Go raibh maith agat as cuairt a thabhairt ar Nature.com.Tá tacaíocht teoranta CSS ag an leagan brabhsálaí atá in úsáid agat.Chun an taithí is fearr a fháil, molaimid duit brabhsálaí nuashonraithe a úsáid (nó Mód Comhoiriúnachta a dhíchumasú in Internet Explorer).Idir an dá linn, chun tacaíocht leanúnach a chinntiú, cuirfimid an suíomh gan stíleanna agus JavaScript.
Úsáidtear actuators i ngach áit agus cruthaíonn siad tairiscint rialaithe tríd an bhfórsa excitation ceart nó an chasmhóimint cheart a chur i bhfeidhm chun oibríochtaí éagsúla a dhéanamh i ndéantúsaíocht agus uathoibriú tionsclaíoch.Tá an gá le tiomántáin níos tapúla, níos lú agus níos éifeachtaí ag tiomáint nuálaíochta i ndearadh tiomántán.Tairgeann thiomáineann Cóimhiotal Cuimhne Cruth (SMA) roinnt buntáistí thar thiomáineann traidisiúnta, lena n-áirítear cóimheas ard cumhachta-go-meáchain.Sa tráchtas seo, forbraíodh actuator dhá cleite SMA-bhunaithe a chomhcheanglaíonn na buntáistí a bhaineann le matáin cleite na gcóras bitheolaíoch agus airíonna uathúla SMAanna.Déanann an staidéar seo iniúchadh agus leathnú ar ghníomhairí SMA roimhe seo trí mhúnla matamaitice den actuator nua a fhorbairt bunaithe ar an socrú sreang SMA bimodal agus é a thástáil go turgnamhach.I gcomparáid le tiomántáin aitheanta bunaithe ar SMA, tá fórsa gníomhaithe an tiomántáin nua ar a laghad 5 huaire níos airde (suas le 150 N).Is é an meáchain caillteanas comhfhreagrach thart ar 67%.Tá torthaí na hanailíse íogaireachta ar shamhlacha matamaitice úsáideach chun paraiméadair dearaidh a choigeartú agus chun príomhpharaiméadair a thuiscint.Cuireann an staidéar seo i láthair tuilleadh tiomáint il-leibhéil don Nú céim ar féidir a úsáid chun dinimic a fheabhsú tuilleadh.Tá raon leathan feidhmchlár ag gníomhaithe matán divalerate atá bunaithe ar SMA, ó uathoibriú tógála go córais seachadta drugaí beachta.
Is féidir le córais bhitheolaíocha, cosúil le struchtúir mhatánacha mamaigh, go leor gníomhaithe caolchúiseacha1 a ghníomhachtú.Tá struchtúir matán éagsúla ag mamaigh, agus feidhmíonn gach ceann acu sainchuspóir.Mar sin féin, is féidir cuid mhór de struchtúr fíochán matáin mhamach a roinnt ina dhá chatagóir leathan.Comhuaineach agus pennate.Sna hamstrings agus flexors eile, mar a thugann an t-ainm le fios, tá snáithíní matáin ag an musculature comhthreomhar comhthreomhar leis an tendon lárnach.Tá slabhra na snáithíní matáin líneáilte agus ceangailte go feidhmiúil ag na fíocháin nascacha timpeall orthu.Cé go ndeirtear go bhfuil turas mór ag na matáin seo (giorrú céatadáin), tá a neart matáin iomlán an-teoranta.I gcodarsnacht leis sin, sna matán lao triceps2 (gastrocnemius cliathánach (GL)3, gastrocnemius medial (GM)4 agus soleus (SOL))) agus femoris síneadh (quadriceps) 5,6 fáil pennate fíochán matáin i ngach matán7.I struchtúr pinnate, tá na snáithíní matáin sa musculature bipennate i láthair ar an dá thaobh den tendon lárnach ag uillinneacha oblique (uillinneacha pinnate).Tagann Pennate ón bhfocal Laidine “penna”, a chiallaíonn “peann”, agus, mar a thaispeántar i bhfíor.Tá cuma cleite ar 1.Tá snáithíní na matáin pennate níos giorra agus dronuilleach le fad-ais na matán.Mar gheall ar an struchtúr pinnate, laghdaítear soghluaisteacht iomlán na matáin seo, rud a fhágann go dtiocfaidh comhpháirteanna trasnacha agus fadaimseartha an phróisis ghiorrú.Ar an láimh eile, mar thoradh ar ghníomhachtú na matáin seo tá neart muscle iomlán níos airde mar gheall ar an mbealach a dhéantar limistéar trasghearrtha fiseolaíoch a thomhas.Mar sin, le haghaidh limistéar trasghearrtha áirithe, beidh matáin pennate níos láidre agus ginfidh siad fórsaí níos airde ná matáin le snáithíní comhthreomhara.Gineann fórsaí a ghineann snáithíní aonair fórsaí muscle ar leibhéal macrascópach sa fhíochán muscle sin.Ina theannta sin, tá airíonna uathúla den sórt sin aige mar chrapadh tapa, cosaint i gcoinne damáiste teanntachta, cushioning.Athraíonn sé an gaol idir ionchur snáithíneach agus aschur cumhachta muscle trí shaothrú a dhéanamh ar ghnéithe uathúla agus ar chastacht gheoiméadrach an tsocraithe snáithíní a bhaineann le línte gníomhaíochta matán.
Taispeántar léaráidí scéimre de dhearaí actuator atá bunaithe ar SMA i ndáil le hailtireacht mhatánach dhémhódach, mar shampla (a), a léiríonn idirghníomhú fórsa tadhlach ina suitear feiste lámhmhúnlaithe arna ghníomhú ag sreanga SMA ar róbat soghluaiste uathrialach dhá roth9,10., (b) Fithphróiseas róbait le próistéise fithiseánach SMA atá suite go frith-ualaithe.Tá suíomh na súl próstéiseach á rialú ag comhartha ó mhatán súlach na súl11, (c) Tá actuators SMA oiriúnach d'iarratais faoi uisce mar gheall ar a bhfreagra ardmhinicíochta agus bandaleithead íseal.Sa chumraíocht seo, úsáidtear actuators SMA chun tairiscint tonn a chruthú trí ghluaiseacht éisc a insamhladh, (d) úsáidtear actuators SMA chun robot iniúchta micrea-phíobáin a chruthú a fhéadfaidh prionsabal tairiscint worm orlach a úsáid, arna rialú ag gluaiseacht sreanga SMA taobh istigh de chainéil 10, (e) léiríonn treo crapadh snáithíní matáin agus giniúint fórsa conarthach i bhfíochán gastrocnemius, (snáithín socraithe i bhfoirm matáin SMA) taispeánann struchtúr matáin SMA i bhfoirm peann.
Tá actuators tar éis éirí mar chuid thábhachtach de chórais mheicniúla mar gheall ar a raon leathan feidhmeanna.Dá bhrí sin, tá géarghá le tiomántáin níos lú, níos tapúla agus níos éifeachtaí.In ainneoin a gcuid buntáistí, tá sé cruthaithe go bhfuil tiomántáin thraidisiúnta costasach agus am-íditheach le cothabháil.Tá actuators hiodrálacha agus aeroibrithe casta agus costasach agus tá siad faoi réir caitheamh, fadhbanna lubrication agus teip comhpháirteanna.Mar fhreagra ar an éileamh, tá an fócas ar fhorbairt actuators cost-éifeachtach, sizing-uasmhéadú agus chun cinn bunaithe ar ábhair chliste.Tá taighde leanúnach ag féachaint ar actuators cisealta cóimhiotal cuimhne cruth (SMA) chun freastal ar an riachtanas seo.Tá gníomhaithe ordlathach uathúil sa mhéid is go gcomhcheanglaíonn siad go leor gníomhaithe scoite isteach i bhfochórais mhacrascála atá casta go geoiméadrach chun feidhmiúlacht mhéadaithe agus leathnaithe a sholáthar.I dtaca leis seo, soláthraíonn an fíochán matáin daonna a thuairiscítear thuas sampla ilchisealach den scoth de ghníomhú ilchisealach den sórt sin.Déanann an staidéar reatha cur síos ar thiomáint SMA il-leibhéil le roinnt eilimintí tiomána aonair (sreanga SMA) ailínithe leis na treoshuímh snáithíní atá i láthair i matáin bimodal, rud a fheabhsaíonn feidhmíocht tiomána iomlán.
Is é príomhchuspóir actuator aschur cumhachta meicniúil a ghiniúint mar fhórsa agus díláithriú trí fhuinneamh leictreach a thiontú.Is éard atá i gcóimhiotail chuimhne crutha ná aicme ábhar “cliste” ar féidir leo a gcruth a athchóiriú ag teochtaí arda.Faoi ualaí arda, tá méadú ar theocht na sreinge SMA mar thoradh ar aisghabháil cruth, rud a fhágann go bhfuil dlús fuinnimh gníomhaithe níos airde i gcomparáid le hábhair chliste éagsúla atá nasctha go díreach.Ag an am céanna, faoi ualaí meicniúla, éiríonn SMAnna brittle.Faoi choinníollacha áirithe, is féidir le ualach timthriallach fuinneamh meicniúil a ionsú agus a scaoileadh, rud a léiríonn athruithe cruth hysteretic inchúlaithe.De bharr na n-airíonna uathúla seo tá SMA oiriúnach le haghaidh braiteoirí, taiseadh tonnchrith agus go háirithe gníomhaithe12.Agus é seo san áireamh, tá go leor taighde déanta ar thiomáineann SMA-bhunaithe.Ba chóir a thabhairt faoi deara go bhfuil gníomhaithe atá bunaithe ar SMA deartha chun gluaisne aistritheach agus rothlach a sholáthar d’fheidhmeanna éagsúla13,14,15.Cé gur forbraíodh roinnt actuators rothlacha, tá suim ar leith ag taighdeoirí i ngníomhairí líneacha.Is féidir na hactuators líneacha seo a roinnt i dtrí chineál actuators: gníomhaithe aontoiseach, díláithrithe agus difreálach 16 .Ar dtús, cruthaíodh tiomántáin hibrideacha i gcomhar le SMA agus tiomántáin thraidisiúnta eile.Sampla amháin den sórt sin de actuator líneach hibrideach bunaithe ar SMA is ea úsáid a bhaint as sreang SMA le mótar DC chun fórsa aschuir de thart ar 100 N agus díláithriú suntasach a sholáthar17.
Ar cheann de na chéad fhorbairtí i dtiomántáin a bhí bunaithe go hiomlán ar SMA bhí an feachtas comhthreomhar SMA.Ag baint úsáide as sreanga SMA iolracha, tá an tiomáint comhthreomhar atá bunaithe ar SMA deartha chun cumas cumhachta an tiomána a mhéadú trí gach sreang SMA18 a chur i gcomhthreo.Ní hamháin go n-éilíonn nasc comhthreomhar actuators níos mó cumhachta, ach freisin cuireann sé teorainn le cumhacht aschuir sreang amháin.Míbhuntáiste eile atá ag gníomhaithe SMA is ea an taisteal teoranta is féidir leo a bhaint amach.Chun an fhadhb seo a réiteach, cruthaíodh léas cábla SMA ina raibh léas solúbtha scoite chun díláithriú a mhéadú agus gluaiseacht líneach a bhaint amach, ach níor chruthaigh sé fórsaí níos airde19.Forbraíodh struchtúir bhog agus fabraicí dífhoirmithe do róbait bunaithe ar chóimhiotail chuimhne crutha go príomha le haghaidh aimpliú tionchair20,21,22.Maidir le feidhmchláir ina bhfuil gá le hardluasanna, tuairiscítear caidéil dhlúth-tiomáinte ag baint úsáide as SMAanna scannáin thanaí le haghaidh feidhmchláir faoi thiomáint ag micreaphumpáil23.Is príomhfhachtóir é minicíocht tiomána an scannáin tanaí SMA membrane chun luas an tiománaí a rialú.Dá bhrí sin, tá freagra dinimiciúil níos fearr ag mótair líneacha SMA ná mótair earrach nó slat SMA.Dhá fheidhm eile iad róbataic bhog agus teicneolaíocht ghreimneach a úsáideann gníomhaithe atá bunaithe ar SMA.Mar shampla, chun an actuator caighdeánach a úsáidtear sa clamp spás 25 N a athsholáthar, forbraíodh actuator comhthreomhar cóimhiotail cuimhne cruth 24.I gcás eile, rinneadh actuator bog SMA bunaithe ar shreang le maitrís leabaithe a bhí in ann fórsa tarraingt uasta de 30 N a tháirgeadh. Mar gheall ar a n-airíonna meicniúla, úsáidtear SMAanna freisin chun actuators a tháirgeadh a dhéanann aithris ar fheiniméin bhitheolaíocha.Áirítear le forbairt amháin den sórt sin róbat 12 chill atá ina bhithimiméadach d’orgánach cosúil le péist talún le SMA chun tairiscint sinusóideach chuig tine26,27 a ghiniúint.
Mar a luadh cheana, tá teorainn leis an uasfhórsa is féidir a fháil ó ghníomhairí atá bunaithe ar SMA cheana féin.Chun aghaidh a thabhairt ar an tsaincheist seo, cuireann an staidéar seo struchtúr matán bithmhódach i láthair.Tiomáinte ag sreang cóimhiotail cuimhne cruth.Soláthraíonn sé córas aicmithe a chuimsíonn roinnt sreanga cóimhiotail cuimhne cruth.Go dtí seo, níor tuairiscíodh sa litríocht aon actuators bunaithe ar SMA agus a bhfuil ailtireacht chomhchosúil acu.Forbraíodh an córas uathúil agus nua seo atá bunaithe ar SMA chun staidéar a dhéanamh ar iompar SMA le linn ailíniú matán démhódach.I gcomparáid leis na gníomhaithe atá bunaithe ar SMA atá ann cheana féin, ba é sprioc an staidéir seo actuator dé-valerate bithimiméadach a chruthú chun fórsaí i bhfad níos airde a ghiniúint i méid beag.I gcomparáid le gnáth-thiomáineann mótair stepper a úsáidtear i gcórais uathoibrithe agus rialaithe foirgnimh HVAC, laghdaítear meáchan an mheicníocht tiomána faoi 67% sa dearadh tiomána démhódach atá bunaithe ar SMA.Sna rudaí seo a leanas, úsáidtear na téarmaí “muscle” agus “drive” go hidirmhalartaithe.Déanann an staidéar seo iniúchadh ar ionsamhlúchán ilfhisic a leithéid de thiomáint.Rinneadh staidéar ar iompraíocht mheicniúil na gcóras sin trí mhodhanna turgnamhacha agus anailíseacha.Rinneadh imscrúdú breise ar dháileadh fórsa agus teocht ag voltas ionchuir de 7 V. Ina dhiaidh sin, rinneadh anailís pharaiméadrach chun tuiscint níos fearr a fháil ar an gcaidreamh idir príomh-pharaiméadair agus an fórsa aschuir.Ar deireadh, samhlaíodh gníomhaithe ordlathacha agus beartaíodh éifeachtaí ar an leibhéal ordlathach mar réimse a d’fhéadfadh a bheith ann amach anseo le haghaidh gníomhaithe neamh-mhaighnéadacha d’fheidhmchláir phróistéiteacha.De réir thorthaí na staidéar thuasluaite, táirgeann úsáid ailtireachta aonchéime fórsaí ar a laghad ceithre nó cúig huaire níos airde ná gníomhaithe SMA-bhunaithe a tuairiscíodh.Ina theannta sin, tá sé léirithe go bhfuil an fórsa tiomána céanna a ghineann tiomáint illeibhéil illeibhéil níos mó ná deich n-uaire níos mó ná mar atá i dtiomántáin thraidisiúnta atá bunaithe ar SMA.Ansin tuairiscíonn an staidéar príomhpharaiméadair ag baint úsáide as anailís íogaireachta idir dearaí éagsúla agus athróga ionchuir.Tá tionchar diúltach láidir ag fad tosaigh na sreinge SMA (\(l_0\)), an uillinn pinnate (\(\alpha\)) agus líon na snáitheanna singil (n) i ngach snáithe aonair ar mhéid an fhórsa tiomána.neart, agus an voltas ionchuir (fuinneamh) iompaithe amach a bheith comhghaolú dearfach.
Taispeánann sreang SMA an éifeacht cuimhne cruth (SME) a fheictear sa teaghlach cóimhiotail nicil-tíotáiniam (Ni-Ti).De ghnáth, taispeánann SMAnna dhá chéim ag brath ar theocht: céim íseal teochta agus céim teocht ard.Tá airíonna uathúla ag an dá chéim mar gheall ar láithreacht struchtúir criostail éagsúla.Sa chéim austenític (céim teocht ard) atá os cionn an teocht chlaochlaithe, taispeánann an t-ábhar ard-neart agus tá sé dífhoirmithe go dona faoi ualach.Iompraíonn an cóimhiotal cosúil le cruach dhosmálta, agus mar sin tá sé in ann brúnna gníomhaíochta níos airde a sheasamh.Ag baint leasa as an maoin seo de chóimhiotail Ni-Ti, tá na sreanga SMA slanted chun actuator a fhoirmiú.Forbraítear samhlacha anailíseacha cuí chun tuiscint a fháil ar mheicnic bhunúsacha iompar teirmeach SMA faoi thionchar paraiméadair éagsúla agus geoiméadracht éagsúla.Fuarthas comhaontú maith idir na torthaí turgnamhacha agus anailíse.
Rinneadh staidéar turgnamhach ar an fhréamhshamhail a thaispeántar i bhFíor 9a chun feidhmíocht tiomána démhódúil a mheas bunaithe ar SMA.Rinneadh dhá cheann de na hairíonna seo, an fórsa a ghineann an tiomáint (fórsa muscle) agus teocht na sreinge SMA (teocht SMA), a thomhas go turgnamhach.De réir mar a mhéadaíonn an difríocht voltais feadh fad iomlán na sreinge sa tiomáint, ardaíonn teocht na sreinge mar gheall ar éifeacht teasa Joule.Cuireadh an voltas ionchuir i bhfeidhm i dhá thimthriall 10-s (léirithe mar poncanna dearga i bhFíor 2a, b) le tréimhse fuaraithe 15-s idir gach timthriall.Rinneadh an fórsa blocála a thomhas ag baint úsáide as tomhas brú piezoelectric, agus rinneadh monatóireacht ar dháileadh teochta na sreinge SMA i bhfíor-am ag baint úsáide as ceamara LWIR ard-réiteach eolaíoch (féach saintréithe an trealaimh a úsáidtear i dTábla 2).Léiríonn sé sin le linn na céime ardvoltais, go n-ardóidh teocht na sreinge go monotonically, ach nuair nach bhfuil aon sruth ag sileadh, leanann teocht na sreinge ag titim.Sa socrú turgnamhach reatha, thit teocht na sreinge SMA le linn na céime fuaraithe, ach bhí sé fós os cionn an teocht chomhthimpeallach.Ar fig.Taispeánann 2e pictiúr den teocht ar an tsreang SMA a tógadh ón gceamara LWIR.Ar an láimh eile, i bhfíor.Taispeánann 2a an fórsa blocála a ghineann an córas tiomána.Nuair a sháraíonn an fórsa muscle fórsa athshlánaithe an earraigh, tosaíonn an lámh shochorraithe, mar a thaispeántar i bhFíor 9a, ag bogadh.Chomh luath agus a thosaíonn an actú, tagann an lámh shochorraithe i dteagmháil leis an braiteoir, ag cruthú fórsa comhlacht, mar a thaispeántar i bhfíor.2c, d.Nuair atá an teocht uasta gar do \(84\,^{\circ}\hbox {C}\), is é 105 N an fórsa breathnaithe uasta.
Taispeánann an graf torthaí turgnamhacha teocht na sreinge SMA agus an fórsa a ghineann an actuator bithmhódach atá bunaithe ar SMA le linn dhá thimthriall.Cuirtear an voltas ionchuir i bhfeidhm in dhá thimthriall 10 soicind (léirithe mar phoncanna dearga) agus cuirtear tréimhse shuaimhnithe 15 soicind idir gach timthriall.Sreang SMA ar thrastomhas 0.51 mm a bhí sa sreang Flexinol ó Dynalloy, Inc. (a) Taispeánann an graf an fórsa turgnamhach a fuarthas thar dhá thimthriall, (c, d) taispeántar dhá shampla neamhspleácha de ghníomhú gníomhaithe lámh ag gluaiseacht ar thrasduchtóir fórsa piezoelectric PACEline CFT/5kN, (b) taispeánann an graf uasteocht an tsreang a tógadh ón tsreang SMA ar fad, (b) taispeántar teocht uasta an tsreang SMA le linn na sraithe lámhaigh SMA ar an ghraf. Bogearraí FLIR ResearchIR ceamara LWIR.Tá na paraiméadair gheoiméadracha a cuireadh san áireamh sna turgnaimh tugtha i dTábla.aon.
Déantar comparáid idir torthaí insamhalta na samhla matamaitice agus na torthaí turgnamhacha faoi choinníoll voltas ionchuir 7V, mar a thaispeántar i bhFíor.5.De réir thorthaí anailíse paraiméadracha agus chun an fhéidearthacht go ndéanfaí róthéamh ar an sreang SMA a sheachaint, soláthraíodh cumhacht 11.2 W don actuator.Baineadh úsáid as soláthar cumhachta DC in-ríomhchláraithe chun 7V a sholáthar mar an voltas ionchuir, agus tomhaiseadh sruth 1.6A trasna na sreinge.Méadaíonn an fórsa a ghineann an tiomáint agus teocht an SDR nuair a chuirtear reatha i bhfeidhm.Le voltas ionchuir de 7V, is é 78 N agus 96 N, faoi seach, an fórsa aschuir uasta a fhaightear ó thorthaí insamhalta agus torthaí turgnamhacha an chéad timthrialla.Sa dara timthriall, ba é 150 N agus 105 N, faoi seach, an fórsa aschuir uasta de na torthaí insamhalta agus turgnamhacha.D’fhéadfadh an neamhréireacht idir tomhais fórsa occlusion agus sonraí turgnamhacha a bheith mar gheall ar an modh a úsáidtear chun fórsa occlusion a thomhas.Na torthaí turgnamhacha a thaispeántar i bhfíor.Comhfhreagraíonn 5a do thomhas an fhórsa glasála, a tomhaiseadh ina dhiaidh sin nuair a bhí an seafta tiomána i dteagmháil leis an trasduchtóir fórsa piezoelectric PACEline CFT/5kN, mar a thaispeántar i bhfíor.2s.Dá bhrí sin, nuair nach bhfuil an seafta tiomána i dteagmháil leis an braiteoir fórsa ag tús an chrios fuaraithe, déantar an fórsa láithreach náid, mar a thaispeántar i bhFíor 2d.Ina theannta sin, is iad paraiméadair eile a dhéanann difear do fhoirmiú fórsa i dtimthriallta ina dhiaidh sin ná luachanna an ama fuaraithe agus comhéifeacht aistrithe teasa convective sa timthriall roimhe seo.Ó fig.2b, is féidir a fheiceáil, tar éis tréimhse fuaraithe 15 soicind, nár shroich an sreang SMA teocht an tseomra agus mar sin bhí teocht tosaigh níos airde (\(40\,^{\circ }\hbox {C}\)) sa dara timthriall tiomána i gcomparáid leis an gcéad timthriall (\(25\, ^{\circ}\hbox {C}\)).Mar sin, i gcomparáid leis an gcéad timthriall, sroicheann teocht an tsreang SMA le linn an dara timthriall teasa an teocht austenític tosaigh (\(A_s\)) níos luaithe agus fanann sé san idirthréimhse níos faide, rud a fhágann strus agus fórsa.Ar an láimh eile, tá cosúlacht cháilíochtúil ard ag dáiltí teochta le linn timthriallta teasa agus fuaraithe a fhaightear ó thurgnaimh agus ó insamhaltaí le samplaí ó anailís theirmeagrafach.Léirigh anailís chomparáideach ar shonraí teirmeacha sreinge SMA ó thurgnaimh agus ó insamhaltaí comhsheasmhacht le linn timthriallta teasa agus fuaraithe agus laistigh de lamháltais inghlactha le haghaidh sonraí turgnamhacha.Is é an teocht uasta den tsreang SMA, a fhaightear ó thorthaí insamhalta agus turgnaimh an chéad timthrialla, (89,^{ciorcal} Hbox {c}) agus (75,^{ciorcal}} {c {c}, faoi seach), agus sa dara timthriall, is é an teocht uasta den tsreang SMA {} {}} {} {} {} {} {} {} {\ t C}) agus (83,^{ciorcal} Hbox {c}).Deimhníonn an tsamhail bhunúsach forbartha éifeacht an chuimhne cruth.Níor breithníodh ról na tuirse agus an róthéamh san athbhreithniú seo.Sa todhchaí, feabhsófar an tsamhail chun stair strus na sreinge SMA a chur san áireamh, rud a fhágann go bhfuil sé níos oiriúnaí d'iarratais innealtóireachta.Tá an fórsa aschuir tiomána agus na ceapacha teochta SMA a fhaightear ó bhloc Simulink laistigh de na lamháltais incheadaithe de na sonraí turgnamhacha faoi choinníoll cuisle voltas ionchuir de 7 V. Deimhníonn sé seo cruinneas agus iontaofacht an mhúnla matamaitice forbartha.
Forbraíodh an tsamhail matamaitice i dtimpeallacht MathWorks Simulink R2020b ag baint úsáide as na cothromóidí bunúsacha a bhfuil cur síos orthu sa chuid Modhanna.Ar fig.Taispeánann 3b blocléaráid den mhúnla matamaitice Simulink.Insamhladh an tsamhail le haghaidh bíog voltais ionchuir 7V mar a thaispeántar i bhFíor 2a, b.Tá luachanna na bparaiméadar a úsáidtear san insamhalta liostaithe i dTábla 1. Cuirtear torthaí insamhalta na bpróiseas neamhbhuan i láthair i bhFíoracha 1 agus 1. Fíoracha 3a agus 4. I bhfíor.Taispeánann 4a,b an voltas ionduchtaithe sa sreang SMA agus an fórsa a ghineann an actuator mar fheidhm ama. Le linn claochlú droim ar ais (téamh), nuair a bheidh an teocht sreang SMA, \(T <A_s^{\prime}\) (teocht tosaithe chéim austenític arna mhodhnú le strus), beidh an ráta athraithe codán toirte martensite (\(\dot{\xi }\)) náid. Le linn claochlú droim ar ais (téamh), nuair a bheidh an teocht sreang SMA, \(T <A_s^{\prime}\) (teocht tosaigh chéim austenític modhnaithe ar strus), beidh an ráta athraithe an codán toirte martensite (\(\dot{\ xi }\)) a náid. Во время обратного превращения (нагрева), когда температура проволоки SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (температура наченатифида цированная напряжением), скорость изменения объемной доли мартенсита (\(\dot{\xi}\)) будет равно нулю. Le linn an chlaochlaithe droim ar ais (téamh), nuair a bheidh teocht na sreinge SMA, \(T <A_s^{\prime}\) (teocht tosaigh austenític arna mhodhnú le strus), ráta athraithe an chodáin toirte martensite (\(\dot{\ xi } \ )) náid.在反向转变（加热）过程中, 当SMA 线温度\(T <A_s^{\prime}\)（应力修正奥氏体秗尿氏体秗尿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) Toradh ionsamhlúcháin a thaispeánann dáileadh teochta agus teocht acomhail de bharr strus i ngníomhaire divalerate atá bunaithe ar SMA.Nuair a thrasnaíonn an teocht sreang an teocht trasdula austenític sa chéim téimh, tosaíonn an teocht aistrithe austenític modhnaithe a mhéadú, agus mar an gcéanna, nuair a thrasnaíonn teocht an tslat sreang an teocht aistrithe martensitic sa chéim fuaraithe, laghdaítear an teocht aistrithe martensitic.SMA le haghaidh samhaltú anailíseach ar an bpróiseas gníomhaithe.(Le haghaidh léargas mionsonraithe ar gach fochóras de shamhail Simulink, féach an chuid aguisín den chomhad forlíontach.)
Taispeántar torthaí na hanailíse ar dháileacháin pharaiméadair éagsúla ar feadh dhá thimthriall den voltas ionchuir 7V (timthriallta téamh suas 10 soicind agus timthriallta fuarú 15 soicind).Cé go léiríonn (ac) agus (e) an dáileadh le himeacht ama, ar an taobh eile, léiríonn (d) agus (f) an dáileadh le teocht.Maidir leis na coinníollacha ionchuir faoi seach, is é 106 MPa an t-uasmhéid strus breathnaithe (níos lú ná 345 MPa, neart toraidh sreinge), is é 150 N an fórsa, is é 270 µm an díláithriú uasta, agus is é 0.91 an codán toirte martensitic íosta.Ar an láimh eile, tá an t-athrú ar strus agus an t-athrú ar chodán toirte martensite le teocht cosúil le tréithe hysteresis.
Baineann an míniú céanna leis an gclaochlú díreach (fuaraithe) ón gcéim austenític go dtí an chéim martensite, áit a bhfuil teocht sreang SMA (T) agus teocht deiridh na céime martensite strus-mhodhnaithe (\(M_f^{\prime}\ )) den scoth.Ar fig.Taispeánann 4d,f an t-athrú ar an strus spreagtha (\(\sigma\)) agus an codán toirte de martensite (\(\xi\)) sa sreang SMA mar fheidhm den athrú ar theocht na sreinge SMA (T), don dá thimthriall tiomána.Ar fig.Taispeánann Fíor 3a an t-athrú ar theocht na sreinge SMA le himeacht ama ag brath ar chuisle an voltais ionchuir.Mar is léir ón bhfigiúr, leanann teocht na sreinge ag méadú trí fhoinse teasa a sholáthar ag voltas nialasach agus fuarú convective ina dhiaidh sin.Le linn téimh, tosaíonn ath-athrú martensite go dtí an chéim austenític nuair a thrasnaíonn an teocht sreang SMA (T) an teocht núiclithe austenític atá ceartaithe le strus (\(A_s^{\prime}\)).Le linn na céime seo, tá an sreang SMA comhbhrúite agus gineann an actuator fórsa.Chomh maith leis sin le linn fuaraithe, nuair a thrasnaíonn teocht na sreinge SMA (T) teocht núiclithe na céime martensite strus-mhodhnaithe (\(M_s^{\prime}\)) tá aistriú dearfach ón gcéim austenític go dtí an chéim martensite.laghdaítear an fórsa tiomána.
Is féidir na príomhghnéithe cáilíochtúla den tiomáint bimodal atá bunaithe ar SMA a fháil ó na torthaí insamhalta.I gcás ionchur pulse voltais, méaduithe teocht an tsreang SMA mar gheall ar éifeacht téimh Joule.Socraítear luach tosaigh an chodáin toirte martensite (\(\xi\)) go 1, ós rud é go bhfuil an t-ábhar i gcéim iomlán martensitic ar dtús.De réir mar a leanann an sreang ag teas suas, sáraíonn teocht na sreinge SMA an teocht núiclithe austenític atá ceartaithe le strus \(A_s^{\prime}\), rud a fhágann go laghdaítear an codán toirte martensite, mar a thaispeántar i bhFíor 4c.Ina theannta sin, i bhfíor.Léiríonn 4e dáileadh strokes an actuator in am, agus i bhfíor.5 – fórsa tiomána mar fheidhm ama.Áirítear le córas cothromóidí gaolmhara teocht, codán toirte martensite, agus strus a fhorbraíonn sa sreang, rud a fhágann crapadh sreang SMA agus an fórsa a ghineann an actuator.Mar a thaispeántar i bhfíor.Freagraíonn 4d,f, éagsúlacht voltais le teocht agus éagsúlacht codán toirte martensite le teocht do shaintréithe hysteresis an SMA sa chás insamhlaithe ag 7 V.
Fuarthas comparáid idir paraiméadair tiomána trí thurgnaimh agus ríomhanna anailíse.Cuireadh na sreanga faoi voltas ionchuir bíogach 7 V ar feadh 10 soicind, ansin fuaraíodh iad ar feadh 15 soicind (céim an fhuaraithe) thar dhá thimthriall.Socraítear an uillinn pinnate go \(40^{\circ}\) agus socraítear fad tosaigh na sreinge SMA i ngach cos bioráin go 83mm.(a) An fórsa tiomána le hualachchill a thomhas (b) Monatóireacht a dhéanamh ar theocht na sreinge le ceamara infridhearg teirmeach.
D'fhonn tionchar na bparaiméadar fisiceach a thuiscint ar an bhfórsa a tháirgtear ag an tiomáint, rinneadh anailís ar íogaireacht an mhúnla matamaitice do na paraiméadair fhisiceacha roghnaithe, agus rinneadh na paraiméadair a rangú de réir a dtionchar.Ar dtús, rinneadh sampláil ar pharaiméadair mhúnla ag baint úsáide as prionsabail dearaidh thurgnamhach a lean dáileadh aonfhoirmeach (féach an Roinn Fhorlíontach ar Anailís Íogaireachta).Sa chás seo, cuimsíonn paraiméadair an mhúnla voltas ionchuir (\(V_{in}\)), fad sreinge tosaigh SMA (\(l_0\)), uillinn triantáin (\(\ alfa\)), tairiseach earrach claonta (\(K_x\ )), an chomhéifeacht aistrithe teasa convective (\(h_T\)) agus líon na mbrainsí unimodal (n).Sa chéad chéim eile, roghnaíodh buaic-neart muscle mar riachtanas dearadh staidéir agus fuarthas éifeachtaí paraiméadracha gach sraith athróg ar neart.Díorthaíodh na ceapacha tornado don anailís íogaireachta ó na comhéifeachtaí comhghaolaithe do gach paraiméadar, mar a léirítear i bhFíor 6a.
(a) Taispeántar sa phlota tornádó comhéifeacht comhghaoil na bparaiméadar samhla agus a n-éifeacht ar an bhfórsa aschuir uasta de 2500 grúpa uathúla de na paraiméadair mhúnla thuas.Taispeánann an graf comhghaolú céime roinnt táscairí.Is léir gurb é \(V_{in}\) an t-aon pharaiméadar a bhfuil comhghaol deimhneach aige, agus is é \(l_0\) an paraiméadar leis an gcomhghaol diúltach is airde.Léirítear éifeacht paraiméadair éagsúla i gcomhcheangail éagsúla ar bhuaic-neart muscle i (b, c).Raonta \(K_x\) ó 400 go 800 N/m agus n raonta ó 4 go 24. Voltas (\(V_{in}\)) athraigh ó 4V go 10V, fad sreang (\(l_{0 } \)) athraigh ó 40 go 100 mm, agus an uillinn eireaball \ (\ ) (\ 0 } athraigh) (\pha) (\ ) (\ 0 } , \ 0 , \ 0 , \ 0 , \ 0 , \ 0 ) .
Ar fig.Taispeánann 6a plota tornado de chomhéifeachtaí comhghaoil éagsúla do gach paraiméadar le riachtanais dearaidh fórsa tiomána buaic.Ó fig.6a is féidir a fheiceáil go bhfuil baint dhíreach ag an bparaiméadar voltais (\(V_{in}\)) leis an bhfórsa aschuir uasta, agus an comhéifeacht aistrithe teasa convective (\(h_T\)), uillinn lasair ( \ ( \ alfa \ ) ), tairiseach earrach díláithrithe ( \(K_x \)) comhghaolú diúltach leis an bhfórsa aschuir agus an fad tosaigh Sreang (\) (\) agus léiríonn an fad sreinge unmodi (\) (l) agus an fad tosaigh Sreang (\) comhghaol inbhéartach láidir I gcás comhghaol díreach I gcás luach níos airde den chomhéifeacht comhghaolaithe voltais (\(V_ {in}\)) léiríonn sé go bhfuil an éifeacht is mó ag an bparaiméadar seo ar an aschur cumhachta.Tomhaiseann anailís eile den chineál céanna an buaicfhórsa trí éifeacht paraiméadair dhifriúla a mheas i gcomhcheangail dhifriúla den dá spás ríomhaireachtúla, mar a léirítear i bhFíor 6b, c.Tá patrúin comhchosúla ag \(V_{in}\) agus \(l_0\), \(\alpha\) agus \(l_0\), agus léiríonn an graf go bhfuil patrúin comhchosúla ag \(V_{in}\) agus \(\alpha\ ) agus \(\alpha\).Bíonn buaicfhórsaí níos airde mar thoradh ar luachanna níos lú de \(l_0\).Tá an dá cheapachán eile comhsheasmhach le Fíor 6a, áit a bhfuil comhghaolú diúltach idir n agus \(K_x\) agus \(V_{in}\) comhghaolaithe go dearfach.Cuidíonn an anailís seo leis na paraiméadair tionchair a shainiú agus a choigeartú trína bhféadfar fórsa aschuir, stróc agus éifeachtúlacht an chórais tiomána a oiriúnú do na ceanglais agus don chur i bhfeidhm.
Tugann obair thaighde reatha isteach agus imscrúdaíonn tiomáint ordlathach le leibhéil N.In ordlathas dhá leibhéal, mar a thaispeántar i bhFíor 7a, áit a ndéantar socrú démhódach in ionad gach sreang SMA den actuator céadleibhéil, mar a thaispeántar i bhfíor.9e.Ar fig.Léiríonn 7c an chaoi a ndéantar an sreang SMA a fhoirceannadh timpeall ar ghéag shochorraithe (géag chúnta) nach ngluaiseann ach sa treo fadaimseartha.Mar sin féin, leanann an lámh shochorraithe phríomhúil ag gluaiseacht ar an mbealach céanna le lámh shochorraithe actuator ilchéime an 1ú céim.Go hiondúil, cruthaítear tiomántán N-chéim trí thiomáint céadchéime a chur in ionad na sreinge céime SMA \(N-1\).Mar thoradh air sin, déanann gach brainse aithris ar an tiomáint chéad chéim, ach amháin an brainse a shealbhaíonn an sreang féin.Ar an mbealach seo, is féidir struchtúir neadaithe a fhoirmiú a chruthaíonn fórsaí atá arís agus arís eile níos mó ná fórsaí na dtiomántán príomhúil.Sa staidéar seo, do gach leibhéal, cuireadh san áireamh fad sreinge SMA éifeachtach iomlán de 1 m, mar a thaispeántar i bhformáid tábla i bhFíor 7d.Tá an sruth trí gach sreang i ngach dearadh unimodal agus an réamhbhrú agus an voltas mar thoradh air i ngach deighleog sreang SMA mar an gcéanna ag gach leibhéal.De réir ár múnla anailíseach, tá an fórsa aschuir comhghaolú go dearfach leis an leibhéal, agus tá an dí-chomhghaolú go diúltach.Ag an am céanna, bhí comhbhabhtáil idir díláithriú agus neart matán.Mar atá le feiceáil i bhfíor.7b, cé go mbaintear amach an fórsa uasta sa líon is mó sraitheanna, breathnaítear an díláithriú is mó sa chiseal is ísle.Nuair a socraíodh an leibhéal ordlathais go \(N=5\), fuarthas buaicfhórsa matán 2.58 kN le 2 stróc breathnaithe \(\upmu\)m.Ar an láimh eile, gineann tiomáint na chéad chéime fórsa 150 N ag stróc 277 \(\upmu\)m.Tá actuators il-leibhéil in ann mimic matáin bitheolaíocha fíor, i gcás ina bhfuil matáin saorga atá bunaithe ar chóimhiotail cuimhne cruth in ann fórsaí i bhfad níos airde a ghiniúint le gluaiseachtaí beacht agus níos míne.Is iad teorainneacha an dearadh miniaturized seo ná de réir mar a mhéadaíonn an t-ordlathas, go laghdaítear an ghluaiseacht go mór agus go n-ardóidh castacht an phróisis déantúsaíochta tiomáint.
(a) Taispeántar córas actuator líneach cóimhiotal cuimhne cruth dhá chéim (\(N=2\)) i gcumraíocht dhémhódach.Baintear amach an tsamhail atá beartaithe trí actuator sraitheach aonchéime eile a chur in ionad na sreinge SMA in actuator sraitheach na chéad chéime.(c) Cumraíocht dhífhoirmithe an actuator ilchiseal dara céim.(b) Déantar cur síos ar dháileadh fórsaí agus díláithrithe ag brath ar líon na leibhéal.Fuarthas amach go bhfuil buaicfhórsa an actuator comhghaolaithe go dearfach leis an leibhéal scála ar an ngraf, cé go bhfuil an stróc comhghaolú diúltach leis an leibhéal scála.Fanann an sruth agus an réamhvoltas i ngach sreang tairiseach ag gach leibhéal.(d) Taispeánann an tábla líon na sconnaí agus fad na sreinge SMA (snáithín) ag gach leibhéal.Léirítear saintréithe na sreanga ag innéacs 1, agus tá líon na mbrainsí tánaisteacha (ceann amháin ceangailte leis an gcos bunscoile) in iúl ag an líon is mó sa fhoscríbhinn.Mar shampla, ag leibhéal 5, tagraíonn \(n_1\) do líon na sreanga SMA atá i láthair i ngach struchtúr démhódach, agus tagraíonn \(n_5\) do líon na gcosa cúnta (ceann amháin ceangailte leis an bpríomhchos).
Tá modhanna éagsúla molta ag go leor taighdeoirí chun iompar SMAanna a shamhaltú le cuimhne cruth, atá ag brath ar na hairíonna teirmeicniúla a ghabhann leis na hathruithe macrascópacha sa struchtúr criostail a bhaineann leis an aistriú céime.Tá foirmiú modhanna bunreachtúla casta go bunúsach.Is é Tanaka28 an tsamhail feiniméineolaíoch is coitianta a úsáidtear agus úsáidtear go forleathan é in iarratais innealtóireachta.Glacann an tsamhail feiniméineolaíoch atá molta ag Tanaka [28] leis gur feidhm easpónantúil teochta agus strus é an codán toirte de martensite.Níos déanaí, mhol Liang agus Rogers29 agus Brinson30 múnla inar glacadh leis go raibh an dinimic trasdula céime ina feidhm chomhshine de voltas agus teocht, le mionathruithe ar an múnla.Mhol Becker agus Brinson múnla cinéiteach bunaithe ar léaráid chéim chun iompar ábhar SMA a shamhaltú faoi choinníollacha lódála treallach chomh maith le haistrithe páirteacha.Úsáideann Banerjee32 modh dinimic léaráide chéim Bekker agus Brinson31 chun ionramhálaí aonchéime saoirse a d’fhorbair Elahinia agus Ahmadian33 a insamhail.Tá sé deacair modhanna cinéiteach atá bunaithe ar léaráidí céime, a chuireann san áireamh an t-athrú nonmonotonic ar voltas le teocht, a chur i bhfeidhm in iarratais innealtóireachta.Tarraingíonn Elakhinia agus Ahmadian aird ar na heasnaimh seo ar mhúnlaí feiniméineolaíocha atá ann cheana féin agus molann siad múnla feiniméineolaíoch leathnaithe chun iompar cuimhne cruth a anailísiú agus a shainiú faoi aon choinníollacha lódála casta.
Tugann an tsamhail struchtúrach de shreang SMA strus ( \ ( \ sigma \ ) ), brú ( \ ( \ epsilon \ ) ) , teocht (T ), agus codán toirte martensite ( \ ( \ xi \ ) ) de shreang SMA.Ba é Tanaka28 a mhol an tsamhail bhunreachtúil feiniméineolaíoch ar dtús agus ghlac Liang29 agus Brinson30 léi níos déanaí.Tá an fhoirm ag díorthach na cothromóide:
áit a bhfuil E an phasspleách Modal SMA Young a fhaightear trí úsáid a bhaint as \(\displaystyle E=\xi E_M + (1-\xi )E_A\) agus \(E_A\) agus \(E_M\) a sheasann do mhodal Young, is céimeanna austenític agus martensitic, faoi seach, agus is é \(\ta) comhéifeacht an fhairsingithe theirmeach.Is é an fachtóir ranníocaíochta trasdula céime ná \(\Omega = -E \epsilon _L\) agus \(\epsilon _L\) an brú uasta in-aisghabhála sa sreang SMA.
Comhtharlaíonn an chothromóid dinimic phas leis an bhfeidhm comhshínis a d'fhorbair Liang29 agus a ghlac Brinson30 níos déanaí in ionad na feidhme easpónantúla a mhol Tanaka28.Síneadh atá sa tsamhail trasdula céime ar an tsamhail a mhol Elakhinia agus Ahmadian34 agus modhnaithe bunaithe ar na coinníollacha aistrithe céime a thug Liang29 agus Brinson30.Tá na coinníollacha a úsáidtear don mhúnla aistrithe céime seo bailí faoi ualaí casta teirmeicniúla.Ag gach nóiméad ama, ríomhtar luach an chodáin toirte de martensite agus an chothromóid chomhdhéanach á shamhaltú.
Is é seo a leanas an chothromóid athchlaochlaithe rialaithe, arna chur in iúl trí chlaochlú martensite go austenít faoi choinníollacha téimh:
nuair is é \(\xi\) an codán toirte de martensite, \(\xi _M\) an codán toirte de martensite a fhaightear roimh théamh, \(\ displaystyle a_A = \ pi /(A_f – A_s)\), \ ( \displaystyle b_A = -a_A/C_A\) agus \(C_A\) – cuar, thart ar theocht, T – Sreanga, agus paraiméadair teochta T – A_F_s. tús agus deireadh na céime austenític, faoi seach, teocht.
Is é an chothromóid rialaithe claochlaithe díreach, arna léiriú ag an gclaochlú céime ó austenític go martensite faoi choinníollacha fuaraithe:
áit arb é \(\xi _A\) an codán toirte de martensite a fhaightear roimh fhuarú, \(\displaystyle a_M = \ pi /(M_s – M_f)\), \(\displaystyle b_M = -a_M/C_M\) agus \ (C_M \) – paraiméadair feistiú cuar, T – teocht sreang SMA, \(M_s_f) agus faoi seach.
Tar éis cothromóidí (3) agus (4) a dhifreáil, simplítear na cothromóidí inbhéartacha agus claochlaithe díreacha go dtí an fhoirm seo a leanas:
Le linn claochlú ar aghaidh agus siar \(\eta _{\sigma}\) agus \(\eta _{T}\) tóg luachanna éagsúla.Díorthaíodh agus pléadh go mion na cothromóidí bunúsacha a bhaineann le \(\eta _{\sigma}\) agus \(\eta _{T}\) i rannán breise.
Tagann an fuinneamh teirmeach a theastaíonn chun teocht an tsreang SMA a ardú ó éifeacht téimh Joule.Léirítear an fuinneamh teirmeach arna ionsú nó arna scaoileadh ag an sreang SMA ag teas folaigh an chlaochlaithe.Tá an caillteanas teasa sa sreang SMA mar gheall ar chomhiompar éigean, agus mar gheall ar éifeacht diomaibhseach na radaíochta, is é seo a leanas an chothromóid iarmhéid fuinnimh teasa:
I gcás inarb é \(m_{wire}\) mais iomlán na sreinge SMA, is é \(c_{p}\) saintoilleadh teasa an SMA, is é \(V_{in}\) an voltas a chuirtear i bhfeidhm ar an sreang, \(R_{ohm} \ ) – friotaíocht céim-spleách SMA, arna shainmhíniú mar;\(R_{ohm} = (l/A_{tras})[\xi r_M + (1-\xi )r_A]\ ) áit a bhfuil \(r_M\ ) agus \(r_A\) an fhriotaíocht chéim SMA i martensite agus austenít, faoi seach, is é \(A_{c}\) an t-achar dromchla de (an cruth SMA sreang \, cuimhne SMA \).Is ionann teas folaigh trasdulta na sreinge, T agus \(T_{\infty}\) agus teocht na sreinge SMA agus an timpeallacht, faoi seach.
Nuair a ghníomhaítear sreang cóimhiotail cuimhne cruth, comhbhrúíonn an sreang, rud a chruthaíonn fórsa i ngach brainse den dearadh bithmhódach ar a dtugtar fórsa snáithíneach.Cruthaíonn fórsaí na snáithíní i ngach snáithe den tsreang SMA le chéile an fórsa matán chun gníomhú, mar a thaispeántar i bhFíor 9e.Mar gheall ar earrach laofa a bheith ann, is é fórsa matán iomlán an Nú actuator ilchiseal ná:
Nuair a chuirtear \(N = 1\) isteach i gcothromóid (7), is féidir neart matán fhréamhshamhail tiomána démhódúil na chéad chéime a fháil mar seo a leanas:
nuair is é n líon na gcosa aonmhódacha, is é \(F_m\) an fórsa matáin a ghineann an tiomáint, \ (F_f\) an neart snáithín sa sreang SMA, is é \(K_x\) an stiffness claonta.earrach, is é \(\ alfa\) uillinn an triantáin, is é \(x_0\) fritháireamh tosaigh an earraigh claonta chun an cábla SMA a choinneáil sa suíomh réamhtheannaithe, agus is é \(\Delta x\) an actuator taistil.
Díláithriú nó gluaiseacht iomlán an tiomántáin (\(\Delta x\)) ag brath ar an voltas (\(\sigma\)) agus brú (\(\epsilon\)) ar shreang SMA an Nú céim, socraítear an tiomáint go (féach Fíor. cuid bhreise den aschur):
Tugann na cothromóidí cineamatacha an gaol idir dífhoirmiúchán tiomántán (\(\epsilon\)) agus díláithriú nó díláithriú (\(\Delta x\)).Seo a leanas dífhoirmiú na sreinge Arb mar fheidhm den fhad sreang Arb tosaigh ( \(l_0 \)) agus fad na sreinge (l) ag am ar bith t i mbrainse aonmhódúil amháin:
áit a bhfaightear \(l = \ sqrt{l_0^2 +(\Delta x_1)^2 - 2 l_0 (\Delta x_1) \cos \alpha _1}\) tríd an bhfoirmle cósine a chur i bhfeidhm i \(\Delta\)ABB', mar a thaispeántar i bhFíor 8. Don tiomántán chéad chéim (\(N = (1\)) is x (\(N = 1\x)) an tiomántán céadchéime (\(N = 1\x)) agus Is é alfa _1\) \(\alfa\) mar a thaispeántar i bhFíor 8, trí idirdhealú a dhéanamh idir an t-am ó chothromóid (11) agus luach l a chur ina ionad, is féidir an ráta brú a scríobh mar:
nuair is é \(l_0\) fad tosaigh na sreinge SMA, is é l fad na sreinge tráth ar bith t i mbrainse aonmhódúil amháin, is é \(\epsilon\) an dífhoirmiúchán a forbraíodh sa sreang SMA, agus is é \(\ alfa \) uillinn an triantáin, \(\Delta x\) an fhritháireamh tiomána (mar a thaispeántar i bhFíor 8).
Tá gach n struchtúr aonbhuaic (\(n=6\) san fhigiúr seo) ceangailte i sraith le \(V_{in}\) mar an voltas ionchuir.Céim I: Léaráid scéimreach de shreang SMA i gcumraíocht bimodal faoi choinníollacha nialasvoltais Céim II: Taispeántar struchtúr rialaithe ina bhfuil an sreang SMA comhbhrúite mar gheall ar chomhshó inbhéartach, mar atá léirithe ag an líne dearg.
Mar chruthúnas ar choincheap, forbraíodh tiomántán démhódach bunaithe ar SMA chun díorthú insamhlaithe na gcothromóidí bunúsacha a thástáil le torthaí turgnamhacha.Taispeántar samhail CAD den actuator líneach démhódach i bhfíor.9a.Ar an láimh eile, i bhfíor.Taispeánann 9c dearadh nua atá beartaithe do nasc priosmatach rothlach ag baint úsáide as actuator dhá-eitleán bunaithe ar SMA le struchtúr démhódach.Rinneadh na comhpháirteanna tiomána ag baint úsáide as déantúsaíocht breiseán ar printéir Ultimaker 3 Breisithe 3D.Is é an t-ábhar a úsáidtear chun comhpháirteanna a phriontáil 3D ná polacarbónáit atá oiriúnach d'ábhair teas-resistant mar go bhfuil sé láidir, buan agus go bhfuil teocht trasdula gloine ard (110-113 \(^{\circ }\) C).Ina theannta sin, úsáideadh sreang cóimhiotail cuimhne cruth Dynalloy, Inc. sna turgnaimh, agus baineadh úsáid as na hairíonna ábhartha a fhreagraíonn don sreang Flexinol sna insamhaltaí.Socraítear sreanga iolracha SMA mar shnáithíní atá i láthair i socrú démhódach matáin chun na fórsaí arda a tháirgeann gníomhaithe ilchiseal a fháil, mar a thaispeántar i bhFíor 9b, d.
Mar a léirítear i bhFíor 9a, tugtar an uillinn (\(\alfa\)) ar an ngéaruillinn a fhoirmíonn an sreang SMA lámh shochorraithe.Le teanntáin críochfoirt ceangailte leis na teanntáin chlé agus ar dheis, coinnítear an sreang SMA ag an uillinn bimodal atá ag teastáil.Tá an gléas earrach claonta a choinnítear ar an gcónascaire earrach deartha chun na grúpaí síneadh earraigh claonta éagsúla a choigeartú de réir líon (n) snáithíní SMA.Ina theannta sin, tá suíomh na gcodanna atá ag gluaiseacht deartha ionas go mbeidh an sreang SMA nochta don timpeallacht sheachtrach le haghaidh fuarú convection éigean.Cuidíonn plátaí barr agus bun an chomhthionóil inscortha an sreang SMA a choinneáil fionnuar le gearrtha amach easbhrúite atá deartha chun meáchan a laghdú.Ina theannta sin, socraítear an dá chríoch den sreang CMA ar na críochfoirt chlé agus ar dheis, faoi seach, trí crimp.Tá plunger ceangailte le foirceann amháin den tionól sochorraithe chun imréiteach a choinneáil idir na plátaí barr agus bun.Úsáidtear an plunger freisin chun fórsa blocála a chur i bhfeidhm ar an braiteoir trí theagmhálaí chun an fórsa blocála a thomhas nuair a ghníomhaítear an sreang SMA.
Tá an struchtúr matán bithmhódach SMA ceangailte go leictreach i sraith agus á thiomáint ag voltas cuisle ionchuir.Le linn an timthriall pulse voltais, nuair a chuirtear voltas i bhfeidhm agus téitear an sreang SMA os cionn teocht tosaigh an austenític, déantar fad na sreinge i ngach snáithe a ghiorrú.Gníomhaíonn an tarraingt siar seo an fo-thionól lámh inaistrithe.Nuair a bhí an voltas nialasach sa timthriall céanna, fuaraíodh an sreang SMA téite faoi theocht an dromchla martensite, rud a d'fhill ar a seasamh bunaidh.Faoi choinníollacha struis nialasach, déantar an sreang SMA a shíneadh go héighníomhach ar dtús le earrach claonta chun an stát martensitic a bhaint amach.Gluaiseann an scriú, trína dtéann an sreang SMA, mar gheall ar an gcomhbhrú a cruthaíodh trí chuisle voltais a chur i bhfeidhm ar an sreang SMA (sroicheann SPA an chéim austenític), rud a fhágann go ngníomhachtaítear an luamhán shochorraithe.Nuair a tharraingítear siar an sreang SMA, cruthaíonn an t-earrach claonta fórsa codarsnach tríd an earrach a shíneadh tuilleadh.Nuair a éiríonn an strus sa voltas impulse náid, fadaíonn an sreang SMA agus athraíonn a cruth mar gheall ar fhuarú comhiompar éigean, ag teacht ar chéim dhúbailte martensitic.
Tá cumraíocht dhémhódach ag an gcóras actuator líneach atá bunaithe ar SMA ina bhfuil na sreanga SMA dronuilleach.(a) a léiríonn samhail CAD den fhréamhshamhail, a luann cuid de na comhpháirteanna agus a mbrí don fhréamhshamhail, (b, d) seasann sé don fhréamhshamhail thurgnamhach fhorbartha35.Cé go dtaispeánann (b) radharc barr den fhréamhshamhail le naisc leictreacha agus spriongaí claonta agus tomhasairí brú a úsáidtear, (d) taispeánann sé radharc peirspictíochta ar an socrú.(e) Léaráid de chóras gníomhaithe líneach ar a bhfuil sreanga SMA curtha go démhódúil ag am ar bith t, ag taispeáint treo agus cúrsa an tsnáithín agus neart matán.(c) Tá nasc priosmatach rothlach 2-DOF molta chun actuator dhá phlána atá bunaithe ar SMA a imscaradh.Mar a thaispeántar, tarchuireann an nasc tairiscint líneach ón tiomáint bun go dtí an lámh uachtarach, ag cruthú nasc rothlach.Ar an láimh eile, tá gluaiseacht an phéire priosmaí mar an gcéanna le gluaiseacht an tiomána céadchéime ilchiseal.
Rinneadh staidéar turgnamhach ar an fhréamhshamhail a thaispeántar i bhFíor 9b chun feidhmíocht tiomána démhódúil a mheas bunaithe ar SMA.Mar a léirítear i bhFíor 10a, bhí an socrú turgnamhach comhdhéanta de sholáthar cumhachta DC in-ríomhchláraithe chun voltas ionchuir a sholáthar do na sreanga SMA.Mar a thaispeántar i bhfíor.10b, baineadh úsáid as tomhas brú piezoelectric (PACEline CFT/5kN) chun an fórsa blocála a thomhas ag baint úsáide as logálaí sonraí Graphtec GL-2000.Déanann an t-óstach na sonraí a thaifeadadh le haghaidh tuilleadh staidéir.Teastaíonn soláthar cumhachta tairiseach ó thomhasairí brú agus aimplitheoirí luchtaithe chun comhartha voltais a tháirgeadh.Déantar na comharthaí comhfhreagracha a thiontú ina n-aschuir chumhachta de réir íogaireacht an bhraiteora fórsa piezoelectric agus paraiméadair eile mar a thuairiscítear i dTábla 2. Nuair a chuirtear cuisle voltais i bhfeidhm, ardaíonn teocht na sreinge SMA, rud a fhágann go ndéanann an sreang SMA comhbhrú, rud a fhágann go bhfuil an actuator fórsa a ghiniúint.Taispeántar torthaí turgnamhacha aschuir neart matán trí chuisle voltais ionchuir 7 V i bhfíor.2a.
(a) Bunaíodh córas actuator líneach bunaithe ar SMA sa turgnamh chun an fórsa a ghineann an t-oibreoir a thomhas.Tomhaiseann an chill ualach an fórsa blocála agus tá sé faoi thiomáint ag soláthar cumhachta 24 V DC.Cuireadh titim voltas 7 V i bhfeidhm ar feadh fad iomlán an chábla ag baint úsáide as soláthar cumhachta DC in-ríomhchláraithe GW Instek.Laghdaíonn an sreang SMA mar gheall ar theas, agus téann an lámh inaistrithe i dteagmháil leis an gcill ualach agus cuireann sé fórsa blocála i bhfeidhm.Tá an chill ualaigh ceangailte leis an logálaí sonraí GL-2000 agus stóráiltear na sonraí ar an ósta le haghaidh tuilleadh próiseála.(b) Léaráid a thaispeánann slabhra comhpháirteanna an leagain thurgnamhaigh chun neart matán a thomhas.
Tá fuinneamh teirmeach ag baint le cóimhiotail chuimhne cruth, agus mar sin déantar an teocht mar pharaiméadar tábhachtach chun staidéar a dhéanamh ar an bhfeiniméan cuimhne cruth.Go turgnamhach, mar a léirítear i bhFíor 11a, rinneadh íomháú teirmeach agus tomhais teochta ar actuator divalerate fhréamhshamhail bunaithe ar SMA.Chuir foinse DC in-ríomhchláraithe voltas ionchuir i bhfeidhm ar na sreanga SMA sa socrú turgnamhach, mar a thaispeántar i bhFíor 11b.Rinneadh athrú teochta na sreinge SMA a thomhas i bhfíor-am ag baint úsáide as ceamara LWIR ardtaifeach (FLIR A655sc).Úsáideann an t-óstach na bogearraí ResearchIR chun sonraí a thaifeadadh le haghaidh tuilleadh iarphróiseála.Nuair a chuirtear cuisle voltais i bhfeidhm, ardaíonn teocht na sreinge SMA, rud a fhágann go laghdóidh an sreang SMA.Ar fig.Taispeánann Fíor 2b na torthaí turgnamhacha ar theocht sreang SMA in aghaidh ama le haghaidh cuisle voltas ionchuir 7V.
Am postála: Meán Fómhair-28-2022