Þakka þér fyrir að heimsækja Nature.com.Vafraútgáfan sem þú notar hefur takmarkaðan CSS stuðning.Til að fá bestu upplifunina mælum við með því að þú notir uppfærðan vafra (eða slökkva á eindrægnistillingu í Internet Explorer).Í millitíðinni, til að tryggja áframhaldandi stuðning, munum við gera síðuna án stíla og JavaScript.
Stýritæki eru notuð alls staðar og skapa stjórnaða hreyfingu með því að beita réttum örvunarkrafti eða tog til að framkvæma ýmsar aðgerðir í framleiðslu og iðnaðar sjálfvirkni.Þörfin fyrir hraðari, smærri og skilvirkari drif ýtir undir nýsköpun í drifhönnun.Shape Memory Alloy (SMA) drif bjóða upp á ýmsa kosti fram yfir hefðbundna drif, þar á meðal hátt hlutfall afl og þyngdar.Í þessari ritgerð var þróaður tveggja fjaðra SMA-byggður stýribúnaður sem sameinar kosti fjaðralaga vöðva líffræðilegra kerfa og einstaka eiginleika SMA.Þessi rannsókn kannar og útvíkkar fyrri SMA stýrisbúnað með því að þróa stærðfræðilegt líkan af nýju stýribúnaðinum sem byggir á tvímóta SMA vírafyrirkomulaginu og prófa það með tilraunum.Í samanburði við þekkta drif sem byggjast á SMA er virkjunarkraftur nýja drifsins að minnsta kosti 5 sinnum meiri (allt að 150 N).Samsvarandi þyngdartap er um 67%.Niðurstöður næmnigreiningar á stærðfræðilíkönum eru gagnlegar til að stilla hönnunarfæribreytur og skilja lykilbreytur.Þessi rannsókn kynnir ennfremur fjölþrepa N. þrepa drif sem hægt er að nota til að auka enn frekar gangvirkni.SMA-undirstaða dipvalerate vöðvahreyfingar hafa margs konar notkun, allt frá sjálfvirkni bygginga til nákvæmra lyfjagjafarkerfa.
Líffræðileg kerfi, eins og vöðvauppbygging spendýra, geta virkjað marga fíngerða stýribúnað1.Spendýr hafa mismunandi vöðvauppbyggingu, hver þjónar ákveðnum tilgangi.Hins vegar má skipta miklu af uppbyggingu vöðvavefs spendýra í tvo stóra flokka.Samhliða og pennate.Í hamstrings og öðrum flexors, eins og nafnið gefur til kynna, eru samhliða vöðvarnir með vöðvaþræði samhliða miðsin.Keðja vöðvaþráða er í röð og virka tengd með bandvef í kringum þá.Þótt þessir vöðvar séu sagðir hafa mikið úthlaup (prósenta stytting) er heildarvöðvastyrkur þeirra mjög takmarkaður.Aftur á móti, í triceps kálfvöðva2 (lateral gastrocnemius (GL)3, medialt gastrocnemius (GM)4 og soleus (SOL)) og extensor femoris (quadriceps) er 5,6 pennate vöðvavefur í hverjum vöðva7.Í fjaðraðri byggingu eru vöðvaþræðir í tvífættum vöðvum til staðar beggja vegna miðsinarinnar í skáhornum (fjórhornshorn).Pennate kemur frá latneska orðinu "penna", sem þýðir "penni", og eins og sýnt er á mynd.1 hefur fjaðralegt útlit.Þræðir pennate vöðvanna eru styttri og hallast að lengdarás vöðvans.Vegna pinnate uppbyggingu minnkar heildarhreyfanleiki þessara vöðva, sem leiðir til þver- og lengdarhluta styttingarferlisins.Á hinn bóginn leiðir virkjun þessara vöðva til meiri heildar vöðvastyrks vegna þess hvernig lífeðlisfræðilegt þversniðsflatarmál er mælt.Þess vegna, fyrir tiltekið þversniðssvæði, verða pennate vöðvar sterkari og mynda meiri krafta en vöðvar með samhliða þræði.Kraftar sem myndast af einstökum trefjum mynda vöðvakrafta á stórsæjum stigi í þeim vöðvavef.Að auki hefur það einstaka eiginleika eins og hröð rýrnun, vörn gegn togskemmdum, púði.Það umbreytir sambandinu milli trefjainntaks og vöðvaaflsúttaks með því að nýta sér einstaka eiginleika og rúmfræðilega flókið trefjafyrirkomulag sem tengist verkunarlínum vöðva.
Sýndar eru skýringarmyndir af núverandi SMA-undirstaða stýribúnaðarhönnun í tengslum við tvímóta vöðvaarkitektúr, til dæmis (a), sem táknar samspil áþreifanlegs krafts þar sem handlaga tæki sem stjórnað er af SMA vírum er fest á tveggja hjóla sjálfstætt farsíma vélmenni9,10., (b) Vélfærafræði svigrúmgervil með andstæðingi settum SMA gormhlaðin brautargervi.Staða gervi augans er stjórnað af merki frá augnvöðva augans11, (c) SMA stýritæki eru tilvalin fyrir neðansjávarnotkun vegna hátíðnisvars og lítillar bandbreiddar.Í þessari uppsetningu eru SMA hreyfingar notaðir til að búa til bylgjuhreyfingu með því að líkja eftir hreyfingu fiska, (d) SMA stýritæki eru notuð til að búa til örpípuskoðunarvélmenni sem getur notað tommuormahreyfingarregluna, stjórnað af hreyfingu SMA víra inni í rás 10, (e) sýnir stefnu samdráttar vöðvaþráða og myndar samdráttarkraft í SMA vöðvavef (vírþráðum) uppbygging pennate vöðva.
Stýritæki eru orðin mikilvægur hluti af vélrænni kerfum vegna fjölbreytts notkunarsviðs.Þess vegna verður þörfin fyrir smærri, hraðvirkari og skilvirkari drif mikilvæg.Þrátt fyrir kosti þeirra hafa hefðbundin drif reynst dýr og tímafrekt í viðhaldi.Vökva- og pneumatic stýrir eru flóknir og dýrir og eru háðir sliti, smurvandamálum og bilun í íhlutum.Til að bregðast við eftirspurn er lögð áhersla á að þróa hagkvæma, stærðarbjartsýni og háþróaða stýribúnað sem byggir á snjöllum efnum.Áframhaldandi rannsóknir eru að skoða formminni álfelgur (SMA) lagskipt stýribúnað til að mæta þessari þörf.Stigveldisstýringar eru einstakir að því leyti að þeir sameina marga staka stýrivéla í rúmfræðilega flókin undirkerfi á stórum mælikvarða til að veita aukna og aukna virkni.Í þessu sambandi gefur vöðvavef mannsins, sem lýst er hér að ofan, frábært marglaga dæmi um slíka marglaga virkjun.Núverandi rannsókn lýsir fjölþrepa SMA drifi með nokkrum einstökum drifþáttum (SMA vírum) sem eru í takt við trefjarstefnur sem eru til staðar í tvímóta vöðvum, sem bætir heildarakstursframmistöðu.
Megintilgangur stýribúnaðar er að búa til vélrænan aflgjafa eins og kraft og tilfærslu með því að breyta raforku.Minni málmblöndur eru flokkur „snjallra“ efna sem geta endurheimt lögun sína við háan hita.Undir miklu álagi leiðir hækkun á hitastigi SMA vírsins til endurheimt forms, sem leiðir til meiri virkjunarorkuþéttleika samanborið við ýmis beint tengd snjöll efni.Á sama tíma, undir vélrænu álagi, verða SMAs brothætt.Við ákveðnar aðstæður getur hringlaga álag tekið í sig og losað vélræna orku, sem sýnir afturkræfar hysteretic lögun breytingar.Þessir einstöku eiginleikar gera SMA tilvalið fyrir skynjara, titringsdeyfingu og sérstaklega hreyfla12.Með þetta í huga hafa verið miklar rannsóknir á SMA-undirstaða drif.Það skal tekið fram að SMA-undirstaða stýritæki eru hönnuð til að veita þýðingu og snúningshreyfingu fyrir margs konar notkun13,14,15.Þrátt fyrir að sumir snúningsstýringar hafi verið þróaðir hafa vísindamenn sérstakan áhuga á línulegum stýrisbúnaði.Þessum línulegu stýrisbúnaði má skipta í þrjár gerðir af stýrisbúnaði: einvíddar, tilfærslu- og mismunadrifshreyfla 16 .Upphaflega voru tvinndrif búnar til ásamt SMA og öðrum hefðbundnum drifum.Eitt slíkt dæmi um tvinnaðan línulegan stýribúnað sem byggir á SMA er notkun á SMA vír með DC mótor til að veita úttakskraft um 100 N og verulega tilfærslu17.
Ein af fyrstu þróun drifa sem byggðust algjörlega á SMA var SMA samhliða drifið.Með því að nota marga SMA víra er SMA-undirstaða samhliða drifið hannað til að auka aflgetu drifsins með því að setja alla SMA18 víra samhliða.Samhliða tenging stýrisbúnaðar krefst ekki aðeins meira afl, heldur takmarkar einnig úttakskraft eins vírs.Annar ókostur við stýribúnað sem byggir á SMA er takmörkuð ferðalög sem þeir geta náð.Til að leysa þetta vandamál var búið til SMA kapalgeisla sem innihélt sveigjanlegan sveigjanlegan geisla til að auka tilfærslu og ná línulegri hreyfingu, en myndaði ekki meiri krafta19.Mjúk aflöganleg mannvirki og dúkur fyrir vélmenni sem byggjast á formminni málmblöndur hafa verið þróaðar fyrst og fremst til höggmögnunar20,21,22.Fyrir notkun þar sem mikils hraða er krafist, hefur verið tilkynnt um samþjöppaðar dælur sem nota þunnfilmu SMA fyrir ördæluknúna notkun23.Driftíðni þunnfilmu SMA himnunnar er lykilatriði til að stjórna hraða ökumanns.Þess vegna hafa SMA línulegir mótorar betri kraftmikil svörun en SMA vor- eða stangarmótorar.Mjúk vélfærafræði og griptækni eru tvö önnur forrit sem nota SMA-byggða stýrisbúnað.Til dæmis, til að skipta um staðlaða stýribúnaðinn sem notaður er í 25 N rýmisklemmunni, var samhliða stýrisbúnaður 24 úr formminni álfelgur þróaður.Í öðru tilviki var SMA mjúkur stýribúnaður framleiddur á grundvelli vír með innbyggðu fylki sem getur framleitt hámarks togkraft upp á 30 N. Vegna vélrænna eiginleika þeirra eru SMAs einnig notaðir til að framleiða stýritæki sem líkja eftir líffræðilegum fyrirbærum.Ein slík þróun felur í sér 12-fruma vélmenni sem er líflíki af ánamaðkalíkri lífveru með SMA til að mynda sinusoidal hreyfingu til elds26,27.
Eins og áður hefur komið fram eru takmörk fyrir hámarkskrafti sem hægt er að fá frá núverandi SMA-tengdum stýribúnaði.Til að takast á við þetta vandamál sýnir þessi rannsókn lífræna tvímóta vöðvabyggingu.Knúið áfram af lögunarminni álvír.Það býður upp á flokkunarkerfi sem inniheldur nokkra lögunarminni álvíra.Hingað til hefur ekki verið greint frá SMA-byggðum stýribúnaði með svipaðan arkitektúr í bókmenntum.Þetta einstaka og nýja kerfi sem byggir á SMA var þróað til að rannsaka hegðun SMA við bimodal vöðvajöfnun.Í samanburði við núverandi SMA-undirstaða hreyfla, var markmið þessarar rannsóknar að búa til lífræna dipvalerat hreyfla til að mynda marktækt meiri krafta í litlu magni.Í samanburði við hefðbundna þrepamótordrif sem notuð eru í sjálfvirkni- og stjórnkerfi loftræstingabygginga, dregur fyrirhuguð SMA-undirstaða tvímóta drifhönnun úr þyngd drifbúnaðarins um 67%.Í eftirfarandi eru hugtökin „vöðvi“ og „drif“ notuð til skiptis.Þessi rannsókn rannsakar fjöleðlisfræði eftirlíkingu slíks drifs.Vélræn hegðun slíkra kerfa hefur verið rannsökuð með tilrauna- og greiningaraðferðum.Krafta- og hitadreifing var rannsökuð frekar við innspennu upp á 7 V. Í framhaldi af því var gerð breytugreining til að skilja betur samband lykilstærða og úttakskrafts.Að lokum hefur verið gert ráð fyrir stigveldisstýringum og stigveldisáhrif hafa verið lögð til sem hugsanlegt framtíðarsvæði fyrir ósegulmagnaðir stýribúnaðar fyrir stoðtæki.Samkvæmt niðurstöðum áðurnefndra rannsókna framleiðir notkun eins þrepa arkitektúr krafta sem eru að minnsta kosti fjórum til fimm sinnum hærri en tilkynntir SMA-undirstaða stýribúnaðar.Að auki hefur verið sýnt fram á að sami drifkraftur sem myndast af fjölþrepa drif er meira en tíu sinnum meiri en hefðbundin SMA-drif.Rannsóknin greinir síðan frá lykilbreytum með því að nota næmnigreiningu milli mismunandi hönnunar og inntaksbreyta.Upphafslengd SMA vírsins (\(l_0\)), fjaðrahornið (\(\alpha\)) og fjöldi einstrengja (n) í hverjum streng hafa mikil neikvæð áhrif á stærð drifkraftsins.styrk, en innspenna (orka) reyndist vera jákvæð fylgni.
SMA vír sýnir lögun minni áhrif (SME) sem sést í nikkel-títan (Ni-Ti) fjölskyldu málmblöndur.Venjulega sýna SMA tvö hitaháð fas: lághitastig og háhitastig.Báðir fasarnir hafa einstaka eiginleika vegna nærveru mismunandi kristalbygginga.Í austenítfasanum (háhitastiginu) sem er fyrir ofan umbreytingarhitastigið sýnir efnið mikinn styrk og er illa aflöguð við álag.Málblönduna hegðar sér eins og ryðfríu stáli, þannig að það er fær um að standast hærri virkjunarþrýsting.Með því að nýta þennan eiginleika Ni-Ti málmblöndur eru SMA vírarnir hallaðir til að mynda stýribúnað.Viðeigandi greiningarlíkön eru þróuð til að skilja grundvallaraflfræði hitauppstreymis SMA undir áhrifum ýmissa breytu og ýmissa rúmfræði.Gott samræmi náðist á milli tilrauna- og greiningarniðurstaðna.
Tilraunarannsókn var gerð á frumgerðinni sem sýnd er á mynd 9a til að meta frammistöðu tvímóta drifs sem byggir á SMA.Tveir þessara eiginleika, krafturinn sem myndast af drifinu (vöðvakraftur) og hitastig SMA vírsins (SMA hitastig), voru mældir með tilraunum.Þegar spennumunurinn eykst eftir allri lengd vírsins í drifinu eykst hitastig vírsins vegna Joule hitunaráhrifa.Inntaksspennan var sett á í tveimur 10 sekúndum lotum (sýnt sem rauðir punktar á mynd 2a, b) með 15 sekúndum kælingu á milli hverrar lotu.Lokunarkrafturinn var mældur með því að nota piezoelectric álagsmæli og hitadreifingu SMA vírsins var fylgst með í rauntíma með því að nota vísindalega hágæða LWIR myndavél (sjá eiginleika búnaðarins sem notaður er í töflu 2).sýnir að í háspennufasanum eykst hitastig vírsins eintóna en þegar enginn straumur flæðir heldur hitastig vírsins áfram að lækka.Í núverandi tilraunauppsetningu lækkaði hitastig SMA vírsins meðan á kælingu stóð, en það var samt yfir umhverfishita.Á mynd.2e sýnir skyndimynd af hitastigi á SMA vírnum sem tekin var úr LWIR myndavélinni.Á hinn bóginn, í mynd.2a sýnir lokunarkraftinn sem myndast af drifkerfinu.Þegar vöðvakrafturinn fer yfir endurheimtarkraft gormsins byrjar hreyfanlegur armur, eins og sést á mynd 9a, að hreyfast.Um leið og virkjun hefst kemst hreyfanlegur armur í snertingu við skynjarann ​​og myndar líkamskraft, eins og sýnt er á mynd.2c, d.Þegar hámarkshiti er nálægt \(84\,^{\circ}\hbox {C}\), er hámarkskrafturinn 105 N.
Línuritið sýnir tilraunaniðurstöður hitastigs SMA vírsins og kraftsins sem myndast af SMA-undirstaða tvímóta stýribúnaðinum í tveimur lotum.Inntaksspennan er sett á í tveimur 10 sekúndna lotum (sýnt sem rauðir punktar) með 15 sekúndna kólnunartímabili á milli hverrar lotu.SMA vírinn sem notaður var fyrir tilraunirnar var 0,51 mm þvermál Flexinol vír frá Dynalloy, Inc. (a) Línuritið sýnir tilraunakraftinn sem fæst yfir tvær lotur, (c, d) sýnir tvö sjálfstæð dæmi um virkni hreyfanlegra arma á PACEline CFT/5kN piezoelectric kraftbreyti, (b) hámark hitastigs á vírnum, (b) skyndimynd tekin af SMA vírnum með FLIR ResearchIR hugbúnaðinum LWIR myndavél.Rúmfræðilegu færibreyturnar sem teknar voru til greina í tilraununum eru gefnar upp í töflu.einn.
Herminiðurstöður stærðfræðilíkansins og tilraunaniðurstöður eru bornar saman við skilyrði inntaksspennu 7V, eins og sýnt er á mynd 5.Samkvæmt niðurstöðum greiningargreiningar og til að forðast möguleika á ofhitnun SMA vírsins var 11,2 W afl til stýrisins.Forritanleg DC aflgjafi var notaður til að veita 7V sem innspennu og 1,6A straumur mældist yfir vírinn.Krafturinn sem myndast af drifinu og hitastig SDR eykst þegar straumur er beitt.Með innspennu upp á 7V er hámarks úttakskraftur sem fæst úr hermi niðurstöðum og tilraunaniðurstöður fyrstu lotunnar 78 N og 96 N, í sömu röð.Í annarri lotu var hámarksúttakskraftur uppgerðarinnar og tilraunaniðurstaðna 150 N og 105 N, í sömu röð.Misræmið milli mælinga á lokunarkrafti og tilraunagagna gæti stafað af aðferðinni sem notuð er til að mæla lokunarkraft.Tilraunaniðurstöðurnar sem sýndar eru á mynd.5a samsvarar mælingunni á læsingarkraftinum, sem aftur var mældur þegar drifskaftið var í snertingu við PACEline CFT/5kN piezoelectric kraftmæli, eins og sýnt er á mynd.2s.Þess vegna, þegar drifskaftið er ekki í snertingu við kraftnemann í upphafi kælisvæðisins, verður krafturinn strax núll, eins og sýnt er á mynd 2d.Að auki eru aðrar breytur sem hafa áhrif á myndun krafts í síðari lotum gildi kælitímans og stuðullinn fyrir varmaflutning í fyrri lotu.Frá mynd.2b, sést að eftir 15 sekúndna kælingartíma náði SMA vírinn ekki stofuhita og hafði því hærra upphafshitastig (\(40\,^{\circ }\hbox {C}\)) í seinni aksturslotunni miðað við fyrstu lotuna (\(25\, ^{\circ}\hbox {C}\)).Þannig, samanborið við fyrstu lotuna, nær hitastig SMA vírsins í seinni hitunarlotunni upphaflegu austeníthitastigi (\(A_s\)) fyrr og helst lengur á umbreytingartímabilinu, sem leiðir til streitu og krafts.Aftur á móti hefur hitadreifing við hitunar- og kælingarlotur sem fæst úr tilraunum og uppgerðum mikla eigindlega líkingu við dæmi úr hitagreiningu.Samanburðargreining á hitaupplýsingum SMA víra úr tilraunum og uppgerðum sýndi samræmi við hitunar- og kælingarlotur og innan viðunandi vikmarka fyrir tilraunagögn.Hámarkshiti SMA vírsins, sem fæst úr niðurstöðum hermuna og tilrauna fyrstu lotunnar, er \(89\,^{\circ }\hbox {C}\) og \(75\,^{\circ }\hbox { C }\, í sömu röð ), og í annarri lotu er hámarkshiti SMA vírsins \(94}\,\circl 3,\circl 3,\circl 3,\circl 3,\circ 3,\circ 3,\circ 3,\circ }\(94}\) }\ hbox {C}\).Í grundvallaratriðum þróað líkan staðfestir áhrif formminnisáhrifa.Hlutverk þreytu og ofhitnunar var ekki skoðað í þessari umfjöllun.Í framtíðinni verður líkanið endurbætt til að innihalda álagssögu SMA vírsins, sem gerir það hentugra fyrir verkfræði.Úttakskraftur drifsins og SMA hitastigstöflur sem fengnar eru úr Simulink blokkinni eru innan leyfilegra vikmarka tilraunagagnanna við skilyrði inntaksspennupúls upp á 7 V. Þetta staðfestir réttmæti og áreiðanleika þróaða stærðfræðilíkans.
Stærðfræðilíkanið var þróað í MathWorks Simulink R2020b umhverfinu með því að nota grunnjöfnurnar sem lýst er í kaflanum Aðferðir.Á mynd.3b sýnir kubbamynd af Simulink stærðfræðilíkaninu.Líkanið var hermt fyrir 7V innspennupúls eins og sýnt er á mynd 2a, b.Gildi færibreytanna sem notaðar eru í uppgerðinni eru skráð í töflu 1. Niðurstöður uppgerðarinnar á skammvinnum ferlum eru sýndar á myndum 1 og 1. Myndir 3a og 4. Á mynd.4a,b sýnir framkallaða spennu í SMA vírnum og kraftinn sem myndaður er af stýrisbúnaðinum sem fall af tíma. Við öfuga umbreytingu (hitun), þegar hitastig SMA vírsins, \(T < A_s^{\prime}\) (spennubreytt austenítfasa byrjunarhitastig), verður hraði breytinga á rúmmálshluta martensíts (\(\dot{\xi }\)) núll. Við öfuga umbreytingu (hitun), þegar hitastig SMA vírsins, \(T < A_s^{\prime}\) (spennubreytt austenítfasa byrjunarhitastig), verður hraði breytinga á rúmmálshluta martensíts (\(\dot{\ xi }\)) núll. Во время обратного превращения (нагрева), когда температура проволоки SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (tемпература начай ированная напряжением), скорость изменения объемной доли мартенсита (\(\punktur{\ xi }\)) будет равно нулю. Við öfuga umbreytingu (hitun), þegar hitastig SMA vírsins, \(T < A_s^{\prime}\) (álagsbreytt austenít upphafshitastig), verður hraði breytinga á rúmmálshlutfalli martensíts (\(\dot{\ xi }\ )) núll.在反向转变（加热）过程中，当SMA 线温度\(T < A_s^{\prime}\)（应力修正奥氩佷禌奥︩体禬氏体体积分数的变化率（\(\dot{\ xi }\)) 将为零。在 反向 转变 （加热） 中 ， 当 当 当 线 温度 \ (t При обратном превращении (нагреве) при температуре проволоки СПФ \(T < A_s^{\prime}\) (температура зарождения й на напряжение) скорость изменения объемной доли мартенсита (\( \punktur{\ xi }\)) будет равно нулю. Við öfuga umbreytingu (hitun) við hitastig SMA vírsins \(T < A_s^{\prime}\) (hitastig kjarnamyndunar austenítfasans, leiðrétt fyrir álagi), verður hraði breytinga á rúmmálshlutfalli martensíts (\( \dot{\ xi }\)) jöfn núll.Þess vegna mun hraði spennubreytingarinnar (\(\dot{\sigma}\)) ráðast af tognunarhraðanum (\(\dot{\epsilon}\)) og hitastiginu (\(\dot{T} \) ) aðeins með því að nota jöfnu (1).Hins vegar, þegar SMA vírinn hækkar í hitastigi og fer yfir (\(A_s^{\prime}\)), byrjar austenítfasinn að myndast og (\(\dot{\xi}\)) er tekið sem gefið gildi jöfnunnar ( 3).Þess vegna er breytingahraði spennu (\(\dot{\sigma}\)) stjórnað sameiginlega af \(\dot{\epsilon}, \dot{T}\) og \(\dot{\xi}\) er jafnt og gefið í formúlu (1).Þetta útskýrir hallabreytingarnar sem sjást í tímabreytilegum álags- og kraftakortum meðan á hitunarferlinu stendur, eins og sýnt er á mynd 4a, b.
(a) Niðurstaða eftirlíkingar sem sýnir hitadreifingu og álagsframkallaðan tengihita í SMA-undirstaða dreifingartæki.Þegar vírhitastigið fer yfir austenít umbreytingarhitastigið í upphitunarstiginu, byrjar breytt austenít umbreytingarhitastigið að aukast, og á sama hátt, þegar vírstöngshitastigið fer yfir martensít umbreytingarhitastigið í kælistigi, lækkar martensitic umbreytingarhitastigið.SMA fyrir greinandi líkan af virkjunarferlinu.(Til að fá ítarlega yfirsýn yfir hvert undirkerfi Simulink líkans, sjá viðaukahluta viðbótarskrárinnar.)
Niðurstöður greiningarinnar fyrir mismunandi færibreytudreifingu eru sýndar fyrir tvær lotur af 7V innspennu (10 sekúndna upphitunarlotur og 15 sekúndna kælingarlotur).Á meðan (ac) og (e) sýna dreifingu yfir tíma, á hinn bóginn, sýna (d) og (f) dreifinguna með hitastigi.Fyrir viðkomandi inntaksskilyrði er hámarksálag sem sést 106 MPa (minna en 345 MPa, sveiflustyrkur víra), krafturinn er 150 N, hámarkshreyfing er 270 µm og lágmarksmartensitic rúmmálshlutfall er 0,91.Á hinn bóginn er breyting á streitu og breyting á rúmmálshlutfalli martensíts með hitastigi svipað og hysteresis einkenni.
Sama skýring á við um beina umbreytingu (kælingu) úr austenítfasa yfir í martensítfasa, þar sem SMA vírhiti (T) og endahiti streitubreyttra martensítfasa (\(M_f^{\prime}\ )) er frábært.Á mynd.4d,f sýnir breytingu á völdum streitu (\(\sigma\)) og rúmmálshlutfalli martensíts (\(\xi\)) í SMA vírnum sem fall af hitabreytingu SMA vírsins (T), fyrir báðar akstursloturnar.Á mynd.Mynd 3a sýnir breytingu á hitastigi SMA vírsins með tíma eftir inntaksspennupúlsinum.Eins og sést á myndinni heldur hitastig vírsins áfram að aukast með því að útvega varmagjafa á núllspennu og í kjölfarið kælingu.Við hitun hefst endurumbreyting martensíts í austenítfasa þegar SMA vírhitastigið (T) fer yfir streituleiðrétta austenítkjarnahitastigið (\(A_s^{\prime}\)).Á þessum áfanga er SMA vírinn þjappaður saman og stýrisbúnaðurinn framkallar kraft.Einnig við kælingu, þegar hitastig SMA vírsins (T) fer yfir kjarnahitastig hins streitubreytta martensítfasa (\(M_s^{\prime}\)) er jákvæð umskipti frá austenítfasa yfir í martensítfasa.drifkrafturinn minnkar.
Helstu eigindlegu þætti tvímóta drifsins sem byggir á SMA er hægt að fá úr hermi niðurstöðum.Ef um er að ræða spennupúlsinntak hækkar hitastig SMA vírsins vegna Joule hitunaráhrifa.Upphafsgildi martensíts rúmmálshlutans (\(\xi\)) er stillt á 1, þar sem efnið er upphaflega í fullkomlega martensítfasa.Þegar vírinn heldur áfram að hitna fer hitastig SMA vírsins yfir streituleiðréttan austenítkjarnahitastig \(A_s^{\prime}\), sem leiðir til lækkunar á rúmmálshlutfalli martensíts, eins og sýnt er á mynd 4c.Að auki, á mynd.4e sýnir dreifingu högga stýribúnaðarins í tíma og á mynd.5 – drifkraftur sem fall af tíma.Tengt jöfnukerfi inniheldur hitastig, rúmmálshlutfall martensíts og streitu sem myndast í vírnum, sem leiðir til rýrnunar á SMA vírnum og kraftinum sem myndast af stýrisbúnaðinum.Eins og sýnt er á mynd.4d,f, spennubreyting með hitastigi og breytileiki í rúmmáli martensíts við hitastig samsvara hysteresis eiginleikum SMA í herma tilvikinu við 7 V.
Samanburður á akstursbreytum var fenginn með tilraunum og greiningarreikningum.Vírarnir voru settir fyrir 7 V púlsspennu í 10 sekúndur, síðan kældir niður í 15 sekúndur (kælingarfasa) yfir tvær lotur.Pinnate hornið er stillt á \(40^{\circ}\) og upphafslengd SMA vírsins í hverjum einasta pinnafæti er stillt á 83mm.(a) Mæling á drifkrafti með hleðsluklefa (b) Vöktun vírhita með innrauðri hitamyndavél.
Til að skilja áhrif eðlisfræðilegra breytu á kraftinn sem drifið framleiðir var gerð greining á næmni stærðfræðilíkans fyrir völdum eðlisbreytum og færibreytum raðað eftir áhrifum þeirra.Í fyrsta lagi var sýnataka á færibreytum líkans gert með því að nota tilraunahönnunarreglur sem fylgdu samræmdri dreifingu (sjá viðbótarkafla um næmnigreiningu).Í þessu tilviki innihalda breytur líkansins inntaksspennu (\(V_{in}\)), upphafleg SMA vírlengd (\(l_0\)), horn þríhyrningsins (\(\alpha\)), spennufjöðrfasti (\( K_x\ )), varmaflutningsstuðullinn (\(h_T\)) og fjöldi ómótaðra greina (n).Í næsta skrefi var hámarks vöðvastyrkur valinn sem krafa um hönnun rannsóknarinnar og breytuáhrif hvers mengis breyta á styrk fengust.Tornado plots fyrir næmisgreininguna voru fengnar úr fylgnistuðlum fyrir hverja breytu, eins og sýnt er á mynd 6a.
(a) Fylgnistuðullgildi líkanbreytanna og áhrif þeirra á hámarksúttakskraft 2500 einstakra hópa ofangreindra líkanbreyta eru sýnd í hvirfilbylnum.Línuritið sýnir röðunarfylgni nokkurra vísbendinga.Það er ljóst að \(V_{in}\) er eina færibreytan með jákvæða fylgni og \(l_0\) er sú breytu með hæstu neikvæðu fylgnina.Áhrif ýmissa þátta í ýmsum samsetningum á hámarks vöðvastyrk eru sýnd í (b, c).\ (K_x \) er á bilinu 400 til 800 N/m og n á bilinu 4 til 24. Spenna (\ (v_ {í} \)) breytt úr 4v í 10V, vírlengd (\ (l_ {0} \)) breytt úr 40 í 100 mm, og hala hornið (\ (\ alpha \)) frá \ (20 - 60 \, ^ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \)) frá \ (20 - 60 “. ).
Á mynd.6a sýnir hvirfilbyl með ýmsum fylgnistuðlum fyrir hverja færibreytu með hönnunarkröfum fyrir hámarks drifkraft.Frá mynd.6a má sjá að spennubreytan (\(V_{in}\)) er í beinu samhengi við hámarksúttakskraftinn, og varmaflutningsstuðullinn (\(h_T\)), logahornið (\ ( \alpha\)) , tilfærslufjöðrfasti ( \(K_x\)) er í neikvæðri fylgni við úttakskraftinn á úttakinu (l_0 vírskrafti) (l_0 vírskrafti (l_0) og upphafslengd un, dales (m) n) sýnir sterka öfuga fylgni Ef um er að ræða beina fylgni Ef um er að ræða hærra gildi spennufylgnistuðullsins (\(V_ {in}\)) gefur til kynna að þessi færibreyta hafi mest áhrif á aflframleiðslan.Önnur svipuð greining mælir hámarkskraftinn með því að meta áhrif mismunandi breytu í mismunandi samsetningum reiknirýmanna tveggja, eins og sýnt er á mynd 6b, c.\(V_{in}\) og \(l_0\), \(\alpha\) og \(l_0\) hafa svipuð mynstur, og línuritið sýnir að \(V_{in}\) og \(\alpha\ ) og \(\alpha\) hafa svipuð mynstur.Minni gildi \(l_0\) leiða til hærri toppkrafta.Hinar tvær lóðirnar eru í samræmi við mynd 6a, þar sem n og \(K_x\) eru neikvæða fylgni og \(V_{in}\) jákvæð fylgni.Þessi greining hjálpar til við að skilgreina og stilla áhrifabreytur sem hægt er að aðlaga úttakskraft, slag og skilvirkni drifkerfisins að kröfum og notkun.
Núverandi rannsóknarvinna kynnir og rannsakar stigveldisdrif með N stigum.Í tveggja þrepa stigveldi, eins og sýnt er á mynd 7a, þar sem í stað hvers SMA vírs á fyrsta stigi stýribúnaðarins, næst tvíþætt fyrirkomulag, eins og sýnt er á mynd.9e.Á mynd.Mynd 7c sýnir hvernig SMA vírinn er vafnaður um hreyfanlegan arm (hjálpararm) sem hreyfist aðeins í lengdarstefnu.Hins vegar heldur aðal hreyfanlegur armur áfram að hreyfast á sama hátt og hreyfanlegur armur 1. þrepa fjölþrepa stýribúnaðarins.Venjulega er N-þrep drif búið til með því að skipta um \(N-1\) þrepa SMA vír fyrir fyrsta þreps drif.Fyrir vikið líkir hver grein eftir fyrsta þrepi drifinu, að undanskildri greininni sem heldur vírnum sjálfum.Þannig er hægt að mynda hreiður mannvirki sem búa til krafta sem eru margfalt meiri en kraftar frumdrifanna.Í þessari rannsókn, fyrir hvert stig, var heildar virka SMA vírlengd 1 m tekin með í reikninginn, eins og sýnt er í töfluformi á mynd 7d.Straumurinn í gegnum hvern vír í hverri unimodal hönnun og forspenna og spenna sem myndast í hverjum SMA vírhluta eru þau sömu á hverju stigi.Samkvæmt greiningarlíkani okkar er úttakskrafturinn jákvæða fylgni við stigið en tilfærslan er í neikvæðri fylgni.Á sama tíma var skipting milli tilfærslu og vöðvastyrks.Eins og sést á mynd.7b, á meðan hámarkskraftur er náð í flestum laga, er mesta tilfærslan í neðsta lagi.Þegar stigveldisstigið var stillt á \(N=5\), fannst hámarks vöðvakraftur upp á 2,58 kN með 2 höggum \(\upmu\)m.Aftur á móti myndar fyrsta þrepið 150 N kraft með 277 \(\upmu\)m höggi.Fjölþrepa stýringar geta líkt eftir raunverulegum líffræðilegum vöðvum, þar sem gervivöðvar byggðir á formminni málmblöndur geta myndað verulega meiri krafta með nákvæmum og fínni hreyfingum.Takmarkanir þessarar smækkuðu hönnunar eru þær að þegar stigveldið eykst minnkar hreyfingin verulega og flókið framleiðsluferli drifsins eykst.
(a) Tveggja þrepa (\(N=2\)) lagskipt formminni álfelgur línulegt stýrikerfi er sýnt í tvímóta uppsetningu.Fyrirhugaða líkanið er náð með því að skipta um SMA vír í fyrsta þrepa lagskiptu stýribúnaðinum fyrir annan eins þrepa lagskipt stýribúnað.(c) Vansköpuð uppsetning annars stigs fjöllaga stýrisbúnaðar.(b) Dreifingu krafta og tilfærslu eftir fjölda stiga er lýst.Í ljós hefur komið að hámarkskraftur stýribúnaðarins er í jákvæðri fylgni við kvarðastigið á línuritinu, en höggið er í neikvæðri fylgni við kvarðastigið.Straumur og forspenna í hverjum vír haldast stöðug á öllum stigum.(d) Taflan sýnir fjölda tappa og lengd SMA vírsins (trefja) á hverju stigi.Eiginleikar víranna eru sýndir með vísitölu 1 og fjöldi aukagreina (einn tengdur við aðalfótinn) er sýndur með stærstu tölunni í áskriftinni.Til dæmis, á stigi 5, vísar \(n_1\) til fjölda SMA víra sem eru til staðar í hverri tvímótabyggingu og \(n_5\) vísar til fjölda hjálparfóta (einn sem er tengdur við aðalfótinn).
Ýmsar aðferðir hafa verið lagðar fram af mörgum vísindamönnum til að móta hegðun SMAs með formminni, sem eru háð varmavélafræðilegum eiginleikum sem fylgja stórsæjum breytingum á kristalbyggingu sem tengist fasaskiptum.Samsetning stofnaðra aðferða er í eðli sínu flókin.Algengasta fyrirbærafræðilega líkanið er lagt til af Tanaka28 og er mikið notað í verkfræði.Fyrirbæralíkanið sem Tanaka lagði fram [28] gerir ráð fyrir að rúmmálshlutfall martensíts sé veldisfall hitastigs og streitu.Síðar lögðu Liang og Rogers29 og Brinson30 fram líkan þar sem gert var ráð fyrir að fasaskiptin væri kósínusfall af spennu og hitastigi, með smávægilegum breytingum á líkaninu.Becker og Brinson lögðu til fasa skýringarmynd byggt hreyfimyndafræði líkan til að móta hegðun SMA efna við handahófskenndar hleðsluskilyrði sem og hluta umbreytinga.Banerjee32 notar Bekker og Brinson31 fasa skýringarmynd gangverksaðferðina til að líkja eftir einni frelsisstýringu þróað af Elahinia og Ahmadian33.Hreyfifræðilegar aðferðir byggðar á fasa skýringarmyndum, sem taka tillit til óeinnotóna spennubreytingar með hitastigi, eru erfiðar í framkvæmd í verkfræðiforritum.Elakhinia og Ahmadian vekja athygli á þessum göllum núverandi fyrirbærafræðilegra líkana og leggja til stækkað fyrirbærafræðilegt líkan til að greina og skilgreina hegðun formminni við allar flóknar hleðsluaðstæður.
Byggingarlíkan SMA vír gefur streitu (\(\sigma\)), tog (\(\epsilon\)), hitastig (T) og martensít rúmmálshlutfall (\(\xi\)) af SMA vír.Fyrirbærafræðilega stofnlíkanið var fyrst lagt fram af Tanaka28 og síðar samþykkt af Liang29 og Brinson30.Afleiða jöfnunnar hefur formið:
þar sem E er fasaháði stuðull SMA Young sem fæst með því að nota \(\displaystyle E=\xi E_M + (1-\xi )E_A\) og \(E_A\) og \(E_M\) sem tákna stuðul Young eru austenitic og martensitic fasar, í sömu röð, og stuðullinn fyrir varmaþenslu er táknaður með \_T\).Fasaskiptaþáttaþátturinn er \(\Omega = -E \epsilon _L\) og \(\epsilon _L\) er hámarks endurheimtanlegur tognun í SMA vírnum.
Jafnan fyrir fasavirkni fellur saman við kósínusfallið sem var þróað af Liang29 og síðar samþykkt af Brinson30 í stað veldisfallsfallsins sem Tanaka28 lagði til.Fasabreytingarlíkanið er framlenging á líkaninu sem Elakhinia og Ahmadian34 lagði til og breytt út frá fasaskiptaskilyrðunum sem Liang29 og Brinson30 gefa upp.Skilyrðin sem notuð eru fyrir þetta fasaskiptalíkan gilda við flókið hitameðrískt álag.Á hverju augnabliki er verðmæti rúmmálshlutans martensíts reiknað út þegar mótunarjöfnan er gerð líkan.
Stjórnandi endurumbreytingarjöfnu, gefin upp með umbreytingu martensíts í austenít við hitunarskilyrði, er sem hér segir:
þar sem \(\xi\) er rúmmálshlutfall martensíts, \(\xi _M\) er rúmmálshlutfall martensíts sem fæst fyrir hitun, \(\displaystyle a_A = \pi /(A_f – A_s)\), \ ( \displaystyle b_A = -a_A/C_A\) og \(C_A\) – vírnálgun, T –\ breytur, T –\) – upphaf og lok austenítfasa, í sömu röð, hitastig.
Bein umbreytingastýringarjöfnu, táknuð með fasabreytingu austeníts í martensít við kæliskilyrði, er:
þar sem \(\xi _A\) er rúmmálshlutfall martensíts sem fæst fyrir kælingu, \(\displaystyle a_M = \pi /(M_s – M_f)\), \(\displaystyle b_M = -a_M/C_M\) og \ ( C_M \) – ferilpassunarfæribreytur, T – SMA vírhitastig, \(M_s\ lokahitastig\) \)
Eftir að jöfnur (3) og (4) hafa verið aðgreindar eru andhverfa og bein umbreytingarjöfnur einfaldaðar í eftirfarandi form:
Við umbreytingu fram og til baka taka \(\eta _{\sigma}\) og \(\eta _{T}\) mismunandi gildi.Grunnjöfnur sem tengjast \(\eta _{\sigma}\) og \(\eta _{T}\) hafa verið leiddar og ræddar ítarlega í aukakafla.
Hitaorkan sem þarf til að hækka hitastig SMA vírsins kemur frá Joule hitunaráhrifum.Hitaorkan sem SMA vírinn frásogast eða losar er táknuð með duldum umbreytingarhita.Hitatapið í SMA vírnum er vegna þvingaðrar convection, og miðað við hverfandi áhrif geislunar er hitaorkujafnvægisjöfnan sem hér segir:
Þar sem \(m_{vír}\) er heildarmassi SMA vírsins, \(c_{p}\) er sérvarmageta SMA, \(V_{in}\) er spennan sem lögð er á vírinn, \(R_{ohm} \ ) – fasaháð viðnám SMA, skilgreind sem;\(R_{ohm} = (l/A_{cross})[\xi r_M + (1-\xi )r_A]\ ) þar sem \(r_M\ ) og \(r_A\) eru SMA fasaviðnám í martensíti og austeníti, í sömu röð, \(A_{c}\) er yfirborðsflatarmál vír a, \() oy er yfirborðsflatarmál vír a, \() oyDuldi umskiptishiti vírsins, T og \(T_{\infty}\) eru hitastig SMA vírsins og umhverfisins, í sömu röð.
Þegar lögunarminni álvír er virkjaður þjappast vírinn saman og mynda kraftur í hverri grein tvímótunarhönnunarinnar sem kallast trefjakraftur.Kraftar trefjanna í hverjum þræði SMA vírsins mynda saman vöðvakraftinn til að virkja, eins og sýnt er á mynd 9e.Vegna tilvistar forspennandi fjöðrar er heildarvöðvakraftur Nth fjöllaga stýribúnaðarins:
Með því að setja \(N = 1\) í jöfnu (7) er hægt að fá vöðvastyrk fyrstu stigs tvímótadrifs frumgerðarinnar sem hér segir:
þar sem n er fjöldi einmóta fóta, \(F_m\) er vöðvakrafturinn sem drifið myndar, \​(F_f\) er trefjastyrkurinn í SMA vírnum, \(K_x\) er hlutdrægni stífni.gorm, \(\alfa\) er horn þríhyrningsins, \(x_0\) er upphafsfjöðrun hlutfallsfjöðursins til að halda SMA snúrunni í forspenntri stöðu, og \(\Delta x\) er hreyfillinn.
Heildartilfærsla eða hreyfing drifsins (\(\Delta x\)) fer eftir spennu (\(\sigma\)) og álagi (\(\epsilon\)) á SMA vír N. þrepsins, drifið er stillt á (sjá mynd viðbótarhluta úttaksins):
Kinematic jöfnurnar gefa sambandið milli drifaflögunar (\(\epsilon\)) og tilfærslu eða tilfærslu (\(\Delta x\)).Aflögun Arb vírsins sem fall af upphaflegri Arb vírlengd (\(l_0\)) og vírlengd (l) hvenær sem er t í einni einmótagrein er sem hér segir:
þar sem \(l = \sqrt{l_0^2 +(\Delta x_1)^2 – 2 l_0 (\Delta x_1) \cos \alpha _1}\) fæst með því að beita kósínusformúlunni í \(\Delta\)ABB ', eins og sýnt er á mynd 8. Fyrir fyrsta þrepið er drifið (\)(N =(1D)\elta (\)(N ) (\)(N =(N) og \(\alpha _1\) er \(\alpha \) eins og sýnt er í Eins og sýnt er á mynd 8, með því að greina tímann frá jöfnu (11) og skipta út gildinu l, er hægt að skrifa álagshraðann sem:
þar sem \(l_0\) er upphafslengd SMA vírsins, l er lengd vírsins hvenær sem er t í einni einmótagrein, \(\epsilon\) er aflögunin sem myndast í SMA vírnum, og \(\alfa \) er horn þríhyrningsins , \(\Delta x\) er drifjöfnunin (eins og sýnt er á mynd 8).
Öll n eintoppsbyggingin (\(n=6\) á þessari mynd) eru tengd í röð með \(V_{in}\) sem innspennu.Stig I: Skýringarmynd af SMA vírnum í tvíþættri uppsetningu við núllspennuskilyrði. Stig II: Stýrð uppbygging er sýnd þar sem SMA vírinn er þjappað saman vegna öfugs umbreytingar, eins og sést með rauðu línunni.
Sem sönnun fyrir hugmyndinni var SMA-undirstaða bimodal drif þróað til að prófa herma afleiðslu undirliggjandi jöfnum með tilraunaniðurstöðum.CAD líkanið af bimodal línulega stýribúnaðinum er sýnt á mynd.9a.Á hinn bóginn, í mynd.9c sýnir nýja hönnun sem lögð er til fyrir snúnings prismatíska tengingu með því að nota tveggja plana SMA-undirstaða stýribúnað með tvímóta uppbyggingu.Drifhlutirnir voru framleiddir með aukinni framleiðslu á Ultimaker 3 Extended 3D prentara.Efnið sem notað er í þrívíddarprentun á íhlutum er pólýkarbónat sem hentar fyrir hitaþolin efni þar sem það er sterkt, endingargott og hefur hátt glerhitastig (110-113 \(^{\circ }\) C).Auk þess var Dynalloy, Inc. Flexinol lögunarminni álvír notaður í tilraununum og efniseiginleikar sem samsvara Flexinol vírnum voru notaðir í uppgerðunum.Mörgum SMA vírum er raðað sem trefjum sem eru til staðar í tvíþættri uppröðun vöðva til að ná fram háum krafti sem framleiddur er af fjöllaga stýribúnaði, eins og sýnt er á mynd 9b, d.
Eins og sýnt er á mynd 9a, er oddhvass hornið sem myndast af hreyfanlegum arm SMA vírnum kallað hornið (\(\alfa\)).Með klemmum sem festar eru á vinstri og hægri klemmurnar er SMA vírnum haldið í æskilegu tvímótahorni.Fjaðrunarbúnaðurinn sem haldinn er á gormatenginu er hannaður til að stilla mismunandi fjaðraframlengingarhópa í samræmi við fjölda (n) SMA trefja.Að auki er staðsetning hreyfanlegra hluta hönnuð þannig að SMA vírinn verði fyrir ytra umhverfi fyrir þvingaða convection kælingu.Efstu og neðstu plöturnar á losanlegu samstæðunni hjálpa til við að halda SMA vírnum köldum með útpressuðum skurðum sem eru hannaðar til að draga úr þyngd.Að auki eru báðir endar CMA vírsins festir við vinstri og hægri skautana, í sömu röð, með krampi.Stimpill er festur við annan enda hreyfanlega samstæðunnar til að viðhalda bili á milli efstu og botnplötu.Stimpillinn er einnig notaður til að beita lokunarkrafti á skynjarann ​​með snertingu til að mæla lokunarkraftinn þegar SMA vírinn er virkur.
Tvímóta vöðvabyggingin SMA er raftengd í röð og knúin af inntakspúlsspennu.Í spennupúlslotunni, þegar spenna er sett á og SMA vírinn er hituð yfir upphafshita austenítsins, styttist lengd vírsins í hverjum streng.Þessi afturköllun virkjar hreyfanlega armahlutann.Þegar spennan var núlluð í sömu lotu var hitaði SMA vírinn kældur niður fyrir hitastig martensítyfirborðsins og fór þar með aftur í upprunalega stöðu.Við núllálagsaðstæður er SMA vírinn fyrst teygður á óvirkan hátt með hlutfallsfjöðrum til að ná afvinnnu martensitic ástandi.Skrúfan, sem SMA vírinn fer í gegnum, hreyfist vegna þjöppunar sem myndast með því að setja spennupúls á SMA vírinn (SPA nær austenítfasa), sem leiðir til virkjunar á hreyfanlegu lyftistönginni.Þegar SMA vírinn er dreginn inn skapar forspennufjöðurinn andstæðan kraft með því að teygja gorminn frekar.Þegar álagið í höggspennunni verður núll, lengist SMA vírinn og breytir lögun sinni vegna þvingaðrar varmkælingar og nær tvöföldum martensítfasa.
Fyrirhugað SMA-undirstaða línulega stýrikerfi er með tvímóta uppsetningu þar sem SMA vírarnir eru hornaðir.(a) sýnir CAD líkan af frumgerðinni, sem nefnir suma hluti og merkingu þeirra fyrir frumgerðina, (b, d) táknar þróaða tilrauna frumgerð35.Á meðan (b) sýnir frumgerðina að ofan með rafmagnstengjum og forgjafafjöðrum og álagsmælum sem notaðir eru, sýnir (d) sjónarhorn af uppsetningunni.(e) Skýringarmynd af línulegu virkjunarkerfi með SMA vírum sem eru settir tvímótað hvenær sem er t, sem sýnir stefnu og gang trefja og vöðvastyrks.(c) Lagt hefur verið til 2-DOF snúnings prismatísk tenging til að setja upp tveggja plana SMA-undirstaða stýribúnað.Eins og sýnt er, sendir hlekkurinn línulega hreyfingu frá neðsta drifinu til efsta handleggsins, sem skapar snúningstengingu.Aftur á móti er hreyfing prismaparsins sú sama og hreyfing fjöllaga fyrsta þrepa drifsins.
Tilraunarannsókn var gerð á frumgerðinni sem sýnd er á mynd 9b til að meta frammistöðu tvímóta drifs sem byggir á SMA.Eins og sýnt er á mynd 10a samanstóð tilraunauppsetningin af forritanlegu DC aflgjafa til að veita innspennu til SMA víra.Eins og sýnt er á mynd.10b var piezoelectric álagsmælir (PACEline CFT/5kN) notaður til að mæla lokunarkraftinn með því að nota Graphtec GL-2000 gagnaskrártæki.Gögnin eru skráð af gestgjafanum til frekari rannsóknar.Álagsmælar og hleðslumagnarar þurfa stöðugt aflgjafa til að framleiða spennumerki.Samsvarandi merkjum er breytt í aflúttak í samræmi við næmni piezoelectric kraftskynjarans og aðrar breytur eins og lýst er í töflu 2. Þegar spennupúls er beitt eykst hitastig SMA vírsins, sem veldur því að SMA vírinn þjappast saman, sem veldur því að stýrisbúnaðurinn myndar kraft.Tilraunaniðurstöður úttaks vöðvastyrks með innspennupúls upp á 7 V eru sýndar á mynd.2a.
(a) SMA byggt línulegt stýrikerfi var sett upp í tilrauninni til að mæla kraftinn sem myndaður er af stýrisbúnaðinum.Hleðsluklefinn mælir lokunarkraftinn og er knúinn af 24 V DC aflgjafa.7 V spennufalli var beitt eftir allri lengd kapalsins með því að nota GW Instek forritanlegan DC aflgjafa.SMA vírinn minnkar vegna hita og hreyfanlegur armur snertir hleðsluklefann og beitir lokunarkrafti.Hleðsluklefinn er tengdur við GL-2000 gagnaskrártækið og gögnin eru geymd á hýsilinn til frekari vinnslu.(b) Skýringarmynd sem sýnir keðju þátta tilraunauppsetningar til að mæla vöðvastyrk.
Formminni málmblöndur eru spenntar af varmaorku, þannig að hitastig verður mikilvægur breytu til að rannsaka formminni fyrirbærið.Tilraunir, eins og sýnt er á mynd 11a, voru gerðar hitamyndatökur og hitamælingar á frumgerð SMA-undirstaða divalerate stýribúnaðar.Forritanlegur DC-gjafi setti innspennu á SMA-vírana í tilraunauppsetningunni, eins og sýnt er á mynd 11b.Hitabreytingin á SMA vírnum var mæld í rauntíma með háupplausn LWIR myndavél (FLIR A655sc).Gestgjafi notar ResearchIR hugbúnaðinn til að skrá gögn til frekari eftirvinnslu.Þegar spennupúls er beitt eykst hitastig SMA vírsins, sem veldur því að SMA vírinn minnkar.Á mynd.Mynd 2b sýnir tilraunaniðurstöður SMA vírhitastigs á móti tíma fyrir 7V innspennupúls.