Mèsi paske ou te vizite Nature.com. Vèsyon navigatè w ap itilize a gen yon sipò CSS limite. Pou pi bon eksperyans lan, nou rekòmande pou w itilize yon navigatè ki ajou (oswa dezaktive Mòd Konpatibilite nan Internet Explorer). Antretan, pou asire sipò kontinyèl, nou pral rann sit la san estil ak JavaScript.
Yo itilize aktuatè toupatou epi yo kreye mouvman kontwole lè yo aplike fòs eksitasyon oswa koupl ki kòrèk la pou fè divès operasyon nan fabrikasyon ak automatisation endistriyèl. Bezwen pou kondwi ki pi rapid, ki pi piti e ki pi efikas ap pouse inovasyon nan konsepsyon kondwi. Kondwi alyaj memwa fòm (SMA) yo ofri yon kantite avantaj sou kondwi konvansyonèl yo, tankou yon rapò pouvwa-pwa ki wo. Nan disètasyon sa a, yo te devlope yon aktuatè ki baze sou SMA ak de plim ki konbine avantaj misk plim sistèm byolojik yo ak pwopriyete inik SMA yo. Etid sa a eksplore epi elaji aktuatè SMA anvan yo lè li devlope yon modèl matematik nan nouvo aktuatè a ki baze sou aranjman fil bimodal SMA a epi teste li eksperimantalman. Konpare ak kondwi li te ye ki baze sou SMA, fòs aktivasyon nouvo kondwi a omwen 5 fwa pi wo (jiska 150 N). Pèt pwa ki koresponn lan se anviwon 67%. Rezilta analiz sansiblite modèl matematik yo itil pou ajiste paramèt konsepsyon ak konprann paramèt kle yo. Etid sa a prezante tou yon kondwi etap N milti-nivo ki ka itilize pou amelyore dinamik plis toujou. Aktuateur misk divalerat ki baze sou SMA yo gen yon pakèt aplikasyon, soti nan automatisation bilding rive nan sistèm livrezon dwòg presizyon.
Sistèm byolojik yo, tankou estrikti miskilè mamifè yo, ka aktive anpil aktuatè sibtil1. Mamifè yo gen diferan estrikti misk, chak nan yo sèvi yon objektif espesifik. Sepandan, nou ka divize yon gwo pati nan estrikti tisi miskilè mamifè yo an de gwo kategori. Paralèl ak penne. Nan misk ischio-jambier yo ak lòt flechisè yo, jan non an sijere a, miskilè paralèl la gen fib miskilè paralèl ak tandon santral la. Chèn fib miskilè yo aliyen epi konekte fonksyonèlman pa tisi konjonktif ki antoure yo a. Malgre ke yo di misk sa yo gen yon gwo ekskirsyon (pousantaj rakoursisman), fòs miskilè jeneral yo trè limite. Okontrè, nan misk triceps ti towo bèf la2 (gastwoknemius lateral (GL)3, gastroknemius medial (GM)4 ak soleus (SOL)) ak ekstansè femoris (kwadriceps)5,6 yo jwenn tisi misk penne nan chak misk7. Nan yon estrikti penne, fib miskilè ki nan miskilè bipenne yo prezan sou tou de bò tandon santral la nan ang oblik (ang penne). Mo pennat la soti nan mo laten "penna", ki vle di "plim", epi, jan yo montre nan fig. 1, li gen yon aparans ki sanble ak yon plim. Fib misk pennat yo pi kout epi yo angilè ak aks longitudinal misk la. Akòz estrikti pennat la, mobilite jeneral misk sa yo redwi, sa ki mennen nan konpozan transvèsal ak longitudinal pwosesis rakoursisman an. Nan lòt men an, aktivasyon misk sa yo mennen nan yon fòs misk ki pi wo an jeneral akòz fason yo mezire sifas seksyonèl fizyolojik la. Se poutèt sa, pou yon sifas seksyonèl bay, misk pennat yo pral pi fò epi yo pral jenere fòs ki pi wo pase misk ki gen fib paralèl. Fòs ki pwodui pa fib endividyèl yo jenere fòs misk nan yon nivo makroskopik nan tisi misk sa a. Anplis de sa, li gen pwopriyete inik tankou retresi rapid, pwoteksyon kont domaj tansyon, ak kousen. Li transfòme relasyon ki genyen ant fib ki antre ak pwodiksyon pouvwa misk la lè li eksplwate karakteristik inik ak konpleksite jewometrik aranjman fib ki asosye ak liy aksyon misk yo.
Yo montre dyagram eskematik ki montre desen aktuateur ki baze sou SMA ki deja egziste an relasyon ak yon achitekti miskilè bimodal, pa egzanp (a), ki reprezante entèraksyon fòs taktil kote yon aparèy ki gen fòm men ki aktive pa fil SMA monte sou yon robo mobil otonòm ki gen de wou9,10. , (b) Pwotèz òbital robotik ak pwotèz òbital ki chaje ak yon resò SMA ki plase antagonistikman. Pozisyon je pwotèz la kontwole pa yon siyal ki soti nan misk okilè je a11, (c) Aktuateur SMA yo ideyal pou aplikasyon anba dlo akòz repons frekans segondè yo ak Pleasant ki ba. Nan konfigirasyon sa a, yo itilize aktuateur SMA pou kreye mouvman vag lè yo simile mouvman pwason, (d) Yo itilize aktuateur SMA pou kreye yon robo enspeksyon mikwo tiyo ki ka itilize prensip mouvman vè pous la, kontwole pa mouvman fil SMA yo andedan kanal 10, (e) montre direksyon fib misk kontraksyon yo ak jenerasyon fòs kontraktil nan tisi gastrocnemius la, (f) montre fil SMA ki ranje nan fòm fib misk nan estrikti misk pennate a.
Akòz pakèt aplikasyon yo, aktyatè yo vin tounen yon pati enpòtan nan sistèm mekanik yo. Se poutèt sa, li vin enpòtan pou motè ki pi piti, pi rapid e pi efikas. Malgre avantaj yo, motè tradisyonèl yo pwouve yo chè epi yo pran anpil tan pou antretyen. Aktyatè idwolik ak pneumatik yo konplèks e chè epi yo sijè a mete, pwoblèm wilaj ak echèk konpozan. Pou reponn a demann lan, yo konsantre sou devlope aktyatè ki pa koute chè, ki optimize an tèm de gwosè e ki avanse, ki baze sou materyèl entelijan. Rechèch kontinyèl la ap egzamine aktyatè kouch alyaj memwa fòm (SMA) pou satisfè bezwen sa a. Aktyatè yerarchik yo inik paske yo konbine anpil aktyatè disrè nan sou-sistèm makro echèl jeyometrikman konplèks pou bay yon fonksyonalite ogmante ak elaji. Nan sans sa a, tisi misk imen ki dekri pi wo a bay yon ekselan egzanp milti-kouch nan aktivasyon milti-kouch sa yo. Etid aktyèl la dekri yon motè SMA milti-nivo ak plizyè eleman motè endividyèl (fil SMA) ki aliyen ak oryantasyon fib ki prezan nan misk bimodal yo, sa ki amelyore pèfòmans jeneral motè a.
Prensipal objektif yon aktuateur se pou jenere yon pwodiksyon puisans mekanik tankou fòs ak deplasman lè li konvèti enèji elektrik. Alyaj memwa fòm yo se yon klas materyèl "entelijan" ki ka retabli fòm yo nan tanperati ki wo. Anba gwo chaj, yon ogmantasyon nan tanperati fil SMA a mennen nan rekiperasyon fòm, sa ki lakòz yon dansite enèji aktivasyon ki pi wo konpare ak divès materyèl entelijan ki lye dirèkteman. An menm tan, anba chaj mekanik, SMA yo vin frajil. Nan sèten kondisyon, yon chaj siklik ka absòbe epi libere enèji mekanik, sa ki montre chanjman fòm isteretik revèsib. Pwopriyete inik sa yo fè SMA ideyal pou detèktè, amortisman Vibration ak espesyalman aktuateur12. Avèk sa nan tèt ou, te gen anpil rechèch sou kondwi ki baze sou SMA. Li ta dwe remake ke aktuateur ki baze sou SMA yo fèt pou bay mouvman translasyon ak wotasyon pou yon varyete aplikasyon13,14,15. Malgre ke yo te devlope kèk aktuateur wotasyon, chèchè yo patikilyèman enterese nan aktuateur lineyè. Aktuateur lineyè sa yo ka divize an twa kalite aktuateur: aktuateur unidimansyonèl, deplasman ak diferansyèl 16. Okòmansman, yo te kreye motè ibrid yo an konbinezon avèk SMA ak lòt motè konvansyonèl yo. Yon egzanp sou yon aktuateur lineyè ibrid ki baze sou SMA se itilizasyon yon fil SMA ak yon motè DC pou bay yon fòs pwodiksyon anviwon 100 N ak yon deplasman siyifikatif17.
Youn nan premye devlopman nan motè ki baze antyèman sou SMA se te motè paralèl SMA a. Lè l sèvi avèk plizyè fil SMA, motè paralèl ki baze sou SMA a fèt pou ogmante kapasite puisans motè a lè li mete tout fil SMA18 yo an paralèl. Koneksyon paralèl aktuateur yo pa sèlman mande plis puisans, men tou limite puisans pwodiksyon yon sèl fil. Yon lòt dezavantaj aktuateur ki baze sou SMA se deplasman limite yo ka reyalize. Pou rezoud pwoblèm sa a, yo te kreye yon travès kab SMA ki gen yon travès fleksib devye pou ogmante deplasman epi reyalize mouvman lineyè, men li pa t jenere fòs ki pi wo19. Yo te devlope estrikti ak twal mou deformab pou robo ki baze sou alyaj memwa fòm prensipalman pou anplifikasyon enpak20,21,22. Pou aplikasyon kote yo bezwen gwo vitès, yo te rapòte ponp kontra enfòmèl ant ki itilize SMA fim mens pou aplikasyon ki kondwi pa mikwoponp23. Frekans kondwi manbràn fim mens SMA a se yon faktè kle nan kontwole vitès motè a. Se poutèt sa, motè lineyè SMA yo gen yon pi bon repons dinamik pase motè prentan oswa baton SMA yo. Robotik mou ak teknoloji priz se de lòt aplikasyon ki itilize aktuateur ki baze sou SMA. Pa egzanp, pou ranplase aktuateur estanda ki itilize nan kranpon espasyal 25 N lan, yo te devlope yon aktuateur paralèl alyaj memwa fòm 24. Nan yon lòt ka, yo te fabrike yon aktuateur mou SMA ki baze sou yon fil ak yon matris entegre ki kapab pwodui yon fòs rale maksimòm 30 N. Akòz pwopriyete mekanik yo, yo itilize SMA tou pou pwodui aktuateur ki imite fenomèn byolojik. Youn nan devlopman sa yo gen ladan yon robo 12 selil ki se yon byomimetik yon òganis ki sanble ak yon vè tè ak SMA pou jenere yon mouvman sinisoyidal pou tire26,27.
Jan nou te mansyone pi bonè, gen yon limit nan fòs maksimòm ki ka jwenn nan aktuateur ki baze sou SMA ki deja egziste yo. Pou adrese pwoblèm sa a, etid sa a prezante yon estrikti misk bimodal byomimetik. Kondwi pa fil alyaj memwa fòm. Li bay yon sistèm klasifikasyon ki gen ladan plizyè fil alyaj memwa fòm. Jiska prezan, pa gen okenn aktuateur ki baze sou SMA ak yon achitekti menm jan an ki te rapòte nan literati a. Sistèm inik ak nouvo sa a ki baze sou SMA te devlope pou etidye konpòtman SMA pandan aliyman misk bimodal. Konpare ak aktuateur ki baze sou SMA ki deja egziste yo, objektif etid sa a se te kreye yon aktuateur divalerat byomimetik pou jenere fòs siyifikativman pi wo nan yon ti volim. Konpare ak motè stepper konvansyonèl yo itilize nan sistèm automatisation ak kontwòl bilding HVAC, konsepsyon kondwi bimodal ki baze sou SMA ki pwopoze a diminye pwa mekanis kondwi a pa 67%. Nan sa ki annapre yo, tèm "misk" ak "kondwi" yo itilize youn apre lòt. Etid sa a envestige simulation miltifizik yon kondwi konsa. Konpòtman mekanik sistèm sa yo te etidye pa metòd eksperimantal ak analitik. Yo te plis envestige distribisyon fòs ak tanperati a nan yon vòltaj antre 7 V. Apre sa, yo te fè yon analiz parametrik pou pi byen konprann relasyon ki genyen ant paramèt kle yo ak fòs sòti a. Finalman, yo te prevwa aktuateur yerarchik epi yo te pwopoze efè nivo yerarchik kòm yon domèn potansyèl nan lavni pou aktuateur ki pa mayetik pou aplikasyon pwotèz. Dapre rezilta etid yo mansyone pi wo a, itilizasyon yon achitekti yon sèl etap pwodui fòs omwen kat a senk fwa pi wo pase aktuateur ki baze sou SMA yo rapòte yo. Anplis de sa, yo te montre ke menm fòs kondwi ki pwodui pa yon kondwi milti-nivo milti-nivo plis pase dis fwa fòs kondwi konvansyonèl ki baze sou SMA yo. Etid la rapòte paramèt kle yo lè l sèvi avèk analiz sansiblite ant diferan konsepsyon ak varyab antre. Longè inisyal fil SMA a (\(l_0\)), ang pene a (\(\alpha\)) ak kantite fil endividyèl (n) nan chak fil endividyèl gen yon gwo efè negatif sou mayitid fòs kondwi a, pandan ke vòltaj antre a (enèji) te tounen yon korelasyon pozitif.
Fil SMA a prezante efè memwa fòm (SME) ke yo wè nan fanmi alyaj nikèl-Titàn (Ni-Ti) yo. Tipikman, SMA yo prezante de faz ki depann de tanperati: yon faz tanperati ba ak yon faz tanperati wo. Toulede faz yo gen pwopriyete inik akòz prezans diferan estrikti kristal. Nan faz austenit la (faz tanperati wo) ki egziste pi wo pase tanperati transfòmasyon an, materyèl la prezante yon gwo rezistans epi li pa defòme byen anba chaj. Alyaj la konpòte li tankou asye pur, kidonk li kapab reziste presyon aktivasyon ki pi wo. Lè yo pwofite pwopriyete sa a nan alyaj Ni-Ti yo, fil SMA yo enkline pou fòme yon aktivatè. Yo devlope modèl analitik apwopriye pou konprann mekanik fondamantal konpòtman tèmik SMA anba enfliyans divès paramèt ak divès jeyometri. Yo te jwenn yon bon akò ant rezilta eksperimantal ak analitik yo.
Yo te fè yon etid eksperimantal sou pwototip ki montre nan Fig. 9a a pou evalye pèfòmans yon motè bimodal ki baze sou SMA. Yo te mezire de nan pwopriyete sa yo, fòs motè a pwodui a (fòs miskilè) ak tanperati fil SMA a (tanperati SMA), eksperimantalman. Pandan diferans vòltaj la ap ogmante sou tout longè fil la nan motè a, tanperati fil la ap ogmante akòz efè chofaj Joule la. Yo te aplike vòltaj antre a nan de sik 10 segonn (yo montre li kòm pwen wouj nan Fig. 2a, b) ak yon peryòd refwadisman 15 segonn ant chak sik. Yo te mezire fòs blokaj la lè l sèvi avèk yon kalib tansyon pyezoelektrik, epi yo te kontwole distribisyon tanperati fil SMA a an tan reyèl lè l sèvi avèk yon kamera LWIR wo rezolisyon syantifik (gade karakteristik ekipman yo itilize a nan Tablo 2). Sa montre ke pandan faz wo vòltaj la, tanperati fil la ap ogmante monotonikman, men lè pa gen kouran k ap koule, tanperati fil la ap kontinye bese. Nan konfigirasyon eksperimantal aktyèl la, tanperati fil SMA a te desann pandan faz refwadisman an, men li te toujou pi wo pase tanperati anbyen an. Figi 2e a montre yon foto tanperati fil SMA a pran ak kamera LWIR la. Yon lòt bò, figi 2a a montre fòs blokaj sistèm kondwi a pwodui. Lè fòs miskilè a depase fòs restorasyon sous la, bra mobil lan, jan yo montre nan Figi 9a, kòmanse deplase. Le pli vit ke aktivasyon an kòmanse, bra mobil lan antre an kontak ak detèktè a, sa kreye yon fòs kò, jan yo montre nan figi 2c, d. Lè tanperati maksimòm lan pre \(84\,^{\circ}\hbox {C}\), fòs maksimòm yo obsève a se 105 N.
Grafik la montre rezilta eksperimantal tanperati fil SMA a ak fòs ki pwodui pa aktuateur bimodal ki baze sou SMA a pandan de sik. Vòltaj antre a aplike nan de sik 10 segonn (montre kòm pwen wouj) ak yon peryòd refwadisman 15 segonn ant chak sik. Fil SMA ki te itilize pou eksperyans yo se te yon fil Flexinol 0.51 mm dyamèt ki soti nan Dynalloy, Inc. (a) Grafik la montre fòs eksperimantal ki jwenn sou de sik, (c, d) montre de egzanp endepandan sou aksyon aktuateur bra k ap deplase sou yon transducteur fòs pyezoelektrik PACEline CFT/5kN, (b) Grafik la montre tanperati maksimòm tout fil SMA a pandan de sik, (e) montre yon foto tanperati ki te pran nan fil SMA a lè l sèvi avèk lojisyèl kamera LWIR FLIR ResearchIR la. Paramèt jewometrik yo te pran an kont nan eksperyans yo bay nan Tablo youn.
Rezilta simulation modèl matematik la ak rezilta eksperimantal yo konpare anba kondisyon yon vòltaj antre 7V, jan yo montre nan Fig.5. Selon rezilta analiz parametrik yo, epi pou evite posiblite pou fil SMA a chofe twòp, yo te bay yon puisans 11.2 W bay aktuateur a. Yo te itilize yon ekipman pouvwa DC pwogramasyon pou bay 7V kòm vòltaj antre, epi yo te mezire yon kouran 1.6A atravè fil la. Fòs ki pwodui pa motè a ak tanperati SDR a ogmante lè yo aplike kouran. Avèk yon vòltaj antre 7V, fòs maksimòm pwodiksyon ki jwenn nan rezilta simulation yo ak rezilta eksperimantal premye sik la se 78 N ak 96 N, respektivman. Nan dezyèm sik la, fòs maksimòm pwodiksyon simulation an ak rezilta eksperimantal yo te 150 N ak 105 N, respektivman. Diferans ki genyen ant mezi fòs oklizyon yo ak done eksperimantal yo ka akòz metòd yo itilize pou mezire fòs oklizyon an. Rezilta eksperimantal yo montre nan fig. Figi 5a a koresponn ak mezi fòs bloke a, ki te mezire lè arbr transmisyon an te an kontak ak transducteur fòs pyezoelektrik PACEline CFT/5kN lan, jan yo montre nan figi 2s. Se poutèt sa, lè arbr transmisyon an pa an kontak ak detèktè fòs la nan kòmansman zòn refwadisman an, fòs la vin zewo imedyatman, jan yo montre nan Figi 2d. Anplis de sa, lòt paramèt ki afekte fòmasyon fòs nan sik ki vin apre yo se valè tan refwadisman an ak koyefisyan transfè chalè konvektif nan sik anvan an. Nan figi 2b a, nou ka wè ke apre yon peryòd refwadisman 15 segonn, fil SMA a pa t rive nan tanperati chanm e pakonsekan li te gen yon tanperati inisyal ki pi wo (\(40\,^{\circ }\hbox {C}\)) nan dezyèm sik kondwi a konpare ak premye sik la (\(25\, ^{\circ}\hbox {C}\)). Kidonk, konpare ak premye sik la, tanperati fil SMA a pandan dezyèm sik chofaj la rive nan tanperati austenit inisyal la (\(A_s\)) pi bonè epi li rete nan peryòd tranzisyon an pi lontan, sa ki lakòz estrès ak fòs. Nan lòt men an, distribisyon tanperati pandan sik chofaj ak refwadisman yo jwenn nan eksperyans ak similasyon yo gen yon gwo resanblans kalitatif ak egzanp ki soti nan analiz tèmografik. Analiz konparatif done tèmik fil SMA ki soti nan eksperyans ak similasyon yo te montre konsistans pandan sik chofaj ak refwadisman yo epi nan tolerans akseptab pou done eksperimantal yo. Tanperati maksimòm fil SMA a, ki jwenn nan rezilta similasyon ak eksperyans premye sik la, se \(89\,^{\circ }\hbox {C}\) ak \(75\,^{\circ }\hbox { C }\, respektivman ), epi nan dezyèm sik la tanperati maksimòm fil SMA a se \(94\,^{\circ }\hbox {C}\) ak \(83\,^{\circ }\hbox {C}\). Modèl fondamantalman devlope a konfime efè efè memwa fòm nan. Wòl fatig ak surchof pa te konsidere nan revizyon sa a. Nan lavni, modèl la pral amelyore pou enkli istwa estrès fil SMA a, sa ki fè li pi apwopriye pou aplikasyon enjenyè. Fòs pwodiksyon kondwi a ak graf tanperati SMA yo jwenn nan blòk Simulink la nan tolerans admisib done eksperimantal yo anba kondisyon yon pulsasyon vòltaj antre 7 V. Sa konfime koreksyon ak fyab modèl matematik devlope a.
Yo te devlope modèl matematik la nan anviwònman MathWorks Simulink R2020b la lè l sèvi avèk ekwasyon debaz ki dekri nan seksyon Metòd yo. Figi 3b a montre yon dyagram blòk nan modèl matematik Simulink la. Yo te simile modèl la pou yon pulsasyon vòltaj antre 7V jan yo montre nan Figi 2a, b. Valè paramèt yo itilize nan simulation an yo nan lis nan Tablo 1. Rezilta simulation pwosesis tranzitwa yo prezante nan Figi 1 ak 1. Figi 3a ak 4. Figi 4a, b a montre vòltaj pwovoke nan fil SMA a ak fòs ki pwodui pa aktuateur a kòm yon fonksyon tan. Pandan transfòmasyon envès (chofaj), lè tanperati fil SMA a, \(T < A_s^{\prime}\) (tanperati kòmansman faz austenit modifye pa estrès), to chanjman fraksyon volim martensit la (\(\dot{\xi }\)) pral zewo. Pandan transfòmasyon envès (chofaj), lè tanperati fil SMA a, \(T < A_s^{\prime}\) (tanperati kòmansman faz austenit modifye pa estrès), to chanjman fraksyon volim martensit la (\(\dot{\ xi }\)) pral zewo. Во время обратного превращения (нагрева), когда температура проволоки SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (температура проволоки SMA, \(T Pandan transfòmasyon envès la (chofaj), lè tanperati fil SMA a, \(T < A_s^{\prime}\) (tanperati kòmansman austenit modifye pa estrès), vitès chanjman fraksyon volim martensit la (\(\dot{\ xi }\ )) pral zewo.在反向转变（加热）过程中，当SMA 线温度\(T < A_s^{\prime}\)（应力修正奥氏体相起始温度）时，马氏体体积分数的变化率（\(\}dot)将为零。在 反向 转变 （加热） 中 ， 当 当 当 线 温度 \ (t При обратном превращении (нагреве) при температуре проволоки СПФ \(T < A_s^{\prime}\) (температнароя СПФ аустенитной фазы с поправкой на напряжение) скорость изменения объемной доли мартенкой на напряжение) (\д тенста) равно нулю. Pandan transfòmasyon envès la (chofaj) nan tanperati fil SMA a \(T < A_s^{\prime}\) (tanperati nikleyasyon faz austenit la, korije pou estrès), vitès chanjman nan fraksyon volim martensit la (\( \dot{\ xi }\)) ap egal a zewo.Se poutèt sa, vitès chanjman estrès la (\(\dot{\sigma}\)) pral depann de vitès defòmasyon an (\(\dot{\epsilon}\)) ak gradyan tanperati a (\(\dot{T} \) ) sèlman lè w itilize ekwasyon (1). Sepandan, pandan tanperati fil SMA a ap ogmante epi li travèse (\(A_s^{\prime}\)), faz austenit la kòmanse fòme, epi yo pran (\(\dot{\xi}\)) kòm valè yo bay nan ekwasyon (3) la. Se poutèt sa, vitès chanjman vòltaj la (\(\dot{\sigma}\)) kontwole ansanm pa \(\dot{\epsilon}, \dot{T}\) ak \(\dot{\xi}\) dwe egal a sa yo bay nan fòmil (1). Sa eksplike chanjman gradyan yo obsève nan kat estrès ak fòs ki varye sou tan pandan sik chofaj la, jan yo montre nan Fig. 4a, b.
(a) Rezilta simulation ki montre distribisyon tanperati a ak tanperati jonksyon pwovoke pa estrès nan yon aktuateur divalerat ki baze sou SMA. Lè tanperati fil la travèse tanperati tranzisyon austenit la nan etap chofaj la, tanperati tranzisyon austenit modifye a kòmanse ogmante, epi menm jan an tou, lè tanperati baton fil la travèse tanperati tranzisyon martensitik la nan etap refwadisman an, tanperati tranzisyon martensitik la diminye. SMA pou modèl analitik pwosesis aktivasyon an. (Pou yon vi detaye sou chak sou-sistèm nan yon modèl Simulink, gade seksyon apendis nan fichye siplemantè a.)
Rezilta analiz la pou diferan distribisyon paramèt yo montre pou de sik vòltaj antre 7V a (sik chofe 10 segonn ak sik refwadisman 15 segonn). Pandan ke (ac) ak (e) montre distribisyon an sou tan, nan lòt men an, (d) ak (f) ilistre distribisyon an ak tanperati a. Pou kondisyon antre respektif yo, estrès maksimòm obsève a se 106 MPa (mwens pase 345 MPa, fòs sede fil), fòs la se 150 N, deplasman maksimòm lan se 270 µm, epi fraksyon volim martensitik minimòm lan se 0.91. Nan lòt men an, chanjman nan estrès ak chanjman nan fraksyon volim martensit la ak tanperati a sanble ak karakteristik isterèz yo.
Menm eksplikasyon an aplike pou transfòmasyon dirèk la (refwadisman) soti nan faz austenit la rive nan faz martensit la, kote tanperati fil SMA a (T) ak tanperati final faz martensit modifye pa estrès la (\(M_f^{\prime}\ )) ekselan. Nan figi 4d, f montre chanjman nan estrès pwovoke a (\(\sigma\)) ak fraksyon volim martensit la (\(\xi\)) nan fil SMA a kòm yon fonksyon chanjman nan tanperati fil SMA a (T), pou tou de sik kondwi yo. Nan figi 3a montre chanjman nan tanperati fil SMA a avèk tan selon pulsasyon vòltaj antre a. Jan yo ka wè nan figi a, tanperati fil la kontinye ogmante lè yo bay yon sous chalè nan vòltaj zewo ak refwadisman konvektif ki vin apre. Pandan chofaj la, retransfòmasyon martensit la an faz austenit la kòmanse lè tanperati fil SMA a (T) kwaze tanperati nikleyasyon austenit ki korije pa estrès la (\(A_s^{\prime}\)). Pandan faz sa a, fil SMA a konprese epi aktuateur a jenere fòs. Epitou pandan refwadisman an, lè tanperati fil SMA a (T) kwaze tanperati nikleyasyon faz martensit ki modifye pa estrès la (\(M_s^{\prime}\)), gen yon tranzisyon pozitif soti nan faz austenit la rive nan faz martensit la. Fòs kondwi a diminye.
Nou ka jwenn prensipal aspè kalitatif kondwi bimodal ki baze sou SMA a nan rezilta simulation yo. Nan ka yon antre pulsasyon vòltaj, tanperati fil SMA a ogmante akòz efè chofaj Joule la. Valè inisyal fraksyon volim martensit la (\(\xi\)) fikse a 1, paske materyèl la okòmansman nan yon faz konplètman martensitik. Pandan fil la kontinye chofe, tanperati fil SMA a depase tanperati nikleyasyon austenit ki korije pou estrès la \(A_s^{\prime}\), sa ki lakòz yon diminisyon nan fraksyon volim martensit la, jan yo montre nan Figi 4c. Anplis de sa, nan fig. 4e montre distribisyon kou aktuateur a nan tan, epi nan fig. 5 – fòs kondwi kòm yon fonksyon tan. Yon sistèm ekwasyon ki gen rapò gen ladan tanperati, fraksyon volim martensit, ak estrès ki devlope nan fil la, sa ki lakòz kontraksyon fil SMA a ak fòs aktuateur a pwodui. Jan yo montre nan fig. 4d,f, varyasyon vòltaj ak tanperati a ak varyasyon fraksyon volim martensit ak tanperati a koresponn ak karakteristik isterèz SMA a nan ka simile a nan 7 V.
Yo te jwenn yon konparezon paramèt kondwi yo atravè eksperyans ak kalkil analitik. Fil yo te sibi yon vòltaj antre pulsasyon 7 V pandan 10 segonn, answit yo te refwadi yo pandan 15 segonn (faz refwadisman) sou de sik. Ang peny lan fikse sou \(40^{\circ}\) epi longè inisyal fil SMA a nan chak janm peny fikse sou 83mm. (a) Mezire fòs kondwi a ak yon selil chaj (b) Siveye tanperati fil la ak yon kamera enfrawouj tèmik.
Pou konprann enfliyans paramèt fizik yo sou fòs ki pwodui pa motè a, yo te fè yon analiz sou sansiblite modèl matematik la pou paramèt fizik yo chwazi a, epi yo te klase paramèt yo selon enfliyans yo. Premyèman, yo te fè echantiyonaj paramèt modèl yo lè l sèvi avèk prensip konsepsyon eksperimantal ki te swiv yon distribisyon inifòm (gade Seksyon Siplemantè sou Analiz Sansiblite). Nan ka sa a, paramèt modèl yo gen ladan vòltaj antre (\(V_{in}\)), longè fil SMA inisyal la (\(l_0\)), ang triyang lan (\(\alpha\)), konstan resò polarizasyon an (\( K_x\ )), koyefisyan transfè chalè konvektif la (\(h_T\)) ak kantite branch unimodal yo (n). Nan pwochen etap la, yo te chwazi fòs misk pik la kòm yon egzijans konsepsyon etid la epi yo te jwenn efè parametrik chak seri varyab sou fòs la. Yo te sòti graf tònad yo pou analiz sansiblite a nan koyefisyan korelasyon yo pou chak paramèt, jan yo montre nan Fig. 6a.
(a) Valè koyefisyan korelasyon paramèt modèl yo ak efè yo sou fòs maksimòm pwodiksyon 2500 gwoup inik paramèt modèl ki anwo yo parèt nan graf tornado a. Graf la montre korelasyon ran plizyè endikatè. Li klè ke \(V_{in}\) se sèl paramèt ki gen yon korelasyon pozitif, epi \(l_0\) se paramèt ki gen pi gwo korelasyon negatif la. Efè divès paramèt nan divès konbinezon sou fòs misk pik la parèt nan (b, c). \(K_x\) varye ant 400 ak 800 N/m epi n varye ant 4 ak 24. Vòltaj (\(V_{in}\)) chanje soti nan 4V pou rive nan 10V, longè fil la (\(l_{0 } \)) chanje soti nan 40 pou rive nan 100 mm, epi ang ke a (\ (\alpha \)) varye soti nan \ (20 – 60 \, ^ {\circ }\).
Figi 6a a montre yon graf tònad ki gen plizyè koyefisyan korelasyon pou chak paramèt ak egzijans konsepsyon fòs kondwi pik la. Nan Figi 6a a, nou ka wè ke paramèt vòltaj la (\(V_{in}\)) gen yon relasyon dirèk ak fòs maksimòm pwodiksyon an, epi koyefisyan transfè chalè konvektif la (\(h_T\)), ang flanm dife a (\( \alpha\)), konstan resò deplasman an (\(K_x\)) gen yon korelasyon negatif ak fòs pwodiksyon an ak longè inisyal la (\(l_0\)) fil SMA a, epi kantite branch unimodal yo (n) montre yon korelasyon envès fò. Nan ka korelasyon dirèk, nan ka yon valè ki pi wo nan koyefisyan korelasyon vòltaj la (\(V_ {in}\)) endike ke paramèt sa a gen pi gwo efè sou pwodiksyon pouvwa a. Yon lòt analiz menm jan an mezire fòs pik la lè li evalye efè diferan paramèt yo nan diferan konbinezon de espas kalkil yo, jan yo montre nan Figi 6b, c. \(V_{in}\) ak \(l_0\), \(\alpha\) ak \(l_0\) gen modèl ki sanble, epi graf la montre ke \(V_{in}\) ak \(\alpha\) ak \(\alpha\) gen modèl ki sanble. Valè \(l_0\) ki pi piti lakòz fòs pik ki pi wo. De lòt graf yo konsistan avèk Figi 6a, kote n ak \(K_x\) gen yon korelasyon negatif epi \(V_{in}\) gen yon korelasyon pozitif. Analiz sa a ede defini ak ajiste paramèt enfliyans yo ke fòs pwodiksyon an, kou a ak efikasite sistèm kondwi a ka itilize pou adapte ak egzijans yo ak aplikasyon an.
Travay rechèch aktyèl la prezante epi envestige kondwi yerarchik ak N nivo. Nan yon yerachi de nivo, jan yo montre nan Fig. 7a, kote olye de chak fil SMA nan premye aktuateur nivo a, yo reyalize yon aranjman bimodal, jan yo montre nan Fig. 9e. Sou Fig. 7c montre kijan fil SMA a vlope alantou yon bra mobil (bra oksilyè) ki deplase sèlman nan direksyon longitudinal la. Sepandan, bra mobil prensipal la kontinye deplase nan menm fason ak bra mobil aktuateur milti-etap 1ye etap la. Tipikman, yo kreye yon kondwi N-etap lè yo ranplase fil SMA etap \(N-1\) la ak yon kondwi premye etap. Kòm rezilta, chak branch imite kondwi premye etap la, eksepte branch ki kenbe fil la li menm. Nan fason sa a, yo ka fòme estrikti entegre ki kreye fòs ki plizyè fwa pi gran pase fòs kondwi prensipal yo. Nan etid sa a, pou chak nivo, yo te pran an kont yon longè fil SMA total efikas 1 m, jan yo montre nan fòma tablo nan Fig. 7d. Kouran ki pase nan chak fil nan chak konsepsyon unimodal ak pretansyon ak vòltaj ki kapab lakòz nan chak segman fil SMA yo se menm bagay la nan chak nivo. Dapre modèl analiz nou an, fòs pwodiksyon an gen yon korelasyon pozitiv ak nivo a, alòske deplasman an gen yon korelasyon negatif. An menm tan, te gen yon konpwomi ant deplasman ak fòs miskilè. Jan yo wè nan fig. 7b, pandan ke fòs maksimòm nan reyalize nan pi gwo kantite kouch yo, pi gwo deplasman an obsève nan kouch ki pi ba a. Lè nivo yerachi a te fikse sou \(N=5\), yo te jwenn yon fòs miskilè pik 2.58 kN ak 2 kou obsève \(\upmu\)m. Nan lòt men an, premye etap kondwi a jenere yon fòs 150 N nan yon kou 277 \(\upmu\)m. Aktuateur milti-nivo yo kapab imite misk byolojik reyèl, kote misk atifisyèl ki baze sou alyaj memwa fòm yo kapab jenere fòs siyifikativman pi wo ak mouvman presi ak pi rafine. Limit konsepsyon miniaturize sa a se ke pandan yerachi a ogmante, mouvman an redwi anpil epi konpleksite pwosesis fabrikasyon kondwi a ogmante.
(a) Yo montre yon sistèm aktuateur lineyè alyaj memwa fòm an kouch de etap (\(N=2\)) nan yon konfigirasyon bimodal. Modèl pwopoze a reyalize lè yo ranplase fil SMA a nan aktuateur kouch premye etap la ak yon lòt aktuateur kouch yon sèl etap. (c) Konfigirasyon defòme nan aktuateur miltikouch dezyèm etap la. (b) Yo dekri distribisyon fòs ak deplasman yo selon kantite nivo yo. Yo te jwenn ke fòs pik aktuateur a gen yon korelasyon pozitiv ak nivo echèl la sou graf la, alòske kou a gen yon korelasyon negatif ak nivo echèl la. Kouran an ak pre-vòltaj nan chak fil rete konstan nan tout nivo yo. (d) Tablo a montre kantite tiyo ak longè fil SMA a (fib) nan chak nivo. Karakteristik fil yo endike pa endèks 1, epi kantite branch segondè yo (youn konekte ak janm prensipal la) endike pa pi gwo nimewo ki nan endis la. Pa egzanp, nan nivo 5, \(n_1\) refere a kantite fil SMA ki prezan nan chak estrikti bimodal, epi \(n_5\) refere a kantite pye oksilyè (youn konekte ak pye prensipal la).
Anpil chèchè te pwopoze plizyè metòd pou modle konpòtman SMA ki gen memwa fòm, ki depann de pwopriyete termomekanik ki akonpaye chanjman makroskopik nan estrikti kristal ki asosye ak tranzisyon faz la. Fòmilasyon metòd konstititif yo konplèks pa yo menm. Tanaka28 pwopoze modèl fenomenolojik ki pi souvan itilize a epi li lajman itilize nan aplikasyon jeni. Tanaka [28] pwopoze a sipoze ke fraksyon volim martensite a se yon fonksyon eksponansyèl tanperati ak estrès. Pita, Liang ak Rogers29 ak Brinson30 te pwopoze yon modèl kote yo te sipoze dinamik tranzisyon faz la se yon fonksyon kosinis vòltaj ak tanperati, avèk ti modifikasyon nan modèl la. Becker ak Brinson te pwopoze yon modèl sinetik ki baze sou dyagram faz pou modle konpòtman materyèl SMA yo anba kondisyon chaj abitrè osi byen ke tranzisyon pasyèl. Banerjee32 itilize metòd dinamik dyagram faz Bekker ak Brinson31 pou simile yon manipilatè libète yon sèl degre ki devlope pa Elahinia ak Ahmadian33. Metòd sinetik ki baze sou dyagram faz, ki pran an kont chanjman ki pa monotonik nan vòltaj ak tanperati a, difisil pou aplike nan aplikasyon enjenyè. Elakhinia ak Ahmadian atire atansyon sou enpèfeksyon sa yo nan modèl fenomenolojik ki deja egziste yo epi pwopoze yon modèl fenomenolojik pwolonje pou analize ak defini konpòtman memwa fòm anba nenpòt kondisyon chaj konplèks.
Modèl estriktirèl fil SMA a bay estrès (\(\sigma\)), defòmasyon (\(\epsilon\)), tanperati (T), ak fraksyon volim martensite (\(\xi\)) fil SMA a. Tanaka28 te pwopoze modèl konstititif fenomenolojik la pou premye fwa epi Liang29 ak Brinson30 te adopte li pita. Derivatif ekwasyon an gen fòm sa a:
Kote E se modil Young SMA ki depann de faz la, yo jwenn li lè yo itilize \(\displaystyle E=\xi E_M + (1-\xi )E_A\) epi \(E_A\) ak \(E_M\) ki reprezante modil Young lan se faz austenitik ak martensitik, respektivman, epi koyefisyan ekspansyon tèmik la reprezante pa \(\theta _T\). Faktè kontribisyon tranzisyon faz la se \(\Omega = -E \epsilon _L\) epi \(\epsilon _L\) se maksimòm deformation rekiperab nan fil SMA a.
Ekwasyon dinamik faz la koresponn ak fonksyon kosinis Liang29 te devlope a epi Brinson30 te adopte pita olye fonksyon eksponansyèl Tanaka28 te pwopoze a. Modèl tranzisyon faz la se yon ekstansyon modèl Elakhinia ak Ahmadian34 te pwopoze a epi modifye dapre kondisyon tranzisyon faz Liang29 ak Brinson30 te bay yo. Kondisyon yo itilize pou modèl tranzisyon faz sa a valab anba chaj tèmomekanik konplèks. Nan chak moman, yo kalkile valè fraksyon volim martensit la lè y ap modèl ekwasyon konstitif la.
Ekwasyon retransfòmasyon ki gouvène a, ki eksprime pa transfòmasyon martensite an austenite anba kondisyon chofaj, se jan sa a:
kote \(\xi\) se fraksyon volim martensit la, \(\xi _M\) se fraksyon volim martensit ki jwenn anvan chofaj, \(\displaystyle a_A = \pi /(A_f – A_s)\), \ ( \displaystyle b_A = -a_A/C_A\) ak \(C_A\) – paramèt apwoksimasyon koub la, T – tanperati fil SMA a, \(A_s\) ak \(A_f\) – kòmansman ak fen faz austenit la, respektivman, tanperati.
Ekwasyon kontwòl transfòmasyon dirèk la, reprezante pa transfòmasyon faz austenit an martensit anba kondisyon refwadisman, se:
kote \(\xi _A\) se fraksyon volim martensit ki jwenn anvan refwadisman, \(\displaystyle a_M = \pi /(M_s – M_f)\), \(\displaystyle b_M = -a_M/C_M\) ak \( C_M \) – paramèt ajisteman koub, T – tanperati fil SMA, \(M_s\) ak \(M_f\) – tanperati martensit inisyal ak final, respektivman.
Apre yo fin diferansye ekwasyon (3) ak (4) yo, yo senplifye ekwasyon transfòmasyon envès ak dirèk yo nan fòm sa a:
Pandan transfòmasyon pou pi devan ak pou dèyè, \(\eta _{\sigma}\) ak \(\eta _{T}\) pran valè diferan. Ekwasyon debaz ki asosye avèk \(\eta _{\sigma}\) ak \(\eta _{T}\) yo te derive epi diskite an detay nan yon seksyon adisyonèl.
Enèji tèmik ki nesesè pou ogmante tanperati fil SMA a soti nan efè chofaj Joule a. Enèji tèmik ki absòbe oswa libere pa fil SMA a reprezante pa chalè laten transfòmasyon an. Pèt chalè nan fil SMA a se akòz konveksyon fòse, epi lè nou konsidere efè neglijab radyasyon an, ekwasyon balans enèji tèmik la se jan sa a:
Kote \(m_{wire}\) se mas total fil SMA a, \(c_{p}\) se kapasite chalè espesifik SMA a, \(V_{in}\) se vòltaj ki aplike nan fil la, \(R_{ohm} \ ) – rezistans SMA ki depann de faz, defini kòm; \(R_{ohm} = (l/A_{cross})[\xi r_M + (1-\xi )r_A]\ ) kote \(r_M\ ) ak \(r_A\) se rezistivite faz SMA nan martensite ak austenite, respektivman, \(A_{c}\) se sifas fil SMA a, \(\Delta H \) se yon alyaj memwa fòm. Chalè laten tranzisyon fil la, T ak \(T_{\infty}\) se tanperati fil SMA a ak anviwònman an, respektivman.
Lè yo aktive yon fil alyaj ki gen memwa fòm, fil la konprese, sa kreye yon fòs nan chak branch konsepsyon bimodal la yo rele fòs fib. Fòs fib yo nan chak fil fil SMA a ansanm kreye fòs miskilè pou aktive, jan yo montre nan Fig. 9e. Akòz prezans yon resò polarizasyon, fòs miskilè total Nyèm aktuatè miltikouch la se:
Lè nou ranplase \(N = 1\) nan ekwasyon (7), nou ka jwenn fòs miskilè premye etap pwototip kondwi bimodal la jan sa a:
kote n se kantite janm unimodal yo, \(F_m\) se fòs miskilè ki pwodui pa kondwi a, \​​(F_f\) se fòs fib nan fil SMA a, \(K_x\) se rèd polarizasyon resò a, \(\alpha\) se ang triyang lan, \(x_0\) se offset inisyal resò polarizasyon an pou kenbe kab SMA a nan pozisyon pre-tansyon an, epi \(\Delta x\) se deplasman aktuatè a.
Deplasman total oswa mouvman kondwi a (\(\Delta x\)) selon vòltaj la (\(\sigma\)) ak tansyon an (\(\epsilon\)) sou fil SMA nan etap N la, kondwi a fikse sou (gade Fig. pati adisyonèl nan pwodiksyon an):
Ekwasyon sinematik yo bay relasyon ki genyen ant defòmasyon kondwi a (\(\epsilon\)) ak deplasman an oubyen deplasman an (\(\Delta x\)). Defòmasyon fil Arb la kòm yon fonksyon longè fil Arb inisyal la (\(l_0\)) ak longè fil la (l) nan nenpòt ki moman t nan yon branch unimodal se jan sa a:
Kote \(l = \sqrt{l_0^2 +(\Delta x_1)^2 – 2 l_0 (\Delta x_1) \cos \alpha _1}\) jwenn lè yo aplike fòmil kosinis la nan \(\Delta\)ABB ', jan yo montre nan Figi 8. Pou premye etap transmisyon an (\(N = 1\)), \(\Delta x_1\) se \(\Delta x\), epi \(\alpha _1\) se \(\alpha \) jan yo montre nan Jan yo montre nan Figi 8, lè yo diferansye tan an nan ekwasyon (11) epi yo ranplase valè l la, yo ka ekri vitès defòmasyon an kòm:
kote \(l_0\) se longè inisyal fil SMA a, l se longè fil la nan nenpòt ki moman t nan yon branch unimodal, \(\epsilon\) se defòmasyon ki devlope nan fil SMA a, epi \(\alpha \) se ang triyang lan, \(\Delta x\) se offset kondwi a (jan yo montre nan Figi 8).
Tout n estrikti yon sèl pik (\(n=6\) nan figi sa a) konekte an seri ak \(V_{in}\) kòm vòltaj antre a. Etap I: Dyagram eskematik fil SMA a nan yon konfigirasyon bimodal anba kondisyon vòltaj zewo Etap II: Yo montre yon estrikti kontwole kote fil SMA a konprese akòz konvèsyon envès, jan liy wouj la montre sa.
Kòm yon prèv konsèp, yo te devlope yon kondwi bimodal ki baze sou SMA pou teste derivasyon simile ekwasyon fondamantal yo ak rezilta eksperimantal yo. Modèl CAD aktuateur lineyè bimodal la montre nan fig. 9a. Yon lòt bò, fig. 9c montre yon nouvo konsepsyon ki pwopoze pou yon koneksyon prismatik wotasyonèl lè l sèvi avèk yon aktuateur de plan ki baze sou SMA ak yon estrikti bimodal. Konpozan kondwi yo te fabrike lè l sèvi avèk fabrikasyon aditif sou yon enprimant 3D Ultimaker 3 Extended. Materyèl ki itilize pou enprime 3D konpozan yo se polikarbonat ki apwopriye pou materyèl ki reziste chalè paske li solid, dirab epi li gen yon tanperati tranzisyon vitrifikasyon ki wo (110-113 \(^{\circ }\) C). Anplis de sa, yo te itilize fil alyaj memwa fòm Flexinol Dynalloy, Inc. nan eksperyans yo, epi pwopriyete materyèl ki koresponn ak fil Flexinol la te itilize nan similasyon yo. Plizyè fil SMA yo ranje kòm fib ki prezan nan yon aranjman bimodal nan misk pou jwenn fòs segondè ki pwodui pa aktuateur miltikouch yo, jan yo montre nan Fig. 9b, d.
Jan yo montre nan Figi 9a, ang egi ki fòme pa fil SMA bra mobil lan rele ang lan (\(\alpha\)). Avèk kranpon tèminal yo tache ak kranpon gòch ak dwat yo, fil SMA a kenbe nan ang bimodal ki nesesè a. Aparèy resò polarizasyon ki kenbe sou konektè resò a fèt pou ajiste diferan gwoup ekstansyon resò polarizasyon yo selon kantite (n) fib SMA yo. Anplis de sa, kote pati k ap deplase yo fèt pou fil SMA a ekspoze a anviwònman ekstèn lan pou refwadisman konveksyon fòse. Plak anwo ak anba asanblaj detachable la ede kenbe fil SMA a fre ak dekoupaj ekstrude ki fèt pou diminye pwa. Anplis de sa, tou de bout fil CMA a fiks nan tèminal gòch ak dwat yo, respektivman, pa mwayen yon serti. Yon piston tache ak yon bout asanblaj mobil lan pou kenbe espas ant plak anwo ak anba yo. Piston an itilize tou pou aplike yon fòs blokaj sou detèktè a atravè yon kontak pou mezire fòs blokaj la lè fil SMA a aktive.
Estrikti misk bimodal SMA a konekte elektrikman an seri epi li mache ak yon vòltaj pulsasyon antre. Pandan sik pulsasyon vòltaj la, lè yo aplike vòltaj la epi fil SMA a chofe pi wo pase tanperati inisyal austenit la, longè fil la nan chak fil vin pi kout. Retrè sa a aktive sou-ansanbl bra mobil lan. Lè vòltaj la te zewo nan menm sik la, fil SMA chofe a te refwadi anba tanperati sifas martensit la, kidonk li retounen nan pozisyon orijinal li. Anba kondisyon zewo estrès, fil SMA a premye pasivman lonje pa yon resò polarizasyon pou rive nan eta martensitik detwinn lan. Vis la, kote fil SMA a pase, deplase akòz konpresyon ki kreye lè yo aplike yon pulsasyon vòltaj sou fil SMA a (SPA rive nan faz austenit la), sa ki mennen nan aktivasyon levye mobil lan. Lè fil SMA a retraite, resò polarizasyon an kreye yon fòs opoze lè li plis lonje resò a. Lè estrès nan vòltaj enpilsyon an vin zewo, fil SMA a lonje epi chanje fòm li akòz refwadisman konveksyon fòse, li rive nan yon faz doub martensitik.
Sistèm aktuateur lineyè ki baze sou SMA ki pwopoze a gen yon konfigirasyon bimodal kote fil SMA yo angilè. (a) montre yon modèl CAD pwototip la, ki mansyone kèk nan konpozan yo ak siyifikasyon yo pou pwototip la, (b, d) reprezante pwototip eksperimantal ki devlope a35. Pandan ke (b) montre yon vi anlè pwototip la ak koneksyon elektrik ak resò polarizasyon ak kalib tansyon yo itilize, (d) montre yon vi an pèspektiv konfigirasyon an. (e) Dyagram yon sistèm aktuasyon lineyè ak fil SMA ki plase bimodalman nan nenpòt ki lè t, ki montre direksyon ak kou fib la ak fòs miskilè. (c) Yo pwopoze yon koneksyon prismatik wotasyonèl 2-DOF pou deplwaye yon aktuateur ki baze sou SMA de plan. Jan yo montre a, lyen an transmèt mouvman lineyè soti nan kondwi anba a rive nan bra anwo a, sa ki kreye yon koneksyon wotasyonèl. Nan lòt men an, mouvman pè prism yo se menm ak mouvman kondwi premye etap miltikouch la.
Yo te fè yon etid eksperimantal sou pwototip ki montre nan Fig. 9b a pou evalye pèfòmans yon motè bimodal ki baze sou SMA. Jan yo montre nan Fig. 10a, konfigirasyon eksperimantal la te konpoze de yon ekipman pou pouvwa DC pwogramab pou bay vòltaj antre nan fil SMA yo. Jan yo montre nan fig. 10b, yo te itilize yon kalib deformation pyezoelektrik (PACEline CFT/5kN) pou mezire fòs blokaj la lè l sèvi avèk yon anrejistreman done Graphtec GL-2000. Lame a anrejistre done yo pou plis etid. Kalib deformation ak anplifikatè chaj yo bezwen yon ekipman pou pouvwa konstan pou pwodui yon siyal vòltaj. Siyal korespondan yo konvèti an pwodiksyon pouvwa selon sansiblite detèktè fòs pyezoelektrik la ak lòt paramèt jan yo dekri nan Tablo 2. Lè yo aplike yon pulsasyon vòltaj, tanperati fil SMA a ogmante, sa ki lakòz fil SMA a konprese, sa ki lakòz aktuateur a jenere fòs. Rezilta eksperimantal pwodiksyon fòs miskilè pa yon pulsasyon vòltaj antre 7 V yo montre nan fig. 2a.
(a) Yo te mete yon sistèm aktuatè lineyè ki baze sou SMA nan eksperyans lan pou mezire fòs aktuatè a pwodui. Selil chaj la mezire fòs blokaj la epi li mache ak yon ekipman pou pouvwa 24 V DC. Yo te aplike yon gout vòltaj 7 V sou tout longè kab la lè l sèvi avèk yon ekipman pou pouvwa DC pwogramab GW Instek. Fil SMA a retresi akòz chalè, epi bra mobil lan an kontak ak selil chaj la epi li egzèse yon fòs blokaj. Selil chaj la konekte ak anrejistreman done GL-2000 la epi done yo estoke sou òdinatè prensipal la pou plis tretman. (b) Dyagram ki montre chèn konpozan konfigirasyon eksperimantal la pou mezire fòs miskilè.
Alyaj memwa fòm yo eksite pa enèji tèmik, kidonk tanperati vin tounen yon paramèt enpòtan pou etidye fenomèn memwa fòm nan. Eksperimantalman, jan yo montre nan Fig. 11a, yo te fè imaj tèmik ak mezi tanperati sou yon pwototip aktuateur divalerat ki baze sou SMA. Yon sous DC pwogramasyon te aplike vòltaj opinyon sou fil SMA yo nan konfigirasyon eksperimantal la, jan yo montre nan Figi 11b. Yo te mezire chanjman tanperati fil SMA a an tan reyèl lè l sèvi avèk yon kamera LWIR rezolisyon wo (FLIR A655sc). Sistèm lame a itilize lojisyèl ResearchIR pou anrejistre done pou plis pwosesis apre sa. Lè yo aplike yon pulsasyon vòltaj, tanperati fil SMA a ogmante, sa ki lakòz fil SMA a retresi. Nan Fig. 2b montre rezilta eksperimantal tanperati fil SMA a an fonksyon de tan pou yon pulsasyon vòltaj opinyon 7V.