Tapadh leibh airson tadhal air Nature.com.Chan eil ach beagan taic CSS aig an tionndadh brobhsair a tha thu a’ cleachdadh.Airson an eòlas as fheàrr, tha sinn a’ moladh gun cleachd thu brobhsair ùraichte (no cuir à comas Modh Co-chòrdalachd ann an Internet Explorer).Anns an eadar-ama, gus dèanamh cinnteach à taic leantainneach, bheir sinn seachad an làrach gun stoidhlichean agus JavaScript.
Bithear a’ cleachdadh actuators anns a h-uile àite agus a’ cruthachadh gluasad fo smachd le bhith a’ cleachdadh an fheachd excitation no an torque ceart gus diofar obrachaidhean a dhèanamh ann an saothrachadh agus fèin-ghluasad gnìomhachais.Tha an fheum air draibhearan nas luaithe, nas lugha agus nas èifeachdaiche a’ stiùireadh ùr-ghnàthachadh ann an dealbhadh dhràibhearan.Tha draibhearan Cumadh Cuimhne Alloy (SMA) a’ tabhann grunn bhuannachdan thairis air draibhearan àbhaisteach, a ’toirt a-steach co-mheas àrd cumhachd-gu-cuideam.Anns an tràchdas seo, chaidh actuator dà-iteach stèidhichte air SMA a leasachadh a tha a’ cothlamadh buannachdan fèithean iteach siostaman bith-eòlasach agus feartan sònraichte SMAn.Bidh an sgrùdadh seo a’ sgrùdadh agus a’ leudachadh actuators SMA roimhe le bhith a’ leasachadh modal matamataigeach den actuator ùr stèidhichte air rèiteachadh uèir SMA bimodal agus ga dheuchainn gu deuchainneach.An coimeas ri draibhearan aithnichte stèidhichte air SMA, tha feachd gnìomhachaidh an draibhidh ùr co-dhiù 5 tursan nas àirde (suas ri 150 N).Tha an call cuideim co-fhreagarrach timcheall air 67%.Tha toraidhean mion-sgrùdadh cugallachd air modalan matamataigeach feumail airson a bhith a’ gleusadh paramadairean dealbhaidh agus a’ tuigsinn prìomh pharamadairean.Tha an sgrùdadh seo a’ nochdadh tuilleadh draibhidh ìre Nth ioma-ìre a ghabhas cleachdadh gus tuilleadh leasachaidh a dhèanamh air daineamaigs.Tha raon farsaing de thagraidhean aig actuators fèithean dipvalerate stèidhichte air SMA, bho bhith a’ togail fèin-ghluasad gu siostaman lìbhrigidh dhrogaichean mionaideach.
Faodaidh siostaman bith-eòlasach, leithid structaran fèitheach mamalan, mòran de ghnìomhaichean seòlta1 a chuir an gnìomh.Tha structaran fèithean eadar-dhealaichte aig mamalan, gach fear a 'frithealadh adhbhar sònraichte.Ach, faodar mòran de structar inneal fèithe mamail a roinn ann an dà roinn fharsaing.Co-shìnte agus pennate.Anns na hamstrings agus flexors eile, mar a tha an t-ainm a’ moladh, tha snàithleach fèithe co-shìnte ris a’ mheadhan tendon aig a’ chnàmh-droma co-shìnte.Tha an t-sreath de fhiodh fèithe air a lìnigeadh agus air a cheangal gu gnìomhach leis an inneal ceangail timcheall orra.Ged a thathar ag ràdh gu bheil cuairt mhòr aig na fèithean sin (giorrachadh sa cheud), tha an neart fèithe iomlan aca glè chuingealaichte.An coimeas ri sin, anns na fèithean triceps laogh2 (gastrocnemius lateral (GL)3, gastrocnemius medial (GM)4 agus soleus (SOL))) agus extensor femoris (quadriceps) lorgar clò-fèithean pennate 5,6 anns gach fèus7.Ann an structar pinnate, tha na fèithean-fibair anns a 'musculature bipennate an làthair air gach taobh den tendon meadhanach aig ceàrnan oblique (ceàrnan pinnate).Tha Pennate a’ tighinn bhon fhacal Laideann “penna”, a tha a’ ciallachadh “peann”, agus, mar a chithear ann am fige.Tha coltas iteach air 1.Tha freumhagan nam fèithean pennate nas giorra agus ceàrnach ri axis fad-ùine na fèithe.Mar thoradh air an structar pinnate, tha gluasad iomlan nam fèithean sin air a lughdachadh, a tha a’ leantainn gu na pàirtean transverse agus fad-ùine den phròiseas giorrachadh.Air an làimh eile, tha gnìomhachadh nam fèithean sin a 'leantainn gu neart fèithe iomlan nas àirde mar thoradh air an dòigh anns a bheilear a' tomhas raon tar-roinn fiosaigeach.Mar sin, airson raon tar-roinneil sònraichte, bidh fèithean pennate nas làidire agus cruthaichidh iad feachdan nas àirde na fèithean le snàithleanan co-shìnte.Bidh feachdan a tha air an cruthachadh le snàithleach fa leth a’ gineadh feachdan fèithe aig ìre macroscopach anns an inneal fèithe sin.A bharrachd air an sin, tha feartan sònraichte aige mar crìonadh luath, dìon an aghaidh milleadh tensile, cuiseanachadh.Bidh e ag atharrachadh a’ cheangail eadar cuir a-steach snàithleach agus toradh cumhachd fèithe le bhith a’ cleachdadh feartan sònraichte agus iom-fhillteachd geoimeatrach an rèiteachadh fiber co-cheangailte ri loidhnichean gnìomh fèithe.
Air an sealltainn tha diagraman sgeamach de dhealbhaidhean actuator stèidhichte air SMA a thaobh ailtireachd fèitheach bimodal, mar eisimpleir (a), a’ riochdachadh eadar-obrachadh feachd tactile anns a bheil inneal cumadh làimhe air a chuir an gnìomh le uèirichean SMA air a chuir suas air inneal-fuadain gluasadach dà-chuibhle9,10., (b) Prosthesis orbital robotach le prosthesis orbital orbital SMA air a shuidheachadh gu antagonistically.Tha suidheachadh na sùla prosthetic air a smachdachadh le comharra bho fhèith ocular na sùla11, (c) Tha actuators SMA air leth freagarrach airson tagraidhean fon uisge air sgàth am freagairt tricead àrd agus leud-bann ìosal.Anns an rèiteachadh seo, thathas a ’cleachdadh actuators SMA gus gluasad tonn a chruthachadh le bhith a’ dèanamh atharrais air gluasad èisg, (d) thathas a ’cleachdadh actuators SMA gus inneal-fuadain sgrùdaidh meanbh-phìob a chruthachadh a dh’ fhaodas prionnsapal gluasad cnuimhe òirleach a chleachdadh, fo smachd gluasad uèirichean SMA taobh a-staigh sianal 10, (e) a’ sealltainn stiùireadh snàithleach fèithe giorrachadh agus a’ gineadh feachd cùmhnantach ann an clò gastrocnemius, (f snàithleach air a rèiteachadh ann an structar fèithe SMA).
Tha actuators air a thighinn gu bhith nam pàirt chudromach de shiostaman meacanaigeach air sgàth an raon fharsaing de thagraidhean aca.Mar sin, tha an fheum air draibhearan nas lugha, nas luaithe agus nas èifeachdaiche a’ fàs deatamach.A dh’ aindeoin na buannachdan a th’ aca, tha dràibhean traidiseanta air a bhith daor agus a’ toirt ùine airson an cumail suas.Tha actuators uisge-uisge agus giuthais iom-fhillte agus daor agus tha iad fo smachd caitheamh, duilgheadasan lubrication agus fàilligeadh co-phàirtean.Mar fhreagairt air iarrtas, tha am fòcas air a bhith a’ leasachadh actuators cosg-èifeachdach, sizing-optimized agus adhartach stèidhichte air stuthan snasail.Tha rannsachadh leantainneach a’ coimhead air actuators le sreathan cumadh cuimhne alloy (SMA) gus coinneachadh ris an fheum seo.Tha actuators rangachd gun samhail leis gu bheil iad a’ cothlamadh mòran de actuators air leth ann am fo-shiostaman macro-sgèile iom-fhillte geoimeatrach gus comas-gnìomh nas motha agus leudaichte a thoirt seachad.A thaobh seo, tha an stuth fèithe daonna a tha air a mhìneachadh gu h-àrd na dheagh eisimpleir ioma-fhilleadh de ghnìomhachd ioma-fhilleadh mar sin.Tha an sgrùdadh làithreach a’ toirt cunntas air draibhear SMA ioma-ìre le grunn eileamaidean dràibhidh fa leth (uèirichean SMA) a rèir an treòrachadh fiber a tha an làthair ann am fèithean bimodal, a leasaicheas coileanadh dràibhidh iomlan.
Is e prìomh adhbhar actuator toradh cumhachd meacanaigeach a ghineadh leithid feachd agus gluasad le bhith ag atharrachadh lùth dealain.Is e clas de stuthan “smart” a th’ ann an aloidhean cuimhne cumadh as urrainn an cumadh a thoirt air ais aig teòthachd àrd.Fo luchdan àrda, bidh àrdachadh ann an teòthachd an uèir SMA a’ leantainn gu ath-bheothachadh cumadh, a’ leantainn gu dùmhlachd lùth gnìomhachaidh nas àirde an coimeas ri diofar stuthan snasail ceangailte gu dìreach.Aig an aon àm, fo luchdan meacanaigeach, bidh SMAn a 'fàs brònach.Fo chumhachan sònraichte, faodaidh luchd cearcallach lùth meacanaigeach a ghabhail a-steach agus a leigeil ma sgaoil, a’ nochdadh atharrachaidhean cumadh hysteretic reversible.Tha na feartan sònraichte sin a’ dèanamh SMA air leth freagarrach airson mothachairean, tais crathaidh agus gu sònraichte actuators12.Le seo san amharc, chaidh tòrr rannsachaidh a dhèanamh air draibhearan stèidhichte air SMA.Bu chòir a thoirt fa-near gu bheil actuators stèidhichte air SMA air an dealbhadh gus gluasad eadar-theangachaidh agus rothlach a sholarachadh airson grunn thagraidhean13,14,15.Ged a chaidh cuid de actuators rothlach a leasachadh, tha ùidh shònraichte aig luchd-rannsachaidh ann an actuators sreathach.Faodar na actuators sreathach sin a roinn ann an trì seòrsaichean actuators: aon-thaobhach, gluasad agus actuators eadar-dhealaichte 16 .An toiseach, chaidh draibhearan tar-chinealach a chruthachadh an co-bhonn ri SMA agus draibhearan àbhaisteach eile.Is e aon eisimpleir den leithid de actuator sreathach tar-chinealach stèidhichte air SMA a bhith a’ cleachdadh uèir SMA le motair DC gus feachd toraidh timcheall air 100 N a thoirt seachad agus gluasad mòr17.
B’ e aon de na ciad leasachaidhean ann an draibhearan stèidhichte gu tur air SMA an draibhear co-shìnte SMA.A’ cleachdadh iomadh uèir SMA, tha an draibhear co-shìnte stèidhichte air SMA air a dhealbhadh gus comas cumhachd an draibhidh àrdachadh le bhith a’ cur a h-uile uèir SMA18 aig an aon àm.Feumaidh ceangal co-shìnte de actuators chan ann a-mhàin barrachd cumhachd, ach tha e cuideachd a 'cuingealachadh cumhachd toraidh aon uèir.Is e ana-cothrom eile de actuators stèidhichte air SMA an siubhal cuibhrichte as urrainn dhaibh a choileanadh.Gus an duilgheadas seo fhuasgladh, chaidh beam càbaill SMA a chruthachadh anns an robh beam sùbailte a chaidh a dhubhadh às gus gluasad a mheudachadh agus gluasad sreathach a choileanadh, ach cha do ghineadh e feachdan nas àirde19.Chaidh structaran bog deformable agus aodach airson innealan-fuadain stèidhichte air aloidhean cuimhne cumadh a leasachadh gu sònraichte airson leudachadh buaidh20,21,22.Airson tagraidhean far a bheil feum air astaran àrda, thathas air aithris gu bheil pumpaichean teann air an stiùireadh a’ cleachdadh SMAn film tana airson tagraidhean air an stiùireadh le micropump23.Tha tricead dràibhidh an membran SMA film tana na phrìomh fheart ann a bhith a’ cumail smachd air astar an draibhear.Mar sin, tha freagairt fiùghantach nas fheàrr aig motaran sreathach SMA na motaran earraich no slat SMA.Tha robotics bog agus teicneòlas greimeil nan dà thagradh eile a bhios a’ cleachdadh actuators stèidhichte air SMA.Mar eisimpleir, gus a dhol an àite an actuator àbhaisteach a chaidh a chleachdadh anns a ’chlamp fànais 25 N, chaidh actuator co-shìnte alloy cuimhne cumadh 24 a leasachadh.Ann an cùis eile, chaidh actuator bog SMA a dhèanamh stèidhichte air uèir le matrix freumhaichte a bha comasach air feachd tarraing as àirde de 30 N a thoirt gu buil. Mar thoradh air na feartan meacanaigeach aca, thathas cuideachd a’ cleachdadh SMAn gus actuators a dhèanamh a tha coltach ri uinneanan bith-eòlasach.Tha aon leasachadh den leithid a’ toirt a-steach inneal-fuadain 12-cealla a tha na biomimetic de fhàs-bheairt coltach ri boiteagan le SMA gus gluasad sinusoidal a ghineadh gu teine26,27.
Mar a chaidh a ràdh na bu tràithe, tha crìoch air an fheachd as motha a gheibhear bho actuators stèidhichte air SMA.Gus dèiligeadh ris a’ chùis seo, tha an sgrùdadh seo a’ taisbeanadh structar fèithean biomimetic bimodal.Air a stiùireadh le uèir alloy cuimhne cumadh.Tha e a 'toirt seachad siostam seòrsachaidh a tha a' toirt a-steach grunn uèirichean alloy cuimhne cumadh.Gu ruige seo, cha deach aithris a thoirt air actuators stèidhichte air SMA le ailtireachd coltach ris anns an litreachas.Chaidh an siostam sònraichte agus ùr-nodha seo stèidhichte air SMA a leasachadh gus sgrùdadh a dhèanamh air giùlan SMA rè co-thaobhadh fèithean bimodal.An coimeas ri actuators stèidhichte air SMA a bh’ ann mar-thà, b’ e amas an sgrùdaidh seo actuator dipvalerate biomimetic a chruthachadh gus feachdan gu math nas àirde a ghineadh ann an tomhas beag.An coimeas ri draibhearan àbhaisteach air an stiùireadh le motair stepper a thathas a’ cleachdadh ann an siostaman fèin-ghluasaid agus smachd togalach HVAC, tha an dealbhadh dràibhidh bimodal stèidhichte air SMA a tha san amharc a’ lughdachadh cuideam an uidheamachd dràibhidh 67%.Anns na leanas, tha na briathran “muscle” agus “drive” air an cleachdadh gu h-eadar-mhalairteach.Bidh an sgrùdadh seo a’ sgrùdadh atharrais ioma-fiosaig a leithid de dhràibhear.Chaidh giùlan meacanaigeach nan siostaman sin a sgrùdadh le dòighean deuchainneach agus anailis.Chaidh tuilleadh sgrùdaidh a dhèanamh air sgaoilidhean feachd is teòthachd aig bholtadh cuir a-steach de 7 V. Às deidh sin, chaidh mion-sgrùdadh parametric a dhèanamh gus tuigse nas fheàrr fhaighinn air a’ cheangal eadar prìomh pharamadairean agus an fheachd toraidh.Mu dheireadh, chaidh actuators rangachd fhaicinn agus chaidh buaidhean ìre rangachd a mholadh mar raon san àm ri teachd airson actuators neo-magnetach airson tagraidhean prosthetic.A rèir toraidhean nan sgrùdaidhean a chaidh ainmeachadh, tha cleachdadh ailtireachd aon-ìre a’ toirt a-mach feachdan co-dhiù ceithir gu còig tursan nas àirde na actuators stèidhichte air SMA.A bharrachd air an sin, thathas air sealltainn gu bheil an aon fheachd dràibhidh air a ghineadh le draibhear ioma-ìre ioma-ìre còrr is deich uiread nas àirde na dreachan àbhaisteach stèidhichte air SMA.Bidh an sgrùdadh an uairsin ag aithris prìomh pharamadairean a’ cleachdadh mion-sgrùdadh cugallachd eadar diofar dhealbhaidhean agus caochladairean cuir a-steach.Tha buaidh àicheil làidir aig fad tùsail an uèir SMA (\(l_0\)), an ceàrn pinnate (\(\alpha\)) agus an àireamh de shreathan singilte (n) anns gach dualan fa leth air meud an fheachd dràibhidh.neart, fhad ‘s a thionndaidh a’ bholtachd cuir a-steach (lùth) gu bhith ceangailte gu dearbhach.
Bidh uèir SMA a ’taisbeanadh a’ bhuaidh cuimhne cumadh (SME) a chithear anns an teaghlach de alloys nicil-titanium (Ni-Ti).Mar as trice, bidh SMAn a’ taisbeanadh dà ìre a tha an urra ri teòthachd: ìre teòthachd ìosal agus ìre teòthachd àrd.Tha feartan sònraichte aig an dà ìre air sgàth gu bheil diofar structaran criostail ann.Anns an ìre austenite (ìre teòthachd àrd) a tha os cionn an teòthachd cruth-atharrachaidh, tha an stuth a ’nochdadh neart àrd agus air a dhroch dhì-dhealbhadh fo luchd.Bidh an alloy ga ghiùlan fhèin mar stàilinn gun staoin, agus mar sin is urrainn dha seasamh ri cuideaman gnìomhachaidh nas àirde.A’ gabhail brath air an togalach seo de aloidhean Ni-Ti, tha na uèirichean SMA air an lùbadh gus actuator a chruthachadh.Thathas a’ leasachadh mhodalan anailis iomchaidh gus tuigse fhaighinn air meacanaig bunaiteach giùlan teirmeach SMA fo bhuaidh diofar pharamadairean agus diofar geoimeatraidh.Chaidh aonta math fhaighinn eadar na toraidhean deuchainneach agus anailis.
Chaidh sgrùdadh deuchainneach a dhèanamh air a 'phròtacal a chithear ann am Fig. 9a gus measadh a dhèanamh air coileanadh dràibhidh bimodal stèidhichte air SMA.Chaidh dhà de na feartan sin, an fheachd a chaidh a chruthachadh leis an draibhear (feachd fèithe) agus teòthachd an uèir SMA (teòthachd SMA), a thomhas gu deuchainneach.Mar a bhios an eadar-dhealachadh bholtachd a ’dol suas air feadh fad na h-uèir san draibhear, bidh teòthachd na h-uèir ag àrdachadh mar thoradh air buaidh teasachaidh Joule.Chaidh an bholtadh cuir a-steach a chuir an sàs ann an dà chuairt 10-s (air an sealltainn mar dotagan dearga ann am Fig. 2a, b) le ùine fuarachaidh 15-s eadar gach cearcall.Chaidh an fheachd bacadh a thomhas le bhith a’ cleachdadh inneal-tomhais strain piezoelectric, agus chaidh cuairteachadh teòthachd an uèir SMA a sgrùdadh ann an àm fìor a’ cleachdadh camara LWIR àrd-rùn ìre saidheansail (faic feartan an uidheim a thathar a’ cleachdadh ann an Clàr 2).a’ sealltainn, rè na h-ìre bholtachd àrd, gu bheil teòthachd na h-uèir ag àrdachadh gu monotonically, ach nuair nach eil sruth a’ sruthadh, tha teòthachd na h-uèir a’ dol sìos.Anns an t-suidheachadh deuchainneach gnàthach, thuit teòthachd an uèir SMA tron ìre fuarachaidh, ach bha e fhathast os cionn teòthachd na h-àrainneachd.Air fige.Tha 2e a’ sealltainn dealbh den teòthachd air an uèir SMA a chaidh a thoirt bhon chamara LWIR.Air an làimh eile, ann am fige.Tha 2a a’ sealltainn an fheachd bacadh a ghineadh leis an t-siostam draibhidh.Nuair a tha an fhorsa fèithe a 'dol thairis air feachd ath-nuadhachaidh an earraich, bidh an gàirdean gluasadach, mar a chithear ann am Figear 9a, a' tòiseachadh a 'gluasad.Cho luath ‘s a thòisicheas gnìomhachd, bidh an gàirdean gluasadach a’ conaltradh ris an sensor, a ’cruthachadh feachd bodhaig, mar a chithear ann am fige.2c, d.Nuair a tha an teòthachd as àirde faisg air \(84\,^{\circ}\hbox {C}\), 's e 105 N an fheachd as àirde a chaidh fhaicinn.
Tha an graf a’ sealltainn toraidhean deuchainneach teòthachd an uèir SMA agus an fheachd a chruthaich an actuator bimodal stèidhichte air SMA rè dà chuairt.Tha an bholtadh cuir a-steach air a chuir an sàs ann an dà chearcall 10 diog (air a shealltainn mar dotagan dearga) le ùine fuarachaidh 15 diog eadar gach cearcall.B’ e an uèir SMA a chaidh a chleachdadh airson nan deuchainnean uèir Flexinol le trast-thomhas de 0.51 mm bho Dynalloy, Inc. (a) Tha an graf a’ sealltainn an fheachd deuchainneach a fhuaireadh thairis air dà chearcall, (c, d) a’ sealltainn dà eisimpleir neo-eisimeileach de ghnìomhachd gluasad actuators gàirdean air transducer feachd piezoelectric PACEline CFT / 5kN, (b) tha an graf a’ sealltainn an teòthachd as àirde den ùine a chaidh a thoirt bhon uèir SMA air fad a’ cleachdadh an uèir SMA air fad a chaidh a thogail. Bathar-bog FLIR ResearchIR camara LWIR.Tha na paramadairean geoimeatrach air an deach aire a thoirt anns na deuchainnean air an toirt seachad ann an Clàr.aon.
Tha toraidhean atharrais a’ mhodail matamataigeach agus na toraidhean deuchainneach air an coimeas fo chumha bholtachd cuir a-steach de 7V, mar a chithear ann am Fig.5.A rèir toraidhean mion-sgrùdadh parametric agus gus casg a chuir air cus teasachadh den uèir SMA, chaidh cumhachd 11.2 W a thoirt don actuator.Chaidh solar cumhachd DC prògramaichte a chleachdadh gus 7V a sholarachadh mar bholtachd cuir a-steach, agus chaidh sruth de 1.6A a thomhas thairis air an uèir.Bidh an fheachd a ghineadh leis an draibhidh agus teòthachd an SDR ag àrdachadh nuair a thèid sruth a chuir an sàs.Le bholtadh cuir a-steach de 7V, is e 78 N agus 96 N, fa leth, an fheachd toraidh as àirde a gheibhear bho thoraidhean atharrais agus toraidhean deuchainneach a’ chiad chearcall.Anns an dàrna cearcall, b ’e an fheachd toraidh as àirde den atharrais agus toraidhean deuchainneach 150 N agus 105 N, fa leth.Is dòcha gu bheil an eadar-dhealachadh eadar tomhas feachd occlusion agus dàta deuchainneach mar thoradh air an dòigh a thathar a’ cleachdadh gus feachd occlusion a thomhas.Tha na toraidhean deuchainneach air an sealltainn ann am fige.Tha 5a a’ freagairt ri tomhas an fheachd glasaidh, a chaidh an uair sin a thomhas nuair a bha an inneal dràibhidh ann an conaltradh ris an transducer feachd piezoelectric PACEline CFT / 5kN, mar a chithear ann am fige.2s.Mar sin, nuair nach eil an inneal dràibhidh a’ conaltradh ri mothaiche an fhorsa aig toiseach a’ chrios fuarachaidh, bidh an fheachd a’ fàs neoni sa bhad, mar a chithear ann am Fig. 2d.A bharrachd air an sin, is e crìochan eile a bheir buaidh air cruthachadh feachd ann an cearcallan às deidh sin luachan na h-ùine fuarachaidh agus an co-èifeachd gluasad teas convective anns a ’chearcall roimhe.Bho fige.2b, chìthear, às deidh ùine fuarachaidh 15 diog, nach do ràinig an uèir SMA teòthachd an t-seòmair agus mar sin bha teòthachd tùsail nas àirde (\(40\, ^{\circ }\hbox {C}\)) anns an dàrna cearcall dràibhidh an taca ris a’ chiad chearcall (\(25\, ^{\circ}\hbox {C}\)).Mar sin, an taca ris a 'chiad chearcall, bidh teòthachd an uèir SMA anns an dàrna cearcall teasachaidh a' ruighinn a 'chiad teòthachd austenite (\ (A_s \)) nas tràithe agus a' fuireach san ùine eadar-ghluasaid nas fhaide, a 'leantainn gu cuideam agus feachd.Air an làimh eile, tha coltas càileachd àrd aig sgaoilidhean teodhachd tro chuairtean teasachaidh is fuarachaidh a gheibhear bho dheuchainnean agus samhlaidhean ri eisimpleirean bho mhion-sgrùdadh teirmeach.Sheall mion-sgrùdadh coimeasach air dàta teirmeach uèir SMA bho dheuchainnean agus samhlaidhean cunbhalachd rè cuairtean teasachaidh is fuarachaidh agus taobh a-staigh fulangas iomchaidh airson dàta deuchainneach.Is e an teòthachd as àirde den uèir SMA, a gheibhear bho thoraidhean atharrais agus dheuchainnean a’ chiad chearcall, \(89\,^{\circ }\hbox {C}\) agus \(75\,^{\circ}\hbox {C}\, fa leth), agus anns an dàrna cearcall is e an teòthachd as àirde den uèir SMA \(94\,^\circ \hbox {C}, \(circ\C\h) agus bogsa {C}, \(c) {C}, \(circ\C\h) agus san dàrna cearcall. }\).Tha am modail a tha air a leasachadh gu bunaiteach a 'dearbhadh buaidh buaidh cuimhne cumadh.Cha deach beachdachadh air àite sgìths agus cus teasachadh san ath-bhreithneachadh seo.Anns an àm ri teachd, thèid am modail a leasachadh gus a bhith a 'toirt a-steach eachdraidh cuideam an uèir SMA, ga dhèanamh nas freagarraiche airson tagraidhean innleadaireachd.Tha an fheachd toraidh dràibhidh agus na plotaichean teòthachd SMA a gheibhear bho bhloc Simulink taobh a-staigh fulangas ceadaichte an dàta deuchainneach fo chumha buille bholtachd cuir a-steach de 7 V. Tha seo a’ dearbhadh ceartachd agus earbsachd a’ mhodail matamataigeach leasaichte.
Chaidh am modail matamataigeach a leasachadh ann an àrainneachd MathWorks Simulink R2020b a’ cleachdadh nan co-aontaran bunaiteach a tha air am mìneachadh anns an roinn Dòighean.Air fige.Tha 3b a’ sealltainn diagram bloca den mhodail matamataigs Simulink.Chaidh am modail a shamhlachadh airson buille bholtachd cuir a-steach 7V mar a chithear ann am Fig. 2a, b.Tha luachan nam paramadairean a thathar a’ cleachdadh san atharrais air an liostadh ann an Clàr 1. Tha toraidhean an atharrais air pròiseasan gluasadach air an taisbeanadh ann am Figearan 1 agus 1. Figearan 3a agus 4. Ann am fige.Tha 4a,b a’ sealltainn an bholtaids brosnaichte anns an uèir SMA agus an fheachd a ghineadh an actuator mar ghnìomh ùine. Rè cruth-atharrachadh cùil (teasachadh), nuair a bhios teòthachd uèir SMA, \(T <A_s^{\prime}\) (teòthachd tòiseachaidh ìre austenite atharraichte le cuideam), bidh ìre atharrachaidh bloigh tomhas-lìonaidh martensite (\(\ dot{\xi }\)) neoni. Rè cruth-atharrachadh cùil (teasachadh), nuair a bhios teòthachd uèir SMA, \(T <A_s^{\prime}\) (teòthachd tòiseachaidh ìre austenite air atharrachadh le cuideam), bidh ìre atharrachaidh bloigh tomhas-lìonaidh martensite (\(\ dot{\ xi }\)) neoni. Anns an dreuchd seo, tha an t-ainm SMA, \(T <A_s^{\prime}\) (температура наченатифида, погда цированная напряжением), скорость изменения объемной доли мартенсита (\(\ dot{\xi}\)) будет равно нулю. Rè a 'chruth-atharrachaidh cùil (teasachadh), nuair a bhios teòthachd an uèir SMA, \(T <A_s^{\prime}\) (teòthachd tòiseachaidh austenite atharraichte le cuideam), bidh ìre atharrachaidh bloigh tomhas-lìonaidh martensite (\(\ dot{\ xi } \ )) neoni.在反向转变（加热）过程中, 当SMA 线温度\(T <A_s^{\prime}\))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 atharrais a’ sealltainn cuairteachadh teothachd agus teòthachd snaim air a bhrosnachadh le cuideam ann an actuator divalerate stèidhichte air SMA.Nuair a bhios teòthachd na h-uèir a 'dol thairis air teòthachd gluasaid austenite anns an ìre teasachaidh, bidh an teòthachd gluasaid austenite atharraichte a' tòiseachadh a 'dol am meud, agus mar an ceudna, nuair a bhios teòthachd an t-slat uèir a' dol thairis air an teòthachd gluasaid martensitic anns an ìre fuarachaidh, bidh an teòthachd gluasaid martensitic a 'dol sìos.SMA airson modaladh anailis den phròiseas gnìomhachaidh.(Airson sealladh mionaideach de gach fo-shiostam de mhodail Simulink, faic an earrann pàipear-taice den fhaidhle leasachail.)
Tha toraidhean an sgrùdaidh airson diofar sgaoilidhean paramadair air an sealltainn airson dà chearcall den bholtadh cuir a-steach 7V (cearcallan blàthachaidh 10 diog agus cearcallan fionnar 15 diog).Fhad ‘s a tha (ac) agus (e) a’ sealltainn an sgaoileadh thar ùine, air an làimh eile, tha (d) agus (f) a’ sealltainn an cuairteachadh le teòthachd.Airson na cumhaichean cuir a-steach fa leth, is e an cuideam as àirde a chaidh fhaicinn 106 MPa (nas lugha na 345 MPa, neart toraidh uèir), is e an fheachd 150 N, is e an gluasad as àirde 270 µm, agus is e 0.91 an bloigh meud martensitic as ìsle.Air an làimh eile, tha an atharrachadh ann an cuideam agus an atharrachadh ann am bloigh tomhas-lìonaidh martensite le teòthachd coltach ri feartan hysteresis.
Tha an aon mhìneachadh a’ buntainn ris a’ chruth-atharrachadh dìreach (fuarachadh) bhon ìre austenite gu ìre martensite, far a bheil teòthachd uèir SMA (T) agus teòthachd deireadh na h-ìre martensite atharraichte le cuideam (\(M_f^{\prime}\ )) sàr-mhath.Air fige.Tha 4d, f a’ sealltainn an atharrachaidh anns an cuideam brosnaichte (\ (\ sigma \)) agus bloigh lìonaidh martensite (\ (\ xi \)) anns an uèir SMA mar ghnìomh airson atharrachadh teòthachd an uèir SMA (T), airson an dà chearcall dràibhidh.Air fige.Tha Figear 3a a’ sealltainn an atharrachadh ann an teòthachd an uèir SMA le ùine a rèir cuisle bholtachd cuir a-steach.Mar a chithear bhon fhigear, tha teòthachd na h-uèir a’ sìor dhol am meud le bhith a’ toirt seachad stòr teas aig bholtadh neoni agus fuarachadh convective às deidh sin.Rè teasachadh, bidh ath-chruth-atharrachadh martensite chun ìre austenite a ’tòiseachadh nuair a bhios teòthachd uèir SMA (T) a’ dol thairis air an teòthachd nucleation austenite a tha air a cheartachadh le cuideam (\(A_s^{\prime}\)).Rè na h-ìre seo, tha an uèir SMA air a dhlùthadh agus bidh an actuator a ’gineadh feachd.Cuideachd rè fuarachadh, nuair a tha teòthachd an uèir SMA (T) a’ dol thairis air teòthachd nucleation na h-ìre martensite atharraichte le cuideam (\(M_s^{\prime}\)) tha gluasad math ann bhon ìre austenite gu ìre martensite.tha an neart dràibhidh a’ dol sìos.
Gheibhear na prìomh thaobhan càileachdail den draibhear bimodal stèidhichte air SMA bho na toraidhean atharrais.Ann an cùis cuir a-steach cuisle bholtachd, bidh teòthachd an uèir SMA ag àrdachadh mar thoradh air buaidh teasachaidh Joule.Tha luach tùsail bloigh tomhas-lìonaidh martensite (\(\xi\)) air a shuidheachadh gu 1, leis gu bheil an stuth an toiseach ann an ìre làn martensitic.Mar a bhios an uèir a ’leantainn air adhart a’ teasachadh, tha teòthachd an uèir SMA nas àirde na an teòthachd nucleation austenite air a cheartachadh le cuideam \(A_s^{\prime}\), a’ leantainn gu lùghdachadh ann am bloigh tomhas-lìonaidh martensite, mar a chithear ann am Figear 4c.A bharrachd air an sin, ann am fige.Tha 4e a’ sealltainn cuairteachadh stròcan an actuator ann an ùine, agus ann am fige.5 - feachd dràibhidh mar ghnìomh ùine.Tha siostam co-aontaran co-cheangailte a’ toirt a-steach teòthachd, bloigh tomhas-lìonaidh martensite, agus cuideam a leasaicheas san uèir, a’ leantainn gu crìonadh air an uèir SMA agus an fheachd a chruthaicheas an actuator.Mar a chithear ann am fige.4d, f, atharrachadh bholtachd le teòthachd agus atharrachadh bloigh tomhas-lìonaidh martensite le teòthachd a rèir feartan hysteresis an SMA anns a’ chùis atharrais aig 7 V.
Chaidh coimeas a dhèanamh eadar crìochan dràibhidh tro dheuchainnean agus àireamhachadh anailis.Bha na uèirichean fo bholtadh cuir a-steach pulsed de 7 V airson 10 diogan, an uairsin air fhuarachadh sìos airson 15 diogan (ìre fuarachaidh) thairis air dà chearcall.Tha an ceàrn pinnate air a shuidheachadh gu \(40^{\circ}\) agus tha fad tùsail na h-uèir SMA anns gach cas prìne singilte air a shuidheachadh gu 83mm.(a) A’ tomhas an fheachd dràibhidh le cealla luchdan (b) A’ cumail sùil air teòthachd uèir le camara infridhearg teirmeach.
Gus tuigse fhaighinn air buaidh paramadairean fiosaigeach air an fheachd a thug an draibhear a-mach, chaidh mion-sgrùdadh a dhèanamh air cugallachd a’ mhodail matamataigeach gu na paramadairean fiosaigeach taghte, agus chaidh na crìochan a rangachadh a rèir am buaidh.An toiseach, chaidh samplachadh paramadairean modail a dhèanamh a’ cleachdadh phrionnsapalan dealbhaidh deuchainneach a lean cuairteachadh èideadh (faic Earrann Leasachail air Mion-sgrùdadh Mothachaidh).Anns a 'chùis seo, tha crìochan a' mhodail a 'gabhail a-steach bholtaids cuir a-steach (\(V_{in}\)), fad uèir SMA tùsail (\(l_0\)), ceàrn triantan (\(\ alpha\)), claonadh earrach seasmhach (\ (K_x\ )), an co-èifeachd gluasad teas convective (\ (h_T \)) agus an àireamh de mheuran unimodal (n).Anns an ath cheum, chaidh neart fèithe stùc a thaghadh mar riatanas dealbhaidh sgrùdaidh agus chaidh buaidhean parametric gach seata de chaochladairean fhaighinn air neart.Thàinig na plotaichean tornado airson mion-sgrùdadh cugallachd bho na co-èifeachdan co-dhàimh airson gach paramadair, mar a chithear ann am Fig. 6a.
(a) Tha luachan co-dhàimh co-dhàimh nam paramadairean modail agus a’ bhuaidh aca air an fheachd toraidh as àirde de 2500 buidheann sònraichte de na paramadairean modail gu h-àrd air an sealltainn anns a’ phlota tornado.Tha an graf a’ sealltainn co-dhàimh rangachaidh grunn chomharran.Tha e soilleir gur e \(V_{in}\) an aon pharameter aig a bheil co-dhàimh dhearbhach, agus \(l_0\) am paramadair leis a’ cho-dhàimh àicheil as àirde.Tha buaidh diofar pharaimearan ann an diofar choimeasgaidhean air neart fèithe stùc air a shealltainn ann an (b, c).\(K_x\) ranges from 400 to 800 N/m and n ranges from 4 to 24. Voltage (\(V_{in}\)) changed from 4V to 10V, wire length (\(l_{0 } \)) changed from 40 to 100 mm, and the tail angle (\ (\alpha \)) varied from \ (20 – 60 \, ^ {\circ }\).
Air fige.Tha 6a a’ sealltainn cuilbheart tornado de dhiofar cho-èifeachdan co-dhàimh airson gach paramadair le riatanasan dealbhaidh feachd dràibhidh as àirde.Bho fige.6a chìthear gu bheil am paramadair bholtachd (\(V_{in}\)) ceangailte gu dìreach ris an fheachd toraidh as àirde, agus tha an co-èifeachd gluasad teas convective (\(h_T\)), ceàrn lasair (\ ( \ alpha \)), seasmhach earrach gluasaid ( \ (K_x \)) air a cho-cheangal gu h-àicheil leis an fhorsa toraidh agus an àireamh tùsail de mheuran (\) S (\) agus an àireamh tùsail de mheuran (\) S (\) agus an àireamh tùsail de mheuran (\) S. co-dhàimh làidir neo-dhìreach Ann an cùis co-dhàimh dhìreach Ann an cùis luach nas àirde den cho-dhàimh co-dhàimh bholtachd (\(V_ {in}\)) tha e a’ nochdadh gur e am paramadair seo a’ bhuaidh as motha air an toradh cumhachd.Bidh mion-sgrùdadh eile coltach ris a’ tomhas an fheachd as àirde le bhith a’ measadh buaidh diofar pharamadairean ann an cothlamadh eadar-dhealaichte den dà àite coimpiutaireachd, mar a chithear ann am Fig. 6b, c.Tha pàtrain co-chosmhail aig \(V_{in}\) agus \(l_0\), \(\alpha\) agus \(l_0\) agus tha an graf a' sealltainn gu bheil pàtrain co-chosmhail aig \(V_{in}\) agus \(\alpha\ ) agus \(\alpha\).Mar thoradh air luachan nas lugha de \(l_0\) bidh feachdan stùc nas àirde.Tha an dà phloc eile co-chòrdail ri Figear 6a, far a bheil n agus \(K_x\) co-cheangailte gu h-àicheil agus \(V_{in}\) co-cheangailte gu dearbhach.Bidh am mion-sgrùdadh seo a’ cuideachadh le bhith a’ mìneachadh agus ag atharrachadh nam paramadairean buaidh leis an urrainnear feachd toraidh, stròc agus èifeachdas an t-siostam dràibhidh atharrachadh a rèir riatanasan agus cleachdadh.
Tha obair rannsachaidh làithreach a’ toirt a-steach agus a’ sgrùdadh dhràibhearan rangachaidh le ìrean N.Ann an rangachd dà-ìre, mar a chithear ann am Fig. 7a, far a bheil rèiteachadh bimodal air a choileanadh an àite gach uèir SMA den actuator ciad ìre, mar a chithear ann am fige.9e.Air fige.Tha 7c a’ sealltainn mar a tha an uèir SMA air a sèideadh timcheall gàirdean gluasadach (gàirdean taice) nach gluais ach san t-slighe fhada.Ach, tha a’ ghàirdean gluasadach bun-sgoile a’ leantainn air adhart a’ gluasad san aon dòigh ri gàirdean gluasadach actuator ioma-ìre ìre 1.Mar as trice, thèid draibhear ìre N a chruthachadh le bhith a’ cur draibhear ciad ìre an àite uèir SMA ìre \(N-1\).Mar thoradh air an sin, bidh gach meur a 'dèanamh imrich air a' chiad ìre dràibhidh, ach a-mhàin am meur a tha a 'cumail an uèir fhèin.San dòigh seo, faodar structaran neadachaidh a chruthachadh a chruthaicheas feachdan a tha grunn thursan nas motha na feachdan nam prìomh dhraibhean.Anns an sgrùdadh seo, airson gach ìre, chaidh fad uèir SMA èifeachdach iomlan de 1 m a ghabhail a-steach, mar a chithear ann an cruth clàr ann am Fig. 7d.Tha an sruth tro gach uèir anns gach dealbhadh unimodal agus an cuideam agus an bholtadh a thig às anns gach roinn uèir SMA mar an ceudna aig gach ìre.A rèir ar modal anailis, tha an fheachd toraidh ceangailte gu dearbhach ris an ìre, fhad ‘s a tha an gluasad air a cho-cheangal gu àicheil.Aig an aon àm, bha malairt eadar gluasad agus neart fèithe.Mar a chithear ann am fige.7b, fhad 'sa tha an fhorsa as motha air a choileanadh anns an àireamh as motha de shreathan, thathas a' faicinn an gluasad as motha anns an ìre as ìsle.Nuair a chaidh an ìre rangachd a shuidheachadh gu \(N=5\), chaidh feachd fèithe stùc de 2.58 kN a lorg le 2 stròc a chaidh fhaicinn \(\ upmu\)m.Air an làimh eile, bidh a’ chiad dhràibhear ìre a’ gineadh feachd de 150 N aig stròc de 277 \(\ upmu\)m.Tha actuators ioma-ìre comasach air atharrais a dhèanamh air fèithean fìor bith-eòlasach, far am bi fèithean fuadain stèidhichte air aloidhean cuimhne cumadh comasach air feachdan gu math nas àirde a ghineadh le gluasadan mionaideach agus nas grinne.Is e crìochan an dealbhaidh miniaturized seo, mar a tha an rangachd a’ dol am meud, gu bheil an gluasad air a lughdachadh gu mòr agus iom-fhillteachd a’ phròiseas cinneasachaidh dràibhidh a’ dol am meud.
(a) Tha siostam actuator sreathach cuimhne cumadh dà-ìre (\(N=2\)) air a shealltainn ann an rèiteachadh bimodal.Tha am modail a thathar a’ moladh air a choileanadh le bhith a’ cur actuator aon-ìre eile an àite an uèir SMA anns a’ chiad actuator le sreathan.(c) Rèiteachadh mì-chruthaichte den actuator multilayer dàrna ìre.(b) Thathas a’ toirt cunntas air cuairteachadh feachdan agus gluasadan a rèir an àireamh de ìrean.Chaidh a lorg gu bheil neart làidir an actuator ceangailte gu dearbhach ris an ìre sgèile air a’ ghraf, fhad ‘s a tha an stròc ceangailte gu h-àicheil ris an ìre sgèile.Tha an sruth agus an bholtadh ro-làimh anns gach uèir fhathast seasmhach aig gach ìre.(d) Tha an clàr a’ sealltainn an àireamh de ghocan agus fad an uèir SMA (snàithleach) aig gach ìre.Tha feartan nan uèirichean air an comharrachadh le clàr-amais 1, agus tha an àireamh de mheuran àrd-sgoile (aon ceangailte ris a 'chas bun-sgoile) air a chomharrachadh leis an àireamh as motha san fho-sgrìobhadh.Mar eisimpleir, aig ìre 5, tha \(n_1\) a’ toirt iomradh air an àireamh de uèirichean SMA a tha an làthair anns gach structar bimodal, agus \(n_5\) a’ toirt iomradh air an àireamh de chasan taice (aon ceangailte ris a’ phrìomh chas).
Tha mòran de luchd-rannsachaidh air grunn dhòighean a mholadh gus giùlan SMAn a mhodaladh le cuimhne cumadh, a tha an urra ris na feartan thermomechanical a tha an cois nan atharrachaidhean macroscopach anns an structar criostal co-cheangailte ris an eadar-ghluasad ìre.Tha cruthachadh dhòighean bun-reachdail gu tur iom-fhillte.Tha am modail phenomenological as cumanta air a mholadh le Tanaka28 agus air a chleachdadh gu farsaing ann an tagraidhean innleadaireachd.Tha am modail iongantach a mhol Tanaka [28] a’ gabhail ris gu bheil bloigh lìonaidh martensite na ghnìomh eas-chruthach de theòthachd agus cuideam.Nas fhaide air adhart, mhol Liang agus Rogers29 agus Brinson30 modail anns an robhar a’ gabhail ris gu robh daineamaigs gluasaid ìre mar ghnìomh cosine de bholtachd is teòthachd, le beagan atharrachaidhean air a’ mhodail.Mhol Becker agus Brinson modal cineatach stèidhichte air diagram ìre gus giùlan stuthan SMA a mhodaladh fo chumhachan luchdachadh neo-riaghailteach a bharrachd air eadar-ghluasadan pàirt.Bidh Banerjee32 a’ cleachdadh modh daineamaigs diagram ìre Bekker agus Brinson31 gus atharrais air aon ìre de làimhseachadh saorsa a chaidh a leasachadh le Elahinia agus Ahmadian33.Tha e duilich dòighean cinneachail stèidhichte air diagraman ìre, a bheir aire don atharrachadh neo-monotonic ann an bholtachd le teòthachd, a chuir an gnìomh ann an tagraidhean innleadaireachd.Bidh Elakhinia agus Ahmadian a’ tarraing aire do na h-uireasbhaidhean sin de mhodalan iongantach a th’ ann agus a’ moladh modal iongantach leudaichte gus giùlan cuimhne cumadh a sgrùdadh agus a mhìneachadh fo chumhachan luchdachadh iom-fhillte sam bith.
Tha am modail structarail de uèir SMA a’ toirt cuideam (\ (\ sigma \)), strain (\ (\ epsilon \)), teòthachd (T), agus bloigh tomhas-lìonaidh martensite (\ (\ xi \)) de uèir SMA.Chaidh am modail bun-reachdail iongantach a mholadh an toiseach le Tanaka28 agus an dèidh sin chaidh gabhail ris le Liang29 agus Brinson30.Tha am foirm aig toradh a’ cho-aontar:
far a bheil E mar an ìre an urra ri modulus SMA Young a gheibhear le bhith a’ cleachdadh \(\ displaystyle E=\xi E_M + (1-\xi)E_A\) agus \(E_A\) agus \(E_M\) a tha a’ riochdachadh modulus Young nan ìrean austenitic agus martensitic, fa leth, agus tha an co-èifeachd leudachaidh teirmeach air a riochdachadh le \(\the).Is e am bàillidh tabhartais gluasaid ìre \( \ Omega = -E \ epsilon _L \) agus \ ( \ epsilon _L \ ) an cuideam as àirde a ghabhas fhaighinn air ais anns an uèir SMA.
Tha an co-aontar daineamaigs ìre aig an aon àm ris a’ ghnìomh cosine a chaidh a leasachadh le Liang29 agus a ghabh Brinson30 nas fhaide air adhart an àite a’ ghnìomh eas-chruthach a mhol Tanaka28.Tha am modail gluasaid ìre na leudachadh air a’ mhodail a mhol Elakhinia agus Ahmadian34 agus air atharrachadh stèidhichte air na cumhaichean gluasaid ìre a thug Liang29 agus Brinson30 seachad.Tha na cumhaichean a thathar a’ cleachdadh airson a’ mhodail gluasaid ìre seo dligheach fo luchdan thermomechanical iom-fhillte.Aig gach àm, thathas a’ tomhas luach bloigh lìonaidh martensite nuair a thathar a’ modaladh a’ cho-aontar bun-reachdail.
Tha an co-aontar ath-chruth-atharrachaidh riaghlaidh, air a chuir an cèill le cruth-atharrachadh martensite gu austenite fo chumhachan teasachaidh, mar a leanas:
far a bheil \(\xi\) na bloigh tomhas-lìonaidh de martensite, \(\ xi _M \) is e am bloigh lìonaidh de martensite a gheibhear mus tèid a theasachadh, \(\ displaystyle a_A = \ pi / (A_f - A_s) \), \ ( \ displaystyle b_A = -a_A / C_A \ ) agus \ (C_A \ ) - lùb, approximation agus teirmean-tomhais lùbte, T_A \ _ _ _ _ teirmean lùb, tuairmse teòthachd, T_A. toiseach agus deireadh ìre austenite, fa leth, teòthachd.
Is e an co-aontar smachd cruth-atharrachaidh dìreach, air a riochdachadh le cruth-atharrachadh ìre austenite gu martensite fo chumhachan fuarachaidh:
far a bheil \(\ xi _A \) am bloigh tomhas-lìonaidh de martensite a gheibhear mus fuaraich e, \(\ displaystyle a_M = \ pi / (M_s - M_f)\), \(displaystyle b_M = -a_M/C_M\) agus \ (C_M \) - crìochan uidheamachadh lùbte, T - teòthachd uèir SMA, \ (M_s \) agus teòthachd an t-sreap mu dheireadh, \(M_s\) agus mu dheireadh.
Às deidh co-aontaran (3) agus (4) a bhith air an eadar-dhealachadh, tha na co-aontaran cruth-atharrachaidh neo-dhìreach agus dìreach air an sìmpleachadh don fhoirm a leanas:
Rè cruth-atharrachadh air adhart is air ais \(\eta _{\sigma}\) agus \(\eta _{T}\) gabh luachan eadar-dhealaichte.Chaidh na co-aontaran bunaiteach co-cheangailte ri \(\eta _{\sigma}\) agus \(\eta _{T}\) a thoirt a-mach agus a dheasbad gu mionaideach ann an earrann a bharrachd.
Tha an lùth teirmeach a dh ’fheumar gus teòthachd an uèir SMA àrdachadh a’ tighinn bho bhuaidh teasachaidh Joule.Tha an lùth teirmeach air a ghabhail a-steach no air a leigeil ma sgaoil leis an uèir SMA air a riochdachadh le teas falaichte cruth-atharrachaidh.Tha an call teas anns an uèir SMA mar thoradh air convection èignichte, agus leis a’ bhuaidh bheag a tha aig rèididheachd, tha an co-aontar cothromachadh lùth teas mar a leanas:
Far an e \(m_{wire}\) tomad iomlan an uèir SMA, is e \(c_{p}\) comas teas sònraichte an SMA, \(V_{in}\) an bholtaids a chuirear air an uèir, \(R_{ohm} \ ) – strì an urra ri ìre SMA, air a mhìneachadh mar;\(R_{ohm} = (l/A_{cross})[\xi r_M + (1-\xi )r_A]\ ) far a bheil \(r_M\ ) agus \(r_A\) an aghaidh ìre SMA ann am martensite agus austenite, fa leth, is e \(A_{c}\) farsaingeachd uachdar (an cruth SMA \ cuimhne \) alloy, H, alloy, cuimhne SMA \ .Is e an teas falaichte de ghluasad na h-uèir, T agus \(T_{\infty}\) teodhachd an uèir SMA agus an àrainneachd, fa leth.
Nuair a thèid uèir alloy cuimhne cumadh a chuir an gnìomh, bidh an uèir a ’teannachadh, a’ cruthachadh feachd anns gach meur den dealbhadh bimodal ris an canar fiber force.Bidh feachdan nan snàithleach anns gach dual den uèir SMA còmhla a’ cruthachadh feachd na fèithe gus a dhol an sàs, mar a chithear ann am Fig. 9e.Air sgàth gu bheil fuaran claon ann, is e feachd fèithe iomlan an Nth actuator multilayer:
A’ cur an àite \(N = 1\) ann an co-aontar (7), gheibhear neart fèithe a’ phròtacail dràibhidh bimodal aig a’ chiad ìre mar a leanas:
far a bheil n an àireamh de chasan unimodal, \(F_m \) is e am feachd fèithe a ghineadh leis an draibheadh, \ (F_f \) an neart snàithleach anns an uèir SMA, \ (K_x \) is e an stiffness bias.Is e earrach, \(\ alpha\) ceàrn an triantain, \(x_0\) a’ chiad chothromachadh den fhuaran claon gus an càball SMA a chumail anns an t-suidheachadh ro-teannachaidh, agus \(\ Delta x\) is e siubhal an actuator.
Gluasad no gluasad iomlan an draibhidh (\(\ Delta x\)) a rèir an bholtaids (\(\ sigma\)) agus strain (\(\ epsilon\)) air uèir SMA an ìre Nth, tha an draibhear air a shuidheachadh gu (faic Fig. pàirt a bharrachd den toradh):
Tha na co-aontaran cinematic a’ toirt seachad an dàimh eadar deformachadh draibhidh ( \ ( \ epsilon \ ) ) agus gluasad no gluasad ( \ ( \ Delta x \ ) ).Tha deformation na h-uèir Arb mar ghnìomh den fhad uèir Arb tùsail (\(l_0\)) agus fad na h-uèir (l) aig àm sam bith t ann an aon mheur aon-mheudach mar a leanas:
far a bheil \(l = \ sqrt{l_0^2 +(\Delta x_1)^2 - 2 l_0 (\ Delta x_1) \ cos \alpha _1}\) air fhaighinn le bhith a' cur a-steach an fhoirmle cosine ann an \(\Delta\)ABB ', mar a chithear ann am Figear 8. Airson a' chiad dhràibhear ìre (\(N = (1\)) alpha _1\) is \(\alpha \) mar a chithear ann an Mar a chithear ann am Figear 8, le bhith ag eadar-dhealachadh na h-ùine bho Cho-aontar (11) agus a’ cur luach l an àite, faodar an ìre strain a sgrìobhadh mar:
far a bheil \(l_0\) fad na h-uèir SMA tùsail, is e l fad na h-uèir aig àm sam bith t ann an aon mheur unimodal, \(\ epsilon\) an deformachadh a chaidh a leasachadh anns an uèir SMA, agus \(\ alpha \) is e ceàrn an triantain, \(\ Delta x\) an dì-chothromachadh draibhidh (mar a chithear ann am Figear 8).
Tha a h-uile n structar aon-mhullaich (\(n=6\) san fhigear seo) ceangailte ann an sreath le \(V_{in}\) mar bholtaids an cuir a-steach.Ìre I: Diagram sgeamach den uèir SMA ann an rèiteachadh bimodal fo chumhachan neoni bholtaids Ìre II: Tha structar fo smachd air a shealltainn far a bheil an uèir SMA air a dhlùthadh mar thoradh air tionndadh cas, mar a chithear leis an loidhne dhearg.
Mar dhearbhadh air bun-bheachd, chaidh draibhear bimodal stèidhichte air SMA a leasachadh gus deuchainn a dhèanamh air toradh samhlachail nan co-aontaran bunaiteach le toraidhean deuchainneach.Tha am modail CAD den actuator sreathach bimodal ri fhaicinn ann am fige.9a.Air an làimh eile, ann am fige.Tha 9c a’ sealltainn dealbhadh ùr a thathar a’ moladh airson ceangal prismatic cuairteachaidh a’ cleachdadh actuator dà-itealan stèidhichte air SMA le structar bimodal.Chaidh na pàirtean dràibhidh a dhèanamh le bhith a’ cleachdadh saothrachadh cuir-ris air clò-bhualadair Ultimaker 3 Extended 3D.Is e polycarbonate an stuth a thathas a’ cleachdadh airson clò-bhualadh 3D de cho-phàirtean a tha freagarrach airson stuthan dìon-teas leis gu bheil e làidir, seasmhach agus tha teòthachd gluasaid glainne àrd (110-113 \ (^{ \ circ } \) C).A bharrachd air an sin, chaidh uèir alloy cuimhne cumadh Flexinol Dynalloy, Inc. a chleachdadh anns na deuchainnean, agus chaidh na feartan stuthan co-chosmhail ris an uèir Flexinol a chleachdadh anns na samhlaidhean.Tha ioma-uèirichean SMA air an rèiteachadh mar snàithleach a tha an làthair ann an rèiteachadh bimodal de fhèithean gus na feachdan àrda a thig a-mach le actuators ioma-fhilleadh fhaighinn, mar a chithear ann am Fig. 9b, d.
Mar a chithear ann am Figear 9a, canar ceàrn (\(\ alpha \)) ris a’ cheàrn gheur a tha air a chruthachadh leis a’ ghàirdean gluasadach SMA uèir.Le clamps crìochnachaidh ceangailte ris na clamps clì is deas, tha an uèir SMA air a chumail aig a’ cheàrn bimodal a tha thu ag iarraidh.Tha an inneal earraich claon a tha air a chumail air an inneal-ceangail earraich air a dhealbhadh gus na diofar bhuidhnean leudachaidh earraich bias atharrachadh a rèir an àireamh (n) de shnàithleach SMA.A bharrachd air an sin, tha suidheachadh nam pàirtean gluasadach air a dhealbhadh gus am bi an uèir SMA fosgailte don àrainneachd a-muigh airson fuarachadh convection èiginneach.Bidh na truinnsearan gu h-àrd is gu h-ìosal den cho-chruinneachadh so-ruigsinneach a’ cuideachadh le bhith a’ cumail an uèir SMA fionnar le gearraidhean eas-chruthach air an dealbhadh gus cuideam a lughdachadh.A bharrachd air an sin, tha dà cheann an uèir CMA ceangailte ris na cinn-uidhe chlì is deas, fa leth, le crimp.Tha plunger ceangailte ri aon cheann den cho-chruinneachadh gluasadach gus am bi am fuadach eadar na truinnsearan gu h-àrd agus gu h-ìosal.Thathas cuideachd a’ cleachdadh an plunger gus feachd bacaidh a chuir air an sensor tro neach-conaltraidh gus am feachd bacaidh a thomhas nuair a thèid an uèir SMA a chuir an gnìomh.
Tha structar fèithean bimodal SMA ceangailte gu dealanach ann an sreath agus air a stiùireadh le bholtadh cuisle cuir a-steach.Rè cearcall cuisle bholtachd, nuair a thèid bholtadh a chuir an sàs agus an uèir SMA air a theasachadh os cionn teòthachd tùsail an austenite, tha fad na h-uèir anns gach dual air a ghiorrachadh.Bidh an tarraing air ais seo a’ gnìomhachadh an fho-chruinneachadh gàirdean gluasadach.Nuair a chaidh an bholtadh a neoni anns an aon chearcall, chaidh an uèir SMA teasachaidh a fhuarachadh fo teòthachd uachdar martensite, agus mar sin a’ tilleadh chun t-suidheachadh tùsail aige.Fo chumhachan cuideam neoni, tha an uèir SMA an-toiseach air a shìneadh gu fulangach le fuaran claon gus an staid martensitic ainmichte a ruighinn.Bidh an sgriubha, tro bheil an uèir SMA a 'dol seachad, a' gluasad mar thoradh air an teannachadh a chaidh a chruthachadh le bhith a 'cur a-steach buille bholtachd air an uèir SMA (tha SPA a' ruighinn ìre austenite), a tha a 'leantainn gu gnìomhachd an luamhan gluasadach.Nuair a thèid an uèir SMA a tharraing air ais, bidh an t-earrach claon a’ cruthachadh feachd eile le bhith a’ sìneadh an earraich tuilleadh.Nuair a thig an cuideam anns a’ bholtachd impulse gu neoni, bidh an uèir SMA a’ leudachadh agus ag atharrachadh a cumadh mar thoradh air fuarachadh convection èignichte, a’ ruighinn ìre martensitic dùbailte.
Tha rèiteachadh bimodal aig an t-siostam actuator sreathach stèidhichte air SMA anns a bheil na uèirichean SMA ceàrnach.(a) a’ sealltainn modail CAD den prototype, a tha a’ toirt iomradh air cuid de na co-phàirtean agus an ciall airson a’ phrototeip, (b, d) a’ riochdachadh a’ prototype deuchainneach leasaichte35.Fhad ‘s a tha (b) a’ sealltainn sealladh gu h-àrd den prototype le ceanglaichean dealain agus fuarain bias agus gasaichean srann air an cleachdadh, (d) a’ sealltainn sealladh seallaidh den t-suidheachadh.(e) Diagram de shiostam gnìomhachaidh sreathach le uèirichean SMA air an cur gu dà-thaobhach aig àm sam bith t, a’ sealltainn stiùir agus cùrsa an t-snàithleach agus neart fèithe.(c) Thathas a’ moladh ceangal prismatic cuairteachaidh 2-DOF airson actuator dà-itealan stèidhichte air SMA a chleachdadh.Mar a chithear, tha an ceangal a 'toirt seachad gluasad sreathach bhon dhràibhear gu h-ìosal chun a' ghàirdean àrd, a 'cruthachadh ceangal cuairteachaidh.Air an làimh eile, tha gluasad na paidhir priosan co-ionann ri gluasad an ioma-ìre draibhidh ciad ìre.
Chaidh sgrùdadh deuchainneach a dhèanamh air a 'phròtacal a chithear ann am Fig. 9b gus measadh a dhèanamh air coileanadh dràibhidh bimodal stèidhichte air SMA.Mar a chithear ann am Figear 10a, bha an suidheachadh deuchainneach a’ toirt a-steach solar cumhachd DC prògramaichte gus bholtadh cuir a-steach a thoirt do na uèirichean SMA.Mar a chithear ann am fige.10b, chaidh inneal-tomhais strain piezoelectric (PACEline CFT / 5kN) a chleachdadh gus an fheachd bacadh a thomhas a’ cleachdadh inneal-clàraidh dàta Graphtec GL-2000.Tha an dàta air a chlàradh leis an aoigh airson tuilleadh sgrùdaidh.Feumaidh innealan-tomhais strain agus amplifiers cosgais solar cumhachd seasmhach gus comharra bholtachd a thoirt gu buil.Tha na comharran co-fhreagarrach air an tionndadh gu toraidhean cumhachd a rèir cugallachd an sensor feachd piezoelectric agus paramadairean eile mar a tha air a mhìneachadh ann an Clàr 2. Nuair a thèid buillean bholtachd a chuir an sàs, bidh teòthachd an uèir SMA ag àrdachadh, ag adhbhrachadh gum bi an uèir SMA a ’teannachadh, a bheir air an actuator feachd a ghineadh.Tha toraidhean deuchainneach toradh neart fèithe le buille bholtachd cuir a-steach de 7 V air an sealltainn ann am fige.2a.
(a) Chaidh siostam actuator sreathach stèidhichte air SMA a stèidheachadh san deuchainn gus an fheachd a chruthaich an actuator a thomhas.Bidh an cealla luchdan a’ tomhas an fheachd bacadh agus tha e air a stiùireadh le solar cumhachd 24 V DC.Chaidh tuiteam bholtachd 7 V a chuir an sàs air fad a’ chàball gu lèir a’ cleachdadh solar cumhachd DC prògramaichte GW Instek.Bidh an uèir SMA a’ crìonadh mar thoradh air teas, agus bidh an gàirdean so-ghluasadach a’ conaltradh ris a’ chill luchd agus a’ cur an gnìomh feachd bacaidh.Tha an cealla luchdan ceangailte ris an logger dàta GL-2000 agus tha an dàta air a stòradh air an òstair airson tuilleadh giollachd.(b) Diagram a’ sealltainn an t-sreath de cho-phàirtean den t-suidheachadh deuchainneach airson neart fèithe a thomhas.
Tha alloidhean cuimhne cumadh air bhioran le lùth teirmeach, agus mar sin bidh an teòthachd na phrìomh paramadair airson a bhith a’ sgrùdadh iongantas cuimhne cumadh.Gu deuchainneach, mar a chithear ann am Fig. 11a, chaidh ìomhaighean teirmeach agus tomhas teòthachd a dhèanamh air actuator divalerate prototype stèidhichte air SMA.Chuir stòr DC prògramaichte bholtadh cuir a-steach gu uèirichean SMA anns an t-suidheachadh deuchainneach, mar a chithear ann am Figear 11b.Chaidh atharrachadh teòthachd an uèir SMA a thomhas ann an àm fìor a’ cleachdadh camara LWIR àrd-rèiteachaidh (FLIR A655sc).Bidh an aoigh a’ cleachdadh bathar-bog ResearchIR gus dàta a chlàradh airson tuilleadh iar-ghiollachd.Nuair a thèid cuisle bholtachd a chuir an sàs, bidh teòthachd an uèir SMA ag àrdachadh, ag adhbhrachadh gum bi an uèir SMA a ’crìonadh.Air fige.Tha Figear 2b a’ sealltainn toraidhean deuchainneach teòthachd uèir SMA an aghaidh ùine airson buille bholtachd cuir a-steach 7V.
Ùine puist: Sultain 28-2022