengo urratsean, muskulu-indarra gailurra aukeratu zen azterketa-diseinuaren eskakizun gisa eta aldagai multzo bakoitzak indarran dituen efektu parametrikoak lortu ziren.Sentikortasunaren analisirako tornadoen grafikoak parametro bakoitzeko korrelazio koefizienteetatik atera dira, 6a irudian ikusten den moduan.
(a) Ereduaren parametroen korrelazio-koefizienteen balioak eta goiko ereduko parametroetako 2500 talde bakarren irteerako indar maximoan duten eragina tornadoen grafikoan erakusten da.Grafikoak hainbat adierazleren maila-korrelazioa erakusten du.Argi dago \(V_{in}\) dela korrelazio positiboa duen parametro bakarra, eta \(l_0\) dela korrelazio negatibo handiena duen parametroa.Hainbat konbinaziotan hainbat parametroren eragina muskulu-indarra gailurrean (b, c) agertzen da.\(K_x\) 400 eta 800 N/m bitartekoa da eta n 4 eta 24 bitartekoa. Tentsioa (\(V_{in}\)) 4V-tik 10V-ra aldatu zen, hariaren luzera (\(l_{0} \)) 40-100 mm-ra aldatu zen, eta buztanaren angelua (\ (\-{0}\2)) aldarazi zuen (\ (\-\{0}}\{0}\)-tik.
irudian.6a-k parametro bakoitzerako korrelazio-koefiziente ezberdinen tornado grafikoa erakusten du, indar gailurraren diseinu-eskakizunekin.irudetatik.6a ikus daiteke tentsio-parametroa (\(V_{in}\)) irteerako indar maximoarekin zuzenean lotuta dagoela, eta konbekziozko bero-transferentzia koefizientea (\(h_T\)), suaren angelua (\ ( \alpha\)), desplazamendu-malgukiaren konstantea ( \(K_x\)) negatiboki erlazionatuta dago irteerako indarrarekin eta SMA\u_re) ​​adarraren hasierako luzerarekin (n) alderantzizko korrelazio sendoa erakusten du Korrelazio zuzenaren kasuan Tentsioaren korrelazio koefizientearen balio handiagoaren kasuan (\(V_ {in}\)) parametro honek potentzia-irteeran eragin handiena duela adierazten du.Antzeko beste analisi batek indar gailurra neurtzen du parametro ezberdinek bi espazio konputazionalen konbinazio desberdinetan duten eragina ebaluatuz, 6b, c. irudian ikusten den bezala.\(V_{in}\) eta \(l_0\), \(\alpha\) eta \(l_0\) antzeko ereduak dituzte, eta grafikoak erakusten du \(V_{in}\) eta \(\alpha\ ) eta \(\alpha\) antzeko ereduak dituztela.\(l_0\) balio txikiagoek indar gailur handiagoak eragiten dituzte.Beste bi grafikoak 6a irudiarekin bat datoz, non n eta \(K_x\) korrelazio negatiboa duten eta \(V_{in}\) positiboki erlazionatuta dauden.Azterketa honek eragin-parametroak definitzen eta doitzen laguntzen du, zeinen bidez irteerako indarra, ibilaldia eta eragiketa sistemaren eskakizunetara eta aplikaziora egokitzeko.
Egungo ikerketa-lanak N maila dituzten unitate hierarkikoak aurkezten eta ikertzen ditu.Bi mailatako hierarkian, 7a irudian ikusten den bezala, non lehen mailako eragingailuaren SMA hari bakoitzaren ordez antolamendu bimodala lortzen den, irudian ikusten den bezala.9e.irudian.7c-k erakusten du nola SMA alanbrea luzetarako norabidean bakarrik mugitzen den beso mugikor baten inguruan (beso laguntzailea) inguratzen den.Hala ere, lehen beso mugikorra etapa anitzeko 1. etapako eragingailuaren beso mugigarriaren modu berean mugitzen jarraitzen du.Normalean, N-etapako unitate bat \(N-1\) etapako SMA kablea lehen etapako unitate batekin ordezkatuz sortzen da.Ondorioz, adar bakoitzak lehen etapako diskoa imitatzen du, alanbreari berari eusten dion adarra izan ezik.Modu honetan, lehen mailako unitateen indarrak baino hainbat aldiz handiagoak diren indarrak sortzen dituzten egitura habiatuak eratu daitezke.Azterketa honetan, maila bakoitzerako, 1 m-ko guztizko SMA hari-luzera eraginkorra hartu da kontuan, 7d irudian taula formatuan ageri den bezala.Diseinu unimodal bakoitzean kable bakoitzeko korrontea eta SMA hari-segmentu bakoitzean sortzen den aurre-tentsioa eta tentsioa berdinak dira maila bakoitzean.Gure eredu analitikoaren arabera, irteerako indarra mailarekin positiboki erlazionatuta dago, eta desplazamendua negatiboki erlazionatuta dago.Aldi berean, desplazamenduaren eta muskulu-indarraren arteko truke-off bat zegoen.irudian ikusten den bezala.7b, indar maximoa geruza kopuru handienean lortzen den bitartean, desplazamendu handiena geruza baxuenean ikusten da.Hierarkia maila \(N=5\) ezarri zenean, 2,58 kN-ko muskulu-indar gailurra aurkitu zen ikusitako 2 trazu \(\upmu\)m-rekin.Bestalde, lehen etapako unitateak 150 N-ko indarra sortzen du 277 \(\upmu\)m-ko ibilbidean.Maila anitzeko eragingailuek benetako muskulu biologikoak imitatzeko gai dira, non forma memoriako aleazioetan oinarritutako muskulu artifizialak indar nabarmen handiagoak sortzeko gai diren mugimendu zehatz eta finagoekin.Diseinu miniaturizatu honen mugak hauek dira: hierarkia handitzen den heinean, mugimendua asko murrizten da eta unitateak fabrikatzeko prozesuaren konplexutasuna areagotzen da.
(a) Bi faseko (\(N=2\)) geruzadun forma memoria aleaziozko eragingailu lineal-sistema bat erakusten da konfigurazio bimodalean.Proposatutako eredua lehen etapako geruzadun eragingailuko SMA hariaren ordez etapa bakarreko beste geruzadun eragingailu batekin lortzen da.(c) Bigarren etapako geruza anitzeko eragingailuaren konfigurazio deformatua.(b) Indar eta desplazamenduen banaketa maila kopuruaren arabera deskribatzen da.Eragingailuaren indar gailurra grafikoko eskala-mailarekin positiboki erlazionatuta dagoela aurkitu da, trazua eskala-mailarekin negatiboki erlazionatuta dagoela.Hari bakoitzeko korrontea eta aurre-tentsioa konstante mantentzen dira maila guztietan.(d) Taulan txorroten kopurua eta SMA alanbrearen (zuntzaren) luzera erakusten da maila bakoitzean.Harien ezaugarriak 1. indizearen bidez adierazten dira, eta bigarren mailako adar kopurua (hanka nagusiari lotuta dagoena) azpiindizeko kopuru handienarekin adierazten da.Esate baterako, 5. mailan, \(n_1\) egitura bimodal bakoitzean dagoen SMA hari kopuruari dagokio, eta \(n_5\) hanka laguntzaileen kopuruari (hanka nagusira konektatuta dagoen bat).
Hainbat metodo proposatu dituzte ikertzaile askok forma-memoria duten SMA-en portaera modelatzeko, fase-trantsizioarekin lotutako kristal-egituraren aldaketa makroskopikoekin batera datozen propietate termomekanikoen araberakoak direnak.Metodo eratzaileen formulazioa berez konplexua da.Gehien erabiltzen den eredu fenomenologikoa Tanaka28-k proposatzen du eta oso erabilia da ingeniaritzako aplikazioetan.Tanakak [28] proposatutako eredu fenomenologikoak martensitaren bolumen-frakzioa tenperaturaren eta estresaren funtzio esponentziala dela suposatzen du.Geroago, Liang eta Rogers29 eta Brinson30 eredu bat proposatu zuten, non fase-trantsizio dinamika tentsioaren eta tenperaturaren kosinu-funtzioa zela suposatzen zen, ereduan aldaketa txikiekin.Beckerrek eta Brinsonek fase-diagrametan oinarritutako eredu zinetiko bat proposatu zuten SMA materialen portaera karga-baldintza arbitrarioetan nahiz trantsizio partzialetan modelatzeko.Banerjee32-k Bekker eta Brinson31 fase-diagramen dinamikaren metodoa erabiltzen du Elahinia eta Ahmadian-ek garatutako askatasun gradu bakarreko manipulatzaile bat simulatzeko.Fase-diagrametan oinarritutako metodo zinetikoak, tenperaturarekin tentsio-aldaketa ez monotonikoa kontuan hartzen dutenak, zailak dira ingeniaritza aplikazioetan ezartzea.Elakhinia eta Ahmadian-ek lehendik dauden eredu fenomenologikoen gabezia horiei arreta jartzen die eta eredu fenomenologiko hedatu bat proposatzen dute forma-memoriaren portaera aztertzeko eta definitzeko edozein karga-baldintza konplexuetan.
SMA alanbrearen egitura-ereduak tentsioa (\(\sigma\)), tentsioa (\(\epsilon\)), tenperatura (T) eta martensita bolumen frakzioa (\(\xi\)) ematen ditu SMA alanbreak.Eredu eratzaile fenomenologikoa Tanaka-k proposatu zuen lehenik28 eta gero Liang-ek29 eta Brinson-ek30 hartu zuten.Ekuazioaren deribatuak forma du:
non E fasearen menpeko SMA Young-en modulua erabiliz lortutako \(\displaystyle E=\xi E_M + (1-\xi )E_A\) eta \(E_A\) eta \(E_M\) Young-en modulua adierazten duten fase austenitikoak eta martensitikoak dira, hurrenez hurren, eta hedapen termikoaren koefizientea \_T\theta-k adierazten du.Fase-trantsizio-ekarpen-faktorea \(\Omega = -E \epsilon _L\) da eta \(\epsilon _L\) SMA kablean berreskura daitekeen tentsio maximoa da.
Fase-dinamikaren ekuazioa Liang-ek29-k garatu eta gero Brinson-ek30-k hartu zuen kosinu-funtzioarekin bat dator Tanaka-k proposatutako funtzio esponentzialaren ordez28.Fase-trantsizio-eredua Elakhinia eta Ahmadian-ek34 proposatutako ereduaren luzapena da eta Liang-ek eta Brinson-ek30 emandako fase-trantsizio-baldintzetan oinarrituta aldatua.Fase-trantsizio-eredu honetarako erabilitako baldintzak karga termomekaniko konplexuetan baliozkoak dira.Denbora une bakoitzean, martensitaren bolumen-frakzioaren balioa kalkulatzen da ekuazio eratzailea modelizatzerakoan.
Berraldaketa-ekuazioa, berotze baldintzetan martensita austenita bihurtzean adierazitakoa, honakoa da:
non \(\xi\) martensitaren bolumen-frakzioa den, \(\xi _M\) berotu aurretik lortutako bolumen-frakzioa den, \(\displaystyle a_A = \pi /(A_f – A_s)\), \ (\displaystyle b_A = -a_A/C_A\) eta \(C_A\) – parametro kurba, T_A\) – parametro kurba, T_A\) f\) – austenita fasearen hasiera eta amaiera, hurrenez hurren, tenperatura.
Eraldaketa zuzeneko kontrol-ekuazioa, hozte-baldintzetan austenitaren fase-eraldaketak martensitara adierazten duena, hau da:
non \(\xi _A\) hoztu aurretik lortutako martensitaren bolumen-frakzioa den, \(\displaystyle a_M = \pi /(M_s – M_f)\), \(\displaystyle b_M = -a_M/C_M\) eta \ (C_M \) – kurba egokitzeko parametroak, T – SMA hariaren tenperatura, \(M_s – M_f) eta \(M_s - M_f) amaierako tenperatura, hurrenez hurren, \(M.
(3) eta (4) ekuazioak desberdindu ondoren, alderantzizko eta zuzeneko transformazio-ekuazioak sinplifikatu dira forma honetara:
Aurrera eta atzerako eraldaketan \(\eta _{\sigma}\) eta \(\eta _{T}\) balio desberdinak hartzen dituzte.\(\eta _{\sigma}\) eta \(\eta _{T}\) lotutako oinarrizko ekuazioak atal gehigarri batean eratorri eta xehetasunez eztabaidatu dira.
SMA hariaren tenperatura igotzeko behar den energia termikoa Joule berotze efektutik dator.SMA hariak xurgatu edo askatzen duen energia termikoa transformazio-bero ezkutuan adierazten da.SMA hariaren bero-galera behartutako konbekzioari dagokio, eta erradiazioen efektu arbuiagarria ikusita, bero-energia balantzearen ekuazioa honakoa da:
Non \(m_{haria}\) SMA hariaren masa osoa den, \(c_{p}\) SMAren bero-ahalmen espezifikoa den, \(V_{in}\) hariari aplikatzen zaion tentsioa den, \(R_{ohm} \ ) – fasearen menpeko erresistentzia SMA, honela definitua;\(R_{ohm} = (l/A_{gurutzea})[\xi r_M + (1-\xi )r_A]\ ) non \(r_M\ ) eta \(r_A\) martensitan eta austenitan SMA faseko erresistentzia diren hurrenez hurren, \(A_{c}\) \(A_{c}\) \(A_{c}\) \() SMA forma memoriaren azalera da.Hariaren trantsizio-bero ezkutua, T eta \(T_{\infty}\) SMA hariaren eta ingurunearen tenperaturak dira, hurrenez hurren.
Forma memoriako aleazio-hari bat aktibatzen denean, alanbrea konprimitzen da, diseinu bimodalaren adar bakoitzean zuntz-indarra deritzon indarra sortuz.SMA hariaren kate bakoitzeko zuntzek elkarrekin eragiten duten muskulu-indarra sortzen dute, 9e irudian ikusten den bezala.Alborapen malguki baten presentzia dela eta, N-garren geruza anitzeko eragingailuaren muskulu-indarra osoa hau da:
\(N = 1\) (7) ekuazioan ordezkatuz, lehen faseko disko bimodalaren prototipoaren gihar indarra honela lor daiteke:
non n hanka unimodalen kopurua den, \(F_m\) unitateak sortutako muskulu-indarra den, \​​(F_f\) SMA hariaren zuntzaren indarra den, \(K_x\) alborapenaren zurruntasuna da.malgukia, \(\alpha\) triangeluaren angelua da, \(x_0\) malgukiaren hasierako desplazamendua da SMA kablea aurre-tentsatutako posizioan eusteko, eta \(\Delta x\) eragingailuaren ibilbidea da.
Unitatearen guztizko desplazamendu edo mugimendua (\(\Delta x\)) tentsioaren (\(\sigma\)) eta tentsioaren (\(\epsilon\)) N. etapako SMA hariaren arabera, diskoa honela ezartzen da (ikus Irteeraren zati gehigarria):
Ekuazio zinematikoek unitatearen deformazioaren (\(\epsilon\)) eta desplazamenduaren edo desplazamenduaren (\(\Delta x\)) arteko erlazioa ematen dute.Arb hariaren deformazioa hasierako Arb hariaren luzeraren (\(l_0\)) eta hariaren luzeraren (l) edozein momentutan adar unimodal batean honako hau da:
non \(l = \sqrt{l_0^2 +(\Delta x_1)^2 – 2 l_0 (\Delta x_1) \cos \alpha _1}\) \(\Delta\)ABB '-n kosinu formula aplikatuz lortzen den, 8. Irudian ikusten den moduan. Lehen etapako unitaterako (\(N = 1\)\), (\(N = 1D\el\)),(x(N = 1D\el\)),\(Delta\el\) _1\) \(\alpha \) da 8. Irudian ikusten den bezala, denbora (11) ekuaziotik desberdinduz eta l-ren balioa ordezkatuz, tentsio-tasa honela idatz daiteke:
non \(l_0\) SMA hariaren hasierako luzera den, l hariaren luzera den edozein unimodal adar batean, \(\epsilon\) SMA alanbrean garatutako deformazioa den eta \(\alpha \) triangeluaren angelua da, \(\Delta x\) diskoaren desplazamendua da (8. Irudian erakusten den bezala).
Piko bakarreko n egitura guztiak (\(n=6\) irudi honetan) seriean konektatuta daude sarrerako tentsio gisa \(V_{in}\) izanik.I. etapa: SMA kablearen eskema eskematikoa konfigurazio bimodalean zero tentsio baldintzetan II. Etapa: Egitura kontrolatu bat erakusten da, non SMA kablea konprimitzen den alderantzizko bihurketaren ondorioz, marra gorriak erakusten duen moduan.
Kontzeptuaren froga gisa, SMAn oinarritutako unitate bimodal bat garatu zen azpian dauden ekuazioen deribazio simulatua emaitza esperimentalekin probatzeko.Eragingailu lineal bimodalaren CAD eredua irudian ageri da.9a.Bestalde, irud.9c-k biraketa-konexio prismatiko baterako proposatutako diseinu berri bat erakusten du bi planoko SMAn oinarritutako eragingailu bat erabiliz, egitura bimodala duena.Diskoaren osagaiak fabrikazio gehigarria erabiliz fabrikatu ziren Ultimaker 3 Extended 3D inprimagailu batean.Osagaien 3D inprimatzeko erabiltzen den materiala polikarbonatoa da, beroarekiko erresistenteak diren materialetarako egokia dena, sendoa, iraunkorra eta beira trantsizio tenperatura altua duelako (110-113 \(^{\circ }\) C).Gainera, Dynalloy, Inc. Flexinol forma memoriako aleazio alanbrea erabili zen esperimentuetan, eta Flexinol alanbreari dagozkion materialaren propietateak erabili ziren simulazioetan.SMA hari anitz muskuluen antolamendu bimodalean dauden zuntz gisa antolatzen dira geruza anitzeko eragingailuek sortutako indar handiak lortzeko, 9b, d irudian ikusten den moduan.
9a irudian ikusten den bezala, beso mugikorreko SMA hariak osatzen duen angelu zorrotzari angelua (\(\alpha\)) deitzen zaio.Ezkerreko eta eskuineko besarketetan terminaleko besarketekin lotuta, SMA alanbrea nahi den angelu bimodalean mantentzen da.Malguki-konektorean dagoen alborapen-malgukiaren gailua SMA zuntzen (n) kopuruaren arabera aldagai-malgukiaren luzapen-talde desberdinak doitzeko diseinatuta dago.Horrez gain, mugitzen diren piezen kokapena SMA alanbrea kanpoko ingurunera egon dadin diseinatuta dago, behartutako konbekzio hozteko.Muntaia desmuntagarriaren goiko eta beheko plakek SMA alanbrea hozten laguntzen dute, pisua murrizteko diseinatutako ebakidura estrusioekin.Horrez gain, CMA hariaren bi muturrak ezkerreko eta eskuineko terminaletan finkatzen dira, hurrenez hurren, krispa baten bidez.Muntaia mugigarriaren mutur batean ploter bat lotzen da goiko eta beheko plaken arteko tartea mantentzeko.Plungera sentsoreari blokeo-indarra aplikatzeko ere erabiltzen da kontaktu baten bidez, blokeo-indarra neurtzeko SMA alanbrea aktibatzen denean.
SMA muskulu-egitura bimodala seriean elektrikoki konektatuta dago eta sarrerako pultsu-tentsio baten bidez elikatzen da.Tentsio-pultsu zikloan, tentsioa aplikatzen denean eta SMA haria austenitaren hasierako tenperaturatik gora berotzen denean, hari bakoitzeko hariaren luzera laburtu egiten da.Erretrakzio honek beso mugikorren azpimultzoa aktibatzen du.Tentsioa ziklo berean zeroratu zenean, berotutako SMA alanbrea martensita gainazaleko tenperaturaren azpitik hoztu zen, eta horrela jatorrizko posiziora itzuli zen.Zero tentsio baldintzetan, SMA alanbrea alborapen malguki baten bidez pasiboki luzatzen da lehenik eta behin deskonbinatutako egoera martensitikora iristeko.SMA alanbrea igarotzen den torlojua SMA alanbreari tentsio-pultsu bat aplikatuz sortzen den konpresioaren ondorioz mugitzen da (SPA austenita fasera iristen da), eta horrek palanka mugikorra aktibatzea dakar.SMA alanbrea atzera egiten denean, malguki alboratzaileak kontrako indarra sortzen du malgukia gehiago luzatuz.Bulkada-tentsioko tentsioa zero bihurtzen denean, SMA hariak luzatzen eta bere forma aldatzen du, behartutako konbekzio-hoztearen ondorioz, fase martensitiko bikoitz batera iritsiz.
Proposatutako SMAn oinarritutako eragingailu lineal sistemak konfigurazio bimodala du, eta bertan SMA hariak angeluan dauden.(a) prototipoaren CAD eredu bat irudikatzen du, osagai batzuk eta prototiporako dituzten esanahiak aipatzen dituena, (b, d) garatutako prototipo esperimentala irudikatzen du35.(b) prototipoaren goiko ikuspegia erakusten du konexio elektrikoekin eta erabilitako malgukiak eta tensio-neurgailuekin, (d) konfigurazioaren perspektiba bat erakusten du.(e) SMA hariak bimodalki jarritako aktuazio-sistema lineal baten diagrama edozein t momentuan, zuntzaren norabidea eta ibilbidea eta muskulu-indarra erakutsiz.(c) 2-DOF biraketa-konexio prismatiko bat proposatu da bi planoko SMAn oinarritutako eragingailu bat zabaltzeko.Erakusten den bezala, loturak mugimendu lineala transmititzen du beheko unitatetik goiko besoraino, biraketa-konexio bat sortuz.Bestalde, prisma bikotearen mugimendua geruza anitzeko lehen etapako unitatearen mugimenduaren berdina da.
Azterketa esperimental bat egin zen 9b irudian agertzen den prototipoan SMAn oinarritutako disko bimodal baten errendimendua ebaluatzeko.10a irudian ikusten den bezala, konfigurazio esperimentala DC hornikuntza programagarri batez osatuta zegoen SMA kableei sarrerako tentsioa hornitzeko.irudian ikusten den bezala.10b, tentsio-neurgailu piezoelektriko bat (PACEline CFT/5kN) erabili zen blokeo-indarra neurtzeko Graphtec GL-2000 datu-erregistroa erabiliz.Datuak ostalariak erregistratzen ditu gehiago aztertzeko.Tentsio-neurgailuek eta karga-anplifikatzaileek etengabeko elikadura-hornidura behar dute tentsio-seinalea sortzeko.Dagozkion seinaleak potentzia-irteeran bihurtzen dira indar piezoelektrikoaren sentsorearen sentsibilitatearen eta beste parametro batzuen arabera, 2. taulan deskribatzen den moduan. Tentsio-pultsu bat aplikatzen denean, SMA hariaren tenperatura handitzen da, SMA hariaren konprimitzea eraginez, eta horrek eragingailuak indarra sortzen du.7 V-ko sarrerako tentsio-pultsu baten bidez muskulu-indarraren irteeraren emaitza esperimentalak irudian agertzen dira.2a.
(a) SMAn oinarritutako eragingailu lineal sistema bat ezarri zen esperimentuan eragingailuak sortutako indarra neurtzeko.Karga-zelulak blokeo-indarra neurtzen du eta 24 V DC-ko elikadura-iturri batek elikatzen du.Kablearen luzera osoan 7 V-ko tentsio-jaitsiera aplikatu zen GW Instek DC hornidura programagarria erabiliz.SMA alanbrea uzkurtzen da beroaren ondorioz, eta beso mugikorra karga-zelularekin harremanetan jartzen da eta blokeo-indarra eragiten du.Karga-zelula GL-2000 datu-erregistratzailera konektatuta dago eta datuak ostalarian gordetzen dira prozesatzeko.(b) Muskulu-indarra neurtzeko konfigurazio esperimentalaren osagaien katea erakusten duen diagrama.
Forma-memoriaren aleazioek energia termikoak kitzikatzen dituzte, beraz, tenperatura parametro garrantzitsu bihurtzen da forma-memoriaren fenomenoa aztertzeko.Esperimentalki, 11a irudian ikusten den moduan, irudi termikoak eta tenperatura neurketak egin ziren SMAn oinarritutako dibalerato-eragingailu prototipo batean.DC iturri programagarri batek sarrerako tentsioa aplikatu zien SMA kableei konfigurazio esperimentalean, 11b irudian erakusten den moduan.SMA kablearen tenperatura-aldaketa denbora errealean neurtu da bereizmen handiko LWIR kamera (FLIR A655sc) erabiliz.Ostalariak ResearchIR softwarea erabiltzen du datuak grabatzeko osteko prozesatzeko.Tentsio-pultsu bat aplikatzen denean, SMA hariaren tenperatura handitzen da, eta SMA hari txikitu egiten da.irudian.2b irudiak SMA kablearen tenperaturaren emaitza esperimentalak erakusten ditu 7V sarrerako tentsio-pultsu baten denboraren aldean.