Terima kasih telah mengunjungi Alam.com.Versi browser yang Anda gunakan memiliki dukungan CSS yang terbatas.Untuk pengalaman terbaik, kami menyarankan Anda menggunakan browser yang diperbarui (atau nonaktifkan Mode Kompatibilitas di Internet Explorer).Sementara itu, untuk memastikan dukungan yang berkelanjutan, kami akan merender situs tanpa gaya dan JavaScript.
Aktuator digunakan di mana-mana dan menciptakan gerakan terkontrol dengan menerapkan gaya eksitasi atau torsi yang tepat untuk melakukan berbagai operasi dalam manufaktur dan otomasi industri.Kebutuhan akan hard disk yang lebih cepat, lebih kecil, dan lebih efisien mendorong inovasi dalam desain hard disk.Drive Shape Memory Alloy (SMA) menawarkan sejumlah keunggulan dibandingkan drive konvensional, termasuk rasio daya-terhadap-berat yang tinggi.Dalam disertasi ini, dikembangkan aktuator berbasis SMA dua bulu yang menggabungkan keunggulan otot bulu sistem biologis dan sifat unik SMA.Studi ini mengeksplorasi dan memperluas aktuator SMA sebelumnya dengan mengembangkan model matematis aktuator baru berdasarkan susunan kawat SMA bimodal dan mengujinya secara eksperimental.Dibandingkan dengan penggerak yang dikenal berdasarkan SMA, gaya penggerak penggerak baru setidaknya 5 kali lebih tinggi (hingga 150 N).Penurunan berat badan yang sesuai adalah sekitar 67%.Hasil analisis sensitivitas model matematis berguna untuk menyetel parameter desain dan memahami parameter kunci.Studi ini lebih lanjut menghadirkan penggerak tahap N multi-level yang dapat digunakan untuk lebih meningkatkan dinamika.Aktuator otot dipvalerate berbasis SMA memiliki berbagai aplikasi, mulai dari otomatisasi bangunan hingga sistem penghantaran obat yang presisi.
Sistem biologis, seperti struktur otot mamalia, dapat mengaktifkan banyak aktuator halus1.Mamalia memiliki struktur otot yang berbeda, masing-masing melayani tujuan tertentu.Namun, sebagian besar struktur jaringan otot mamalia dapat dibagi menjadi dua kategori besar.Paralel dan pena.Pada paha belakang dan fleksor lainnya, seperti namanya, otot paralel memiliki serat otot yang sejajar dengan tendon sentral.Rantai serat otot berbaris dan secara fungsional dihubungkan oleh jaringan ikat di sekitarnya.Meskipun otot-otot ini dikatakan mengalami ekskursi yang besar (persentase pemendekan), kekuatan otot mereka secara keseluruhan sangat terbatas.Sebaliknya, pada otot triceps betis2 (lateral gastrocnemius (GL)3, medial gastrocnemius (GM)4 dan soleus (SOL)) dan extensor femoris (quadriceps)5,6 terdapat jaringan otot pennate pada masing-masing otot7.Dalam struktur menyirip, serat otot pada otot bipennat hadir di kedua sisi tendon sentral pada sudut miring (sudut menyirip).Pennate berasal dari kata Latin "penna", yang berarti "pena", dan, seperti yang ditunjukkan pada gambar.1 memiliki penampilan seperti bulu.Serat otot pennate lebih pendek dan miring ke sumbu longitudinal otot.Karena struktur menyirip, mobilitas keseluruhan otot-otot ini berkurang, yang mengarah pada komponen transversal dan longitudinal dari proses pemendekan.Di sisi lain, aktivasi otot-otot ini mengarah pada kekuatan otot keseluruhan yang lebih tinggi karena cara pengukuran luas penampang fisiologis.Oleh karena itu, untuk luas penampang tertentu, otot pennate akan lebih kuat dan menghasilkan gaya yang lebih tinggi daripada otot dengan serat paralel.Kekuatan yang dihasilkan oleh serat individu menghasilkan kekuatan otot pada tingkat makroskopis di jaringan otot itu.Selain itu, ia memiliki sifat unik seperti penyusutan cepat, perlindungan terhadap kerusakan akibat tarikan, bantalan.Ini mengubah hubungan antara input serat dan output tenaga otot dengan mengeksploitasi fitur unik dan kompleksitas geometris dari pengaturan serat yang terkait dengan garis aksi otot.
Ditampilkan adalah diagram skematik dari desain aktuator berbasis SMA yang ada dalam kaitannya dengan arsitektur otot bimodal, misalnya (a), yang mewakili interaksi gaya taktil di mana perangkat berbentuk tangan yang digerakkan oleh kabel SMA dipasang pada robot bergerak otonom roda dua9,10., (b) Prostesis orbital robotik dengan prostesis orbital bermuatan pegas SMA yang ditempatkan secara antagonis.Posisi mata prostetik dikendalikan oleh sinyal dari otot okular mata11, (c) Aktuator SMA ideal untuk aplikasi bawah air karena respons frekuensinya yang tinggi dan lebar pita yang rendah.Pada konfigurasi ini, aktuator SMA digunakan untuk membuat gerakan gelombang dengan mensimulasikan gerakan ikan, (d) Aktuator SMA digunakan untuk membuat robot inspeksi pipa mikro yang dapat menggunakan prinsip gerak cacing inci, dikendalikan oleh pergerakan kabel SMA di dalam saluran 10, (e) menunjukkan arah kontraksi serat otot dan menghasilkan gaya kontraktil pada jaringan gastrocnemius, (f) menunjukkan kabel SMA yang tersusun dalam bentuk serat otot pada struktur otot pennate.
Aktuator telah menjadi bagian penting dari sistem mekanis karena aplikasinya yang luas.Oleh karena itu, kebutuhan akan drive yang lebih kecil, lebih cepat, dan lebih efisien menjadi sangat penting.Terlepas dari kelebihannya, drive tradisional terbukti mahal dan memakan waktu untuk dirawat.Aktuator hidraulik dan pneumatik rumit dan mahal serta rentan terhadap keausan, masalah pelumasan, dan kegagalan komponen.Menanggapi permintaan, fokusnya adalah pada pengembangan aktuator canggih yang hemat biaya, dioptimalkan ukuran, dan canggih berdasarkan material pintar.Penelitian yang sedang berlangsung sedang melihat aktuator berlapis shape memory alloy (SMA) untuk memenuhi kebutuhan ini.Aktuator hierarki unik karena menggabungkan banyak aktuator diskrit ke dalam subsistem skala makro yang kompleks secara geometris untuk menyediakan fungsionalitas yang ditingkatkan dan diperluas.Dalam hal ini, jaringan otot manusia yang dijelaskan di atas memberikan contoh berlapis-lapis yang sangat baik dari penggerak berlapis-lapis tersebut.Studi saat ini menjelaskan drive SMA multi-level dengan beberapa elemen drive individu (kabel SMA) yang disejajarkan dengan orientasi serat yang ada di otot bimodal, yang meningkatkan performa drive secara keseluruhan.
Tujuan utama dari aktuator adalah untuk menghasilkan output daya mekanis seperti gaya dan perpindahan dengan mengubah energi listrik.Paduan memori bentuk adalah kelas bahan "pintar" yang dapat mengembalikan bentuknya pada suhu tinggi.Di bawah beban tinggi, peningkatan suhu kawat SMA menyebabkan pemulihan bentuk, menghasilkan kerapatan energi aktuasi yang lebih tinggi dibandingkan dengan berbagai bahan pintar yang terikat langsung.Pada saat yang sama, di bawah beban mekanis, SMA menjadi rapuh.Dalam kondisi tertentu, beban siklik dapat menyerap dan melepaskan energi mekanik, menunjukkan perubahan bentuk histeris yang dapat dibalik.Properti unik ini menjadikan SMA ideal untuk sensor, peredam getaran, dan terutama aktuator12.Dengan mengingat hal ini, ada banyak penelitian tentang drive berbasis SMA.Perlu dicatat bahwa aktuator berbasis SMA dirancang untuk menyediakan gerakan translasi dan putar untuk berbagai aplikasi13,14,15.Meskipun beberapa aktuator putar telah dikembangkan, para peneliti secara khusus tertarik pada aktuator linier.Aktuator linier ini dapat dibagi menjadi tiga jenis aktuator: aktuator satu dimensi, perpindahan dan diferensial 16 .Awalnya, penggerak hibrid dibuat dalam kombinasi dengan SMA dan penggerak konvensional lainnya.Salah satu contoh aktuator linier hibrida berbasis SMA adalah penggunaan kawat SMA dengan motor DC untuk menghasilkan gaya keluaran sekitar 100 N dan perpindahan yang signifikan17.
Salah satu pengembangan pertama dalam drive yang sepenuhnya didasarkan pada SMA adalah drive paralel SMA.Menggunakan beberapa kabel SMA, drive paralel berbasis SMA dirancang untuk meningkatkan kemampuan daya drive dengan menempatkan semua kabel SMA18 secara paralel.Koneksi paralel aktuator tidak hanya membutuhkan lebih banyak daya, tetapi juga membatasi daya keluaran dari satu kabel.Kerugian lain dari aktuator berbasis SMA adalah perjalanan terbatas yang dapat mereka capai.Untuk mengatasi masalah ini, balok kabel SMA dibuat yang berisi balok fleksibel yang dibelokkan untuk meningkatkan perpindahan dan mencapai gerakan linier, tetapi tidak menghasilkan gaya yang lebih tinggi19.Struktur dan kain lunak yang dapat dideformasi untuk robot berdasarkan paduan memori bentuk telah dikembangkan terutama untuk amplifikasi benturan20,21,22.Untuk aplikasi yang memerlukan kecepatan tinggi, pompa berpenggerak kompak telah dilaporkan menggunakan SMA film tipis untuk aplikasi berpenggerak pompa mikro23.Frekuensi penggerak membran SMA film tipis merupakan faktor kunci dalam mengendalikan kecepatan pengemudi.Oleh karena itu, motor linier SMA memiliki respons dinamis yang lebih baik daripada motor pegas atau batang SMA.Robotika lunak dan teknologi mencengkeram adalah dua aplikasi lain yang menggunakan aktuator berbasis SMA.Misalnya, untuk mengganti aktuator standar yang digunakan dalam penjepit ruang 25 N, aktuator paralel paduan memori bentuk (24) dikembangkan.Dalam kasus lain, aktuator lunak SMA dibuat berdasarkan kawat dengan matriks tertanam yang mampu menghasilkan gaya tarik maksimum 30 N. Karena sifat mekanisnya, SMA juga digunakan untuk menghasilkan aktuator yang meniru fenomena biologis.Salah satu pengembangan tersebut termasuk robot 12 sel yang merupakan biomimetik dari organisme mirip cacing tanah dengan SMA untuk menghasilkan gerakan sinusoidal menjadi api26,27.
Seperti disebutkan sebelumnya, ada batasan gaya maksimum yang dapat diperoleh dari aktuator berbasis SMA yang ada.Untuk mengatasi masalah ini, penelitian ini menyajikan struktur otot bimodal biomimetik.Didorong oleh kawat paduan memori bentuk.Ini menyediakan sistem klasifikasi yang mencakup beberapa kabel paduan memori bentuk.Sampai saat ini, tidak ada aktuator berbasis SMA dengan arsitektur serupa yang telah dilaporkan dalam literatur.Sistem unik dan baru berdasarkan SMA ini dikembangkan untuk mempelajari perilaku SMA selama penyelarasan otot bimodal.Dibandingkan dengan aktuator berbasis SMA yang ada, tujuan dari penelitian ini adalah untuk membuat aktuator dipvalerat biomimetik untuk menghasilkan gaya yang jauh lebih tinggi dalam volume kecil.Dibandingkan dengan penggerak motor stepper konvensional yang digunakan dalam otomatisasi gedung HVAC dan sistem kontrol, desain penggerak bimodal berbasis SMA yang diusulkan mengurangi bobot mekanisme penggerak sebesar 67%.Berikut ini, istilah "otot" dan "drive" digunakan secara bergantian.Studi ini menyelidiki simulasi multifisika dari drive tersebut.Perilaku mekanik dari sistem tersebut telah dipelajari dengan metode eksperimental dan analitis.Distribusi gaya dan suhu diselidiki lebih lanjut pada tegangan input 7 V. Selanjutnya, analisis parametrik dilakukan untuk lebih memahami hubungan antara parameter kunci dan gaya output.Akhirnya, aktuator hierarkis telah dibayangkan dan efek tingkat hierarkis telah diusulkan sebagai area potensial masa depan untuk aktuator non-magnetik untuk aplikasi prostetik.Menurut hasil studi yang disebutkan di atas, penggunaan arsitektur satu tahap menghasilkan gaya setidaknya empat hingga lima kali lebih tinggi daripada aktuator berbasis SMA yang dilaporkan.Selain itu, kekuatan penggerak yang sama yang dihasilkan oleh penggerak multi-level multi-level telah terbukti lebih dari sepuluh kali lipat dari penggerak berbasis SMA konvensional.Studi ini kemudian melaporkan parameter kunci menggunakan analisis sensitivitas antara berbagai desain dan variabel masukan.Panjang awal kawat SMA (\(l_0\)), sudut menyirip (\(\alpha\)) dan jumlah untai tunggal (n) di setiap untai individu memiliki efek negatif yang kuat pada besarnya gaya penggerak.kekuatan, sedangkan tegangan input (energi) ternyata berkorelasi positif.
Kawat SMA menunjukkan efek memori bentuk (SME) yang terlihat pada keluarga paduan nikel-titanium (Ni-Ti).Biasanya, SMA menunjukkan dua fase yang bergantung pada suhu: fase suhu rendah dan fase suhu tinggi.Kedua fase memiliki sifat unik karena adanya struktur kristal yang berbeda.Pada fase austenit (fase suhu tinggi) yang ada di atas suhu transformasi, material menunjukkan kekuatan tinggi dan terdeformasi buruk di bawah beban.Paduannya berperilaku seperti baja tahan karat, sehingga mampu menahan tekanan aktuasi yang lebih tinggi.Memanfaatkan sifat paduan Ni-Ti ini, kabel SMA dibuat miring untuk membentuk aktuator.Model analitik yang tepat dikembangkan untuk memahami mekanika dasar perilaku termal SMA di bawah pengaruh berbagai parameter dan berbagai geometri.Kesepakatan yang baik diperoleh antara hasil eksperimen dan analitis.
Sebuah studi eksperimental dilakukan pada prototipe yang ditunjukkan pada Gambar. 9a untuk mengevaluasi kinerja penggerak bimodal berdasarkan SMA.Dua dari properti ini, gaya yang dihasilkan oleh drive (kekuatan otot) dan suhu kabel SMA (suhu SMA), diukur secara eksperimental.Saat perbedaan tegangan meningkat di sepanjang kabel di drive, suhu kabel meningkat karena efek pemanasan Joule.Tegangan input diterapkan dalam dua siklus 10 detik (ditunjukkan sebagai titik merah pada Gambar. 2a, b) dengan periode pendinginan 15 detik antara setiap siklus.Gaya pemblokiran diukur menggunakan pengukur regangan piezoelektrik, dan distribusi suhu kabel SMA dipantau secara real time menggunakan kamera LWIR beresolusi tinggi tingkat ilmiah (lihat karakteristik peralatan yang digunakan pada Tabel 2).menunjukkan bahwa selama fase tegangan tinggi, suhu kawat meningkat secara monoton, tetapi ketika tidak ada arus yang mengalir, suhu kawat terus turun.Dalam pengaturan eksperimental saat ini, suhu kabel SMA turun selama fase pendinginan, tetapi masih di atas suhu sekitar.Pada ara.2e menunjukkan cuplikan suhu pada kabel SMA yang diambil dari kamera LWIR.Di sisi lain, pada gambar.2a menunjukkan gaya pemblokiran yang dihasilkan oleh sistem penggerak.Ketika gaya otot melebihi gaya pemulih pegas, lengan yang dapat digerakkan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 9a, mulai bergerak.Segera setelah aktuasi dimulai, lengan yang dapat digerakkan bersentuhan dengan sensor, menciptakan gaya tubuh, seperti yang ditunjukkan pada gambar.2c, d.Ketika suhu maksimum mendekati \(84\,^{\circ}\hbox {C}\), gaya maksimum yang diamati adalah 105 N.
Grafik menunjukkan hasil eksperimen suhu kawat SMA dan gaya yang dihasilkan oleh aktuator bimodal berbasis SMA selama dua siklus.Tegangan input diterapkan dalam dua siklus 10 detik (ditampilkan sebagai titik merah) dengan periode pendinginan 15 detik di antara setiap siklus.Kawat SMA yang digunakan untuk percobaan adalah kawat Flexinol berdiameter 0,51 mm dari Dynalloy, Inc. (a) Grafik menunjukkan gaya eksperimental yang diperoleh selama dua siklus, (c, d) menunjukkan dua contoh independen dari aksi aktuator lengan bergerak pada transduser gaya piezoelektrik PACEline CFT/5kN, (b) grafik menunjukkan suhu maksimum seluruh kawat SMA selama waktu dua siklus, (e) menunjukkan snapshot suhu yang diambil dari kawat SMA menggunakan perangkat lunak FLIR ResearchIR LWIR kamera.Parameter geometris yang diperhitungkan dalam percobaan diberikan pada Tabel.satu.
Hasil simulasi model matematis dan hasil eksperimen dibandingkan pada kondisi tegangan input 7V, seperti ditunjukkan pada Gambar 5.Menurut hasil analisis parametrik dan untuk menghindari kemungkinan panas berlebih pada kabel SMA, daya 11,2 W dialirkan ke aktuator.Catu daya DC yang dapat diprogram digunakan untuk memasok 7V sebagai tegangan input, dan arus 1,6A diukur melintasi kabel.Gaya yang dihasilkan oleh drive dan suhu SDR meningkat saat arus diterapkan.Dengan tegangan input 7V, gaya output maksimum yang diperoleh dari hasil simulasi dan hasil eksperimen siklus pertama berturut-turut adalah 78 N dan 96 N.Pada siklus kedua, gaya keluaran maksimum hasil simulasi dan eksperimen masing-masing adalah 150 N dan 105 N.Perbedaan antara pengukuran gaya oklusi dan data eksperimen mungkin disebabkan oleh metode yang digunakan untuk mengukur gaya oklusi.Hasil percobaan ditunjukkan pada gambar.5a sesuai dengan pengukuran gaya penguncian, yang pada gilirannya diukur ketika poros penggerak bersentuhan dengan transduser gaya piezoelektrik PACEline CFT/5kN, seperti yang ditunjukkan pada gambar.2 detikOleh karena itu, ketika poros penggerak tidak bersentuhan dengan sensor gaya di awal zona pendinginan, gaya segera menjadi nol, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2d.Selain itu, parameter lain yang mempengaruhi pembentukan gaya pada siklus selanjutnya adalah nilai waktu pendinginan dan koefisien perpindahan panas konvektif pada siklus sebelumnya.Dari gbr.2b, dapat dilihat bahwa setelah periode pendinginan 15 detik, kabel SMA tidak mencapai suhu kamar dan karenanya memiliki suhu awal yang lebih tinggi (\(40\,^{\circ }\hbox {C}\)) pada siklus penggerak kedua dibandingkan dengan siklus pertama (\(25\, ^{\circ}\hbox {C}\)).Dengan demikian, dibandingkan dengan siklus pertama, suhu kawat SMA selama siklus pemanasan kedua mencapai suhu austenit awal (\(A_s\)) lebih awal dan bertahan dalam periode transisi lebih lama, menghasilkan tegangan dan gaya.Di sisi lain, distribusi suhu selama siklus pemanasan dan pendinginan yang diperoleh dari eksperimen dan simulasi memiliki kemiripan kualitatif yang tinggi dengan contoh dari analisis termografi.Analisis komparatif data termal kawat SMA dari eksperimen dan simulasi menunjukkan konsistensi selama siklus pemanasan dan pendinginan dan dalam toleransi yang dapat diterima untuk data eksperimen.Suhu maksimum kawat SMA yang diperoleh dari hasil simulasi dan percobaan siklus pertama berturut-turut adalah \(89\,^{\circ }\hbox {C}\) dan \(75\,^{\circ }\hbox { C }\ ), dan pada siklus kedua suhu maksimum kawat SMA adalah \(94\,^{\circ }\hbox {C}\) dan \(83\,^{\circ }\ hbox {C }\).Model yang dikembangkan secara mendasar menegaskan efek dari efek memori bentuk.Peran kelelahan dan kepanasan tidak dipertimbangkan dalam ulasan ini.Di masa mendatang, model ini akan ditingkatkan untuk menyertakan riwayat tegangan kabel SMA, sehingga lebih sesuai untuk aplikasi teknik.Gaya output drive dan plot suhu SMA yang diperoleh dari blok Simulink berada dalam toleransi yang diperbolehkan dari data eksperimen dengan kondisi pulsa tegangan input 7 V. Ini menegaskan kebenaran dan keandalan model matematika yang dikembangkan.
Model matematika dikembangkan di lingkungan MathWorks Simulink R2020b menggunakan persamaan dasar yang dijelaskan di bagian Metode.Pada ara.3b menunjukkan diagram blok model matematika Simulink.Model disimulasikan untuk pulsa tegangan input 7V seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2a, b.Nilai parameter yang digunakan dalam simulasi tercantum pada Tabel 1. Hasil simulasi proses transien disajikan pada Gambar 1 dan 1. Gambar 3a dan 4. Pada gambar.4a,b menunjukkan tegangan induksi pada kabel SMA dan gaya yang dihasilkan oleh aktuator sebagai fungsi waktu. Selama transformasi terbalik (pemanasan), ketika suhu kawat SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (suhu awal fase austenit yang dimodifikasi tegangan), laju perubahan fraksi volume martensit (\(\dot{\xi }\)) akan menjadi nol. Selama transformasi terbalik (pemanasan), ketika suhu kawat SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (suhu awal fase austenit yang dimodifikasi tegangan), laju perubahan fraksi volume martensit (\(\dot{\ xi }\)) akan menjadi nol. Во время обратного превращения (нагрева), когда температура проволоки SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (tемпература начала аустенитной фазы, модифицированная напряжением), скорость изменения объемной доли мартенсита (\(\dot{\ xi }\)) будет равно нулю. Selama transformasi terbalik (pemanasan), ketika suhu kawat SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (suhu awal austenit yang dimodifikasi tegangan), laju perubahan fraksi volume martensit (\(\dot{\ xi }\ )) akan menjadi nol.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（\(\dot{\ xi }\)) 将为零。在 反向 转变 （加热） 中 ， 当 当 当 线 温度 \ (t
( a ) Hasil simulasi menunjukkan distribusi suhu dan suhu persimpangan yang diinduksi tegangan pada aktuator divalerat berbasis SMA.Ketika suhu kawat melintasi suhu transisi austenit pada tahap pemanasan, suhu transisi austenit yang dimodifikasi mulai meningkat, dan demikian pula, ketika suhu batang kawat melintasi suhu transisi martensit pada tahap pendinginan, suhu transisi martensit menurun.SMA untuk pemodelan analitik dari proses aktuasi.(Untuk tampilan rinci dari setiap subsistem model Simulink, lihat bagian lampiran dari file tambahan.)
Hasil analisis untuk distribusi parameter yang berbeda ditunjukkan untuk dua siklus tegangan input 7V (siklus pemanasan 10 detik dan siklus pendinginan 15 detik).Sementara (ac) dan (e) menggambarkan distribusi dari waktu ke waktu, di sisi lain, (d) dan (f) menggambarkan distribusi dengan temperatur.Untuk masing-masing kondisi input, tegangan maksimum yang teramati adalah 106 MPa (kurang dari 345 MPa, kekuatan leleh kawat), gaya 150 N, perpindahan maksimum 270 µm, dan fraksi volume martensitik minimum adalah 0,91.Di sisi lain, perubahan tegangan dan perubahan fraksi volume martensit dengan suhu mirip dengan karakteristik histeresis.
Penjelasan yang sama berlaku untuk transformasi langsung (pendinginan) dari fase austenit ke fase martensit, di mana suhu kawat SMA (T) dan suhu akhir fase martensit yang dimodifikasi tegangan (\(M_f^{\prime}\ )) sangat baik.Pada ara.4d, f menunjukkan perubahan tegangan induksi (\(\sigma\)) dan fraksi volume martensit (\(\xi\)) pada kabel SMA sebagai fungsi dari perubahan suhu kabel SMA (T), untuk kedua siklus penggerak.Pada ara.Gambar 3a menunjukkan perubahan suhu kawat SMA dengan waktu tergantung pulsa tegangan masukan.Seperti dapat dilihat dari gambar, temperatur kawat terus meningkat dengan menyediakan sumber panas pada tegangan nol dan pendinginan konvektif berikutnya.Selama pemanasan, transformasi ulang martensit ke fase austenit dimulai ketika suhu kawat SMA (T) melintasi suhu nukleasi austenit yang dikoreksi tegangan (\(A_s^{\prime}\)).Selama fase ini, kabel SMA dikompresi dan aktuator menghasilkan gaya.Juga selama pendinginan, ketika suhu kawat SMA (T) melintasi suhu nukleasi fase martensit yang dimodifikasi tegangan (\(M_s^{\prime}\)) ada transisi positif dari fase austenit ke fase martensit.tenaga penggerak berkurang.
Aspek kualitatif utama penggerak bimodal berdasarkan SMA dapat diperoleh dari hasil simulasi.Dalam kasus input pulsa tegangan, suhu kabel SMA meningkat karena efek pemanasan Joule.Nilai awal dari fraksi volume martensit (\(\xi\)) ditetapkan ke 1, karena bahan awalnya dalam fase martensit penuh.Saat kawat terus memanas, suhu kawat SMA melebihi suhu nukleasi austenit yang dikoreksi tegangan \(A_s^{\prime}\), menghasilkan penurunan fraksi volume martensit, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4c.Selain itu, dalam gambar.4e menunjukkan distribusi pukulan aktuator dalam waktu, dan pada gambar.5 – kekuatan pendorong sebagai fungsi waktu.Sistem persamaan terkait termasuk suhu, fraksi volume martensit, dan tegangan yang berkembang di kawat, menghasilkan penyusutan kawat SMA dan gaya yang dihasilkan oleh aktuator.Seperti yang ditunjukkan pada gambar.4d, f, variasi tegangan dengan suhu dan variasi fraksi volume martensit dengan suhu sesuai dengan karakteristik histeresis SMA dalam kasus simulasi pada 7 V.
Perbandingan parameter penggerak diperoleh melalui eksperimen dan perhitungan analitik.Kabel dikenakan tegangan input berdenyut 7 V selama 10 detik, kemudian didinginkan selama 15 detik (fase pendinginan) selama dua siklus.Sudut menyirip diatur ke \(40^{\circ}\) dan panjang awal kabel SMA di setiap kaki pin diatur ke 83mm.(a) Mengukur gaya penggerak dengan sel beban (b) Memantau suhu kawat dengan kamera infra merah termal.
Untuk memahami pengaruh parameter fisik pada gaya yang dihasilkan oleh drive, dilakukan analisis sensitivitas model matematika terhadap parameter fisik yang dipilih, dan parameter diberi peringkat sesuai dengan pengaruhnya.Pertama, pengambilan sampel parameter model dilakukan dengan menggunakan prinsip desain eksperimental yang mengikuti distribusi seragam (lihat Bagian Tambahan Analisis Sensitivitas).Dalam hal ini, parameter model meliputi tegangan input (\(V_{in}\)), panjang kawat SMA awal (\(l_0\)), sudut segitiga (\(\alpha\)), konstanta pegas bias (\( K_x\ )), koefisien perpindahan panas konvektif (\(h_T\)) dan jumlah cabang unimodal (n).Pada langkah selanjutnya, kekuatan otot puncak dipilih sebagai persyaratan desain studi dan efek parametrik dari setiap rangkaian variabel pada kekuatan diperoleh.Plot tornado untuk analisis sensitivitas berasal dari koefisien korelasi untuk setiap parameter, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 6a.
(a) Nilai koefisien korelasi dari parameter model dan pengaruhnya terhadap gaya keluaran maksimum 2500 grup unik dari parameter model di atas ditampilkan di plot tornado.Grafik menunjukkan korelasi peringkat dari beberapa indikator.Jelas bahwa \(V_{in}\) adalah satu-satunya parameter dengan korelasi positif, dan \(l_0\) adalah parameter dengan korelasi negatif tertinggi.Pengaruh berbagai parameter dalam berbagai kombinasi pada kekuatan otot puncak ditunjukkan pada (b, c).\(K_x\) berkisar dari 400 hingga 800 N/m dan n berkisar dari 4 hingga 24. Tegangan (\(V_{in}\)) diubah dari 4V menjadi 10V, panjang kabel (\(l_{0 } \)) diubah dari 40 menjadi 100 mm, dan sudut ekor (\ (\alpha \)) bervariasi dari \ (20 – 60 \, ^ {\circ }\).
Pada ara.6a menunjukkan plot tornado dari berbagai koefisien korelasi untuk setiap parameter dengan persyaratan desain gaya penggerak puncak.Dari gbr.6a dapat dilihat bahwa parameter tegangan (\(V_{in}\)) berhubungan langsung dengan gaya keluaran maksimum, dan koefisien perpindahan panas konvektif (\(h_T\)), sudut api (\ ( \alpha\)) , konstanta pegas perpindahan ( \(K_x\)) berkorelasi negatif dengan gaya keluaran dan panjang awal (\(l_0\)) kawat SMA, dan jumlah cabang unimodal (n) menunjukkan korelasi terbalik yang kuat Dalam kasus langsung korelasi Dalam hal nilai koefisien korelasi tegangan yang lebih tinggi (\(V_ {in}\)) menunjukkan bahwa parameter ini memiliki pengaruh terbesar pada keluaran daya.Analisis serupa lainnya mengukur gaya puncak dengan mengevaluasi efek dari parameter yang berbeda dalam kombinasi yang berbeda dari dua ruang komputasi, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 6b, c.\(V_{in}\) dan \(l_0\), \(\alpha\) dan \(l_0\) memiliki pola yang mirip, dan grafik menunjukkan bahwa \(V_{in}\) dan \(\alpha\ ) dan \(\alpha\) memiliki pola yang mirip.Nilai \(l_0\) yang lebih kecil menghasilkan gaya puncak yang lebih tinggi.Dua plot lainnya konsisten dengan Gambar 6a, di mana n dan \(K_x\) berkorelasi negatif dan \(V_{in}\) berkorelasi positif.Analisis ini membantu untuk menentukan dan menyesuaikan parameter yang berpengaruh dimana gaya keluaran, langkah dan efisiensi sistem penggerak dapat disesuaikan dengan persyaratan dan aplikasi.
Pekerjaan penelitian saat ini memperkenalkan dan menyelidiki drive hierarkis dengan level N.Dalam hierarki dua tingkat, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 7a, di mana alih-alih setiap kabel SMA dari aktuator tingkat pertama, pengaturan bimodal dicapai, seperti yang ditunjukkan pada gambar.9e.Pada ara.Gambar 7c menunjukkan bagaimana kabel SMA dililitkan pada lengan yang dapat digerakkan (lengan bantu) yang hanya bergerak dalam arah memanjang.Namun, lengan bergerak primer terus bergerak dengan cara yang sama seperti lengan bergerak dari aktuator multi-tahap tahap pertama.Biasanya, drive tahap-N dibuat dengan mengganti kabel SMA tahap \(N-1\) dengan drive tahap pertama.Akibatnya, setiap cabang meniru penggerak tahap pertama, kecuali cabang yang menahan kabel itu sendiri.Dengan cara ini, struktur bersarang dapat dibentuk yang menciptakan gaya beberapa kali lebih besar daripada gaya penggerak utama.Dalam studi ini, untuk setiap level, total panjang kawat SMA efektif 1 m diperhitungkan, seperti yang ditunjukkan dalam format tabel pada Gambar 7d.Arus yang melalui setiap kabel pada setiap desain unimodal dan prategang dan tegangan yang dihasilkan pada setiap segmen kabel SMA adalah sama pada setiap tingkat.Menurut model analitik kami, gaya keluaran berkorelasi positif dengan level, sedangkan perpindahan berkorelasi negatif.Pada saat yang sama, ada pertukaran antara perpindahan dan kekuatan otot.Seperti yang terlihat pada gambar.7b, sementara gaya maksimum dicapai pada jumlah lapisan terbesar, perpindahan terbesar diamati pada lapisan terendah.Ketika tingkat hierarki diatur ke \(N=5\), kekuatan otot puncak 2,58 kN ditemukan dengan 2 pukulan yang diamati \(\upmu\)m.Sebaliknya, penggerak tahap pertama menghasilkan gaya 150 N pada langkah 277 \(\upmu\)m.Aktuator multi-level mampu meniru otot biologis nyata, di mana otot buatan berdasarkan paduan memori bentuk mampu menghasilkan kekuatan yang jauh lebih tinggi dengan gerakan yang presisi dan lebih halus.Keterbatasan desain miniatur ini adalah ketika hierarki meningkat, gerakan sangat berkurang dan kompleksitas proses pembuatan drive meningkat.
(a) Sistem aktuator linier paduan memori bentuk berlapis dua tahap (\(N=2\)) ditunjukkan dalam konfigurasi bimodal.Model yang diusulkan dicapai dengan mengganti kawat SMA pada aktuator berlapis tahap pertama dengan aktuator berlapis satu tahap lainnya.(c) Konfigurasi cacat dari aktuator multilayer tahap kedua.(b) Dijelaskan distribusi gaya dan perpindahan tergantung pada jumlah tingkat.Telah ditemukan bahwa gaya puncak aktuator berkorelasi positif dengan level skala pada grafik, sedangkan stroke berkorelasi negatif dengan level skala.Arus dan pra-tegangan di setiap kabel tetap konstan di semua level.(d) Tabel menunjukkan jumlah tap dan panjang kabel SMA (fiber) pada setiap level.Karakteristik kabel ditunjukkan dengan indeks 1, dan jumlah cabang sekunder (satu terhubung ke kaki utama) ditunjukkan dengan angka terbesar di subskrip.Misalnya, pada level 5, \(n_1\) mengacu pada jumlah kabel SMA yang ada di setiap struktur bimodal, dan \(n_5\) mengacu pada jumlah kaki tambahan (satu terhubung ke kaki utama).
Berbagai metode telah diusulkan oleh banyak peneliti untuk memodelkan perilaku SMA dengan memori bentuk, yang bergantung pada sifat termomekanis yang menyertai perubahan makroskopik dalam struktur kristal yang terkait dengan transisi fase.Perumusan metode konstitutif pada dasarnya kompleks.Model fenomenologis yang paling umum digunakan diusulkan oleh Tanaka28 dan banyak digunakan dalam aplikasi teknik.Model fenomenologis yang dikemukakan oleh Tanaka [28] mengasumsikan bahwa fraksi volume martensit merupakan fungsi eksponensial dari suhu dan tekanan.Kemudian, Liang dan Rogers29 dan Brinson30 mengusulkan sebuah model di mana dinamika transisi fase diasumsikan sebagai fungsi cosinus dari tegangan dan suhu, dengan sedikit modifikasi pada modelnya.Becker dan Brinson mengusulkan model kinetik berbasis diagram fase untuk memodelkan perilaku bahan SMA di bawah kondisi pembebanan arbitrer serta transisi parsial.Banerjee32 menggunakan metode dinamika diagram fase Bekker dan Brinson31 untuk mensimulasikan manipulator derajat kebebasan tunggal yang dikembangkan oleh Elahania dan Ahmadian33.Metode kinetik berdasarkan diagram fase, yang memperhitungkan perubahan tegangan nonmonotonik dengan suhu, sulit diterapkan dalam aplikasi teknik.Elakhinia dan Ahmadian menarik perhatian pada kekurangan model fenomenologis yang ada dan mengusulkan model fenomenologis yang diperluas untuk menganalisis dan menentukan perilaku memori bentuk dalam kondisi pembebanan yang kompleks.
Model struktur kawat SMA memberikan tegangan (\(\sigma\)), regangan (\(\epsilon\)), suhu (T), dan fraksi volume martensit (\(\xi\)) kawat SMA.Model konstitutif fenomenologis pertama kali diusulkan oleh Tanaka28 dan kemudian diadopsi oleh Liang29 dan Brinson30.Turunan dari persamaan memiliki bentuk:
di mana E adalah modulus SMA Young yang tergantung fase yang diperoleh dengan menggunakan \(\displaystyle E=\xi E_M + (1-\xi )E_A\) dan \(E_A\) dan \(E_M\) yang mewakili modulus Young masing-masing adalah fase austenitik dan martensitik, dan koefisien ekspansi termal diwakili oleh \(\theta _T\).Faktor kontribusi transisi fase adalah \(\Omega = -E \epsilon _L\) dan \(\epsilon _L\) adalah regangan maksimum yang dapat dipulihkan pada kabel SMA.
Persamaan dinamika fase bertepatan dengan fungsi kosinus yang dikembangkan oleh Liang29 dan kemudian diadopsi oleh Brinson30 sebagai pengganti fungsi eksponensial yang diusulkan oleh Tanaka28.Model transisi fase merupakan perluasan dari model yang diusulkan oleh Elakhinia dan Ahmadian34 dan dimodifikasi berdasarkan kondisi transisi fase yang diberikan oleh Liang29 dan Brinson30.Kondisi yang digunakan untuk model transisi fase ini valid di bawah beban termomekanis yang kompleks.Pada setiap saat, nilai fraksi volume martensit dihitung saat memodelkan persamaan konstitutif.
Persamaan transformasi ulang yang mengatur, dinyatakan oleh transformasi martensit menjadi austenit dalam kondisi pemanasan, adalah sebagai berikut:
di mana \(\xi\) adalah fraksi volume martensit, \(\xi _M\) adalah fraksi volume martensit yang diperoleh sebelum pemanasan, \(\displaystyle a_A = \pi /(A_f – A_s)\), \ ( \displaystyle b_A = -a_A/C_A\) dan \(C_A\) – parameter pendekatan kurva, T – suhu kabel SMA, \(A_s\) dan \(A_f\) – awal dan akhir dari fase austenit, masing-masing, temperatur.
Persamaan kontrol transformasi langsung, diwakili oleh transformasi fasa austenit menjadi martensit dalam kondisi pendinginan, adalah:
di mana \(\xi _A\) adalah fraksi volume martensit yang diperoleh sebelum pendinginan, \(\displaystyle a_M = \pi /(M_s – M_f)\), \(\displaystyle b_M = -a_M/C_M\) dan \ ( C_M \) – parameter pemasangan kurva, suhu kabel T – SMA, \(M_s\) dan \(M_f\) – suhu martensit awal dan akhir, masing-masing.
Setelah persamaan (3) dan (4) dibedakan, persamaan transformasi invers dan langsung disederhanakan menjadi bentuk berikut:
Selama transformasi maju dan mundur \(\eta _{\sigma}\) dan \(\eta _{T}\) mengambil nilai yang berbeda.Persamaan dasar yang terkait dengan \(\eta _{\sigma}\) dan \(\eta _{T}\) telah diturunkan dan dibahas secara rinci di bagian tambahan.
Energi termal yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu kawat SMA berasal dari efek pemanasan Joule.Energi termal yang diserap atau dilepaskan oleh kawat SMA diwakili oleh panas laten transformasi.Kehilangan panas pada kawat SMA disebabkan oleh konveksi paksa, dan mengingat efek radiasi yang dapat diabaikan, persamaan kesetimbangan energi panas adalah sebagai berikut:
Di mana \(m_{wire}\) adalah massa total kabel SMA, \(c_{p}\) adalah kapasitas panas spesifik SMA, \(V_{in}\) adalah tegangan yang diterapkan pada kabel, \(R_{ohm} \ ) – resistansi fase-tergantung SMA, didefinisikan sebagai;\(R_{ohm} = (l/A_{cross})[\xi r_M + (1-\xi )r_A]\ ) di mana \(r_M\ ) dan \(r_A\) masing-masing adalah resistivitas fase SMA dalam martensit dan austenit, \(A_{c}\) adalah luas permukaan kawat SMA, \(\Delta H \) adalah paduan memori bentuk.Panas laten transisi kawat, T dan \(T_{\infty}\) masing-masing adalah suhu kawat SMA dan lingkungan.
Ketika kawat paduan memori bentuk digerakkan, kawat dikompresi, menciptakan gaya di setiap cabang desain bimodal yang disebut gaya serat.Kekuatan serat di setiap helai kawat SMA bersama-sama menciptakan kekuatan otot untuk digerakkan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 9e.Karena adanya pegas bias, total kekuatan otot dari aktuator multilayer ke-N adalah:
Mensubstitusi \(N = 1\) ke dalam persamaan (7), kekuatan otot prototipe penggerak bimodal tahap pertama dapat diperoleh sebagai berikut:
di mana n adalah jumlah kaki unimodal, \(F_m\) adalah gaya otot yang dihasilkan oleh drive, \(F_f\) adalah kekuatan serat pada kawat SMA, \(K_x\) adalah kekakuan bias.pegas, \(\alpha\) adalah sudut segitiga, \(x_0\) adalah offset awal pegas bias untuk menahan kabel SMA pada posisi pra-tarik, dan \(\Delta x\) adalah perjalanan aktuator.
Perpindahan total atau pergerakan drive (\(\Delta x\)) tergantung pada voltase (\(\sigma\)) dan regangan (\(\epsilon\)) pada kabel SMA tahap ke-N, drive diatur ke (lihat Gbr. bagian tambahan dari output):
Persamaan kinematik memberikan hubungan antara deformasi drive (\(\epsilon\)) dan perpindahan atau displacement (\(\Delta x\)).Deformasi kawat Arb sebagai fungsi dari panjang kawat Arb awal (\(l_0\)) dan panjang kawat (l) setiap saat t dalam satu cabang unimodal adalah sebagai berikut:
di mana \(l = \sqrt{l_0^2 +(\Delta x_1)^2 – 2 l_0 (\Delta x_1) \cos \alpha _1}\) diperoleh dengan menerapkan rumus kosinus di \(\Delta\)ABB ', seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8. Untuk drive tahap pertama (\(N = 1\)), \(\Delta x_1\) adalah \(\Delta x\), dan \(\ alpha _1\) adalah \(\alpha \) seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8, dengan membedakan waktu dari Persamaan (11) dan mengganti nilai l, laju regangan dapat ditulis sebagai:
di mana \(l_0\) adalah panjang awal kawat SMA, l adalah panjang kawat setiap saat t dalam satu cabang unimodal, \(\epsilon\) adalah deformasi yang dikembangkan dalam kawat SMA, dan \(\alpha \) adalah sudut segitiga , \(\Delta x\) adalah offset drive (seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8).
Semua n struktur puncak tunggal (\(n=6\) pada gambar ini) dihubungkan secara seri dengan \(V_{in}\) sebagai tegangan masukan.Tahap I: Diagram skematik kabel SMA dalam konfigurasi bimodal dalam kondisi tegangan nol Tahap II: Struktur terkontrol ditunjukkan di mana kabel SMA dikompresi karena konversi terbalik, seperti yang ditunjukkan oleh garis merah.
Sebagai pembuktian konsep, drive bimodal berbasis SMA dikembangkan untuk menguji derivasi simulasi persamaan dasar dengan hasil eksperimen.Model CAD dari aktuator linier bimodal ditunjukkan pada gambar.9a.Di sisi lain, pada gambar.9c menunjukkan desain baru yang diusulkan untuk koneksi prismatik rotasi menggunakan aktuator berbasis SMA dua bidang dengan struktur bimodal.Komponen penggerak dibuat menggunakan manufaktur aditif pada printer 3D Ultimaker 3 Extended.Bahan yang digunakan untuk pencetakan 3D komponen adalah polikarbonat yang cocok untuk bahan tahan panas karena kuat, tahan lama dan memiliki suhu transisi kaca yang tinggi (110-113 \(^{\circ }\) C).Selain itu, kawat paduan memori bentuk Dynalloy, Inc. Flexinol digunakan dalam percobaan, dan sifat material yang sesuai dengan kawat Flexinol digunakan dalam simulasi.Beberapa kabel SMA disusun sebagai serat yang hadir dalam susunan otot bimodal untuk mendapatkan gaya tinggi yang dihasilkan oleh aktuator multilayer, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 9b, d.
Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 9a, sudut lancip yang dibentuk oleh kawat SMA lengan yang dapat digerakkan disebut sudut (\(\alpha\)).Dengan klem terminal terpasang pada klem kiri dan kanan, kabel SMA dipegang pada sudut bimodal yang diinginkan.Perangkat pegas bias yang dipegang pada konektor pegas dirancang untuk menyesuaikan kelompok ekstensi pegas bias yang berbeda sesuai dengan jumlah (n) serat SMA.Selain itu, lokasi bagian yang bergerak dirancang agar kabel SMA terpapar ke lingkungan luar untuk pendinginan konveksi paksa.Pelat atas dan bawah rakitan yang dapat dilepas membantu menjaga kabel SMA tetap dingin dengan potongan ekstrusi yang dirancang untuk mengurangi berat.Selain itu, kedua ujung kabel CMA masing-masing dipasang ke terminal kiri dan kanan, dengan menggunakan crimp.Plunger terpasang di salah satu ujung rakitan yang dapat digerakkan untuk menjaga jarak antara pelat atas dan bawah.Plunger juga digunakan untuk menerapkan gaya pemblokiran ke sensor melalui kontak untuk mengukur gaya pemblokiran saat kabel SMA digerakkan.
Struktur otot bimodal SMA terhubung secara elektrik secara seri dan ditenagai oleh tegangan pulsa input.Selama siklus pulsa tegangan, ketika tegangan diterapkan dan kawat SMA dipanaskan di atas suhu awal austenit, panjang kawat di setiap helai menjadi lebih pendek.Retraksi ini mengaktifkan subassembly lengan bergerak.Ketika tegangan dinolkan pada siklus yang sama, kawat SMA yang dipanaskan didinginkan di bawah suhu permukaan martensit, sehingga kembali ke posisi semula.Di bawah kondisi tegangan nol, kabel SMA pertama-tama diregangkan secara pasif oleh pegas bias untuk mencapai keadaan martensit yang terpisah.Sekrup, yang dilalui kabel SMA, bergerak karena kompresi yang dibuat dengan menerapkan pulsa tegangan ke kabel SMA (SPA mencapai fase austenit), yang mengarah ke penggerak tuas yang dapat digerakkan.Saat kabel SMA ditarik, pegas bias menciptakan gaya yang berlawanan dengan meregangkan pegas lebih lanjut.Ketika tekanan pada tegangan impuls menjadi nol, kawat SMA memanjang dan berubah bentuk karena pendinginan konveksi paksa, mencapai fase martensitik ganda.
Sistem aktuator linier berbasis SMA yang diusulkan memiliki konfigurasi bimodal di mana kabel SMA dibuat miring.(a) menggambarkan model CAD dari prototipe, yang menyebutkan beberapa komponen dan artinya untuk prototipe, (b,d) mewakili prototipe eksperimental yang dikembangkan35.Sementara (b) menunjukkan tampilan atas prototipe dengan sambungan listrik dan pegas bias serta pengukur regangan yang digunakan, (d) menunjukkan tampilan perspektif pengaturan.( e ) Diagram sistem aktuasi linier dengan kabel SMA ditempatkan secara bimodal setiap waktu t, menunjukkan arah dan arah serat dan kekuatan otot.(c) Koneksi prismatik rotasi 2-DOF telah diusulkan untuk memasang aktuator berbasis SMA dua bidang.Seperti yang ditunjukkan, tautan mentransmisikan gerakan linier dari penggerak bawah ke lengan atas, menciptakan sambungan rotasi.Di sisi lain, pergerakan sepasang prisma sama dengan pergerakan penggerak tahap pertama multilayer.
Sebuah studi eksperimental dilakukan pada prototipe yang ditunjukkan pada Gambar. 9b untuk mengevaluasi kinerja penggerak bimodal berdasarkan SMA.Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 10a, pengaturan eksperimental terdiri dari catu daya DC yang dapat diprogram untuk memasok tegangan input ke kabel SMA.Seperti yang ditunjukkan pada gambar.10b, pengukur regangan piezoelektrik (PACEline CFT/5kN) digunakan untuk mengukur gaya pemblokiran menggunakan pencatat data Graphtec GL-2000.Data direkam oleh tuan rumah untuk studi lebih lanjut.Pengukur regangan dan penguat muatan memerlukan catu daya konstan untuk menghasilkan sinyal tegangan.Sinyal yang sesuai diubah menjadi output daya sesuai dengan sensitivitas sensor gaya piezoelektrik dan parameter lain seperti yang dijelaskan pada Tabel 2. Ketika pulsa tegangan diterapkan, suhu kabel SMA meningkat, menyebabkan kabel SMA terkompresi, yang menyebabkan aktuator menghasilkan gaya.Hasil percobaan output kekuatan otot dengan pulsa tegangan input 7 V ditunjukkan pada gambar.2a.
(a) Sistem aktuator linier berbasis SMA disiapkan dalam percobaan untuk mengukur gaya yang dihasilkan oleh aktuator.Sel beban mengukur gaya pemblokiran dan ditenagai oleh catu daya 24 V DC.Penurunan tegangan 7 V diterapkan di sepanjang kabel menggunakan catu daya DC yang dapat diprogram GW Instek.Kabel SMA menyusut karena panas, dan lengan yang dapat digerakkan menyentuh sel beban dan memberikan gaya pemblokiran.Load cell terhubung ke GL-2000 data logger dan data disimpan di host untuk diproses lebih lanjut.(b) Diagram yang menunjukkan rantai komponen dari pengaturan percobaan untuk mengukur kekuatan otot.
Paduan memori bentuk dieksitasi oleh energi termal, sehingga suhu menjadi parameter penting untuk mempelajari fenomena memori bentuk.Secara eksperimental, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 11a, pencitraan termal dan pengukuran suhu dilakukan pada prototipe aktuator divalerat berbasis SMA.Sumber DC yang dapat diprogram menerapkan tegangan input ke kabel SMA dalam pengaturan eksperimental, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 11b.Perubahan suhu kabel SMA diukur secara real time menggunakan kamera LWIR resolusi tinggi (FLIR A655sc).Tuan rumah menggunakan perangkat lunak ResearchIR untuk merekam data untuk pasca-pemrosesan lebih lanjut.Saat pulsa tegangan diterapkan, suhu kabel SMA meningkat, menyebabkan kabel SMA menyusut.Pada ara.Gambar 2b menunjukkan hasil eksperimen suhu kawat SMA versus waktu untuk pulsa tegangan input 7V.
Waktu posting: Sep-28-2022