Þakka þér fyrir að heimsækja Nature.com. Vafraútgáfan sem þú notar hefur takmarkaðan CSS-stuðning. Til að fá sem bestu upplifun mælum við með að þú notir uppfærðan vafra (eða slökkvir á samhæfingarstillingu í Internet Explorer). Á meðan, til að tryggja áframhaldandi stuðning, munum við birta síðuna án stíla og JavaScript.
Stýrivélar eru notaðar alls staðar og skapa stýrða hreyfingu með því að beita réttum örvunarkrafti eða togi til að framkvæma ýmsar aðgerðir í framleiðslu og iðnaðarsjálfvirkni. Þörfin fyrir hraðari, minni og skilvirkari drif er knýjandi nýsköpun í drifhönnun. Drifvélar úr formminni (SMA) bjóða upp á fjölda kosta umfram hefðbundna drifvélar, þar á meðal hátt afl-til-þyngdarhlutfall. Í þessari ritgerð var þróaður tvífjaður SMA-byggður stýrivél sem sameinar kosti fjaðrandi vöðva líffræðilegra kerfa og einstaka eiginleika SMA. Þessi rannsókn kannar og útvíkkar fyrri SMA-stýrivélar með því að þróa stærðfræðilíkan af nýja stýrivélinni byggða á tvíþættri SMA víraskipan og prófa hana tilraunakennt. Í samanburði við þekktar drifvélar byggðar á SMA er virkjunarkraftur nýja drifsins að minnsta kosti 5 sinnum hærri (allt að 150 N). Samsvarandi þyngdartap er um 67%. Niðurstöður næmnigreiningar á stærðfræðilíkönum eru gagnlegar til að stilla hönnunarbreytur og skilja lykilbreytur. Þessi rannsókn kynnir einnig fjölþrepa N-ta þrepa drifvél sem hægt er að nota til að auka enn frekar gangvirkni. SMA-byggðir tvívalerat vöðvastýringar hafa fjölbreytt notkunarsvið, allt frá byggingarsjálfvirkni til nákvæmra lyfjagjafakerfa.
Líffræðileg kerfi, eins og vöðvabygging spendýra, geta virkjað marga lúmska virkja1. Spendýr hafa mismunandi vöðvabyggingu, sem hver þjónar ákveðnu hlutverki. Hins vegar má skipta stórum hluta vöðvabyggingar spendýra í tvo meginflokka. Samsíða og pennate. Í aftan á læri og öðrum beygjuvöðvum, eins og nafnið gefur til kynna, eru vöðvaþræðir í samsíða læri og öðrum beygjuvöðvum samsíða miðlægum sinum. Keðjan af vöðvaþráðum er uppröðuð og tengd virkni sinni með bandvef í kringum þá. Þó að þessir vöðvar séu sagðir hafa mikla frávik (prósentu styttingu), er heildarvöðvastyrkur þeirra mjög takmarkaður. Aftur á móti er pennate vöðvavefur að finna í hverjum vöðva í þríhöfðavöðvanum í kálfavöðvanum2 (lateral gastrocnemius (GL)3, medial gastrocnemius (GM)4 og soleus (SOL)) og extensors femoris (quadriceps)5,6. Í pinnate byggingu eru vöðvaþræðirnir í tvípennate vöðvunum til staðar báðum megin við miðlæga sinina í skáhalli hornum (pinnate hornum). Orðið „pennate“ kemur frá latneska orðinu „penna“ sem þýðir „penni“ og, eins og sést á mynd 1, hefur það fjaðurlíkt útlit. Þræðir pennate-vöðvanna eru styttri og halla sér miðað við lengdarás vöðvans. Vegna fjöðurbyggingarinnar minnkar heildarhreyfanleiki þessara vöðva, sem leiðir til þversniðs- og lengdarásar styttingarferlisins. Á hinn bóginn leiðir virkjun þessara vöðva til meiri heildarvöðvastyrks vegna þess hvernig lífeðlisfræðilegt þversniðsflatarmál er mælt. Þess vegna, fyrir tiltekið þversniðsflatarmál, verða pennate-vöðvar sterkari og mynda meiri kraft en vöðvar með samsíða þræði. Kraftar sem myndast af einstökum þráðum mynda vöðvakraft á makróskópísku stigi í þeim vöðvavef. Að auki hefur það einstaka eiginleika eins og hraða rýrnun, vörn gegn togskemmdum og dempun. Það umbreytir sambandinu milli trefjainntaks og vöðvaaflsúttaks með því að nýta sér einstaka eiginleika og rúmfræðilega flækjustig trefjafyrirkomulagsins sem tengist vöðvahreyfilínum.
Sýndar eru skýringarmyndir af núverandi SMA-byggðum stýribúnaði í tengslum við tvíþætta vöðvabyggingarlist, til dæmis (a), sem sýna samspil snertikrafts þar sem handlaga tæki, sem er virkjað með SMA vírum, er fest á tveggja hjóla sjálfvirkan hreyfanlegan vélmenni9,10., (b) Vélmennastýrð augntóttargervil með SMA fjaðurhlaðinni augntóttargervil sem er staðsettur á móti hvor annarri hlið. Staðsetning gerviaugans er stjórnað af merki frá augnvöðva augans11, (c) SMA stýribúnaðir eru tilvaldir fyrir notkun undir vatni vegna mikillar tíðnisvörunar og lítillar bandvíddar. Í þessari stillingu eru SMA stýribúnaðir notaðir til að búa til bylgjuhreyfingu með því að herma eftir hreyfingu fiska, (d) SMA stýribúnaðir eru notaðir til að búa til örpípuskoðunarvélmenni sem getur notað tommuhreyfingarregluna, stjórnað af hreyfingu SMA víra inni í rás 10, (e) sýnir stefnu samdráttar vöðvaþráða og myndun samdráttarkrafts í kálfavöðvavef, (f) sýnir SMA víra raðað í formi vöðvaþráða í pennate vöðvabyggingu.
Stýrivélar hafa orðið mikilvægur hluti af vélrænum kerfum vegna fjölbreytts notkunarsviðs þeirra. Þess vegna er þörfin fyrir minni, hraðari og skilvirkari drifum orðin brýn. Þrátt fyrir kosti sína hafa hefðbundnar drifvélar reynst dýrar og tímafrekar í viðhaldi. Vökva- og loftknúnir stýrivélar eru flóknar og dýrar og geta orðið fyrir sliti, smurvandamálum og bilunum í íhlutum. Til að bregðast við eftirspurn er áherslan lögð á að þróa hagkvæmar, stærðarbættar og háþróaðar stýrivélar sem byggja á snjöllum efnum. Áframhaldandi rannsóknir eru að skoða lagskipta stýrivélar úr formminni (SMA) til að mæta þessari þörf. Stigveldisskipaðir stýrivélar eru einstakar að því leyti að þær sameina marga staka stýrivélar í rúmfræðilega flókin stórfelld undirkerfi til að veita aukna og víðtækari virkni. Í þessu sambandi veitir vöðvavefurinn sem lýst er hér að ofan frábært marglaga dæmi um slíka marglaga virkjun. Núverandi rannsókn lýsir margstiga SMA drifi með nokkrum einstökum drifþáttum (SMA vírum) sem eru samstilltir við trefjastefnur sem eru til staðar í tvíþættum vöðvum, sem bætir heildarafköst drifsins.
Megintilgangur stýribúnaðar er að framleiða vélræna orkuútgáfu eins og kraft og tilfærslu með því að umbreyta raforku. Lögunarminni málmblöndur eru flokkur „snjallra“ efna sem geta endurheimt lögun sína við hátt hitastig. Við mikið álag leiðir hækkun á hitastigi SMA vírsins til lögunarendurheimtar, sem leiðir til hærri orkuþéttleika við virkjun samanborið við ýmis beintengd snjallefni. Á sama tíma verða SMA brothætt við vélrænt álag. Við ákveðnar aðstæður getur hringlaga álag tekið í sig og losað vélræna orku, sem sýnir afturkræfar breytingar á lögun. Þessir einstöku eiginleikar gera SMA tilvalið fyrir skynjara, titringsdeyfingu og sérstaklega stýribúnað12. Með þetta í huga hefur verið mikið rannsakað SMA-byggða drif. Það skal tekið fram að SMA-byggðir stýribúnaðir eru hannaðir til að veita þýðingar- og snúningshreyfingu fyrir fjölbreytt forrit13,14,15. Þó að nokkrir snúningsstýrbúnaðir hafi verið þróaðir, hafa vísindamenn sérstakan áhuga á línulegum stýribúnaði. Þessum línulegu stýribúnaði má skipta í þrjár gerðir af stýribúnaði: einvíddar-, tilfærslu- og mismunadrifsstýrbúnaði16. Í upphafi voru blendingadrifar þróaðir í samsetningu við SMA og aðra hefðbundna drif. Eitt slíkt dæmi um SMA-byggðan blendingslínulegan stýribúnað er notkun SMA-vírs með jafnstraumsmótor til að veita úttakskraft upp á um 100 N og verulega tilfærslu17.
Ein af fyrstu þróununum í drifum sem eingöngu byggja á SMA var samsíða drifið með SMA. Með því að nota marga SMA víra er SMA samsíða drifið hannað til að auka afköst drifsins með því að setja alla SMA18 víra samsíða. Samsíða tenging stýrivéla krefst ekki aðeins meiri afls heldur takmarkar einnig afköst eins vírs. Annar ókostur við SMA stýrivélar er takmörkuð ferð sem þeir geta náð. Til að leysa þetta vandamál var búið til SMA snúrubjálki sem innihélt sveigjanlegan bjálka til að auka tilfærslu og ná línulegri hreyfingu, en myndaði ekki meiri kraft19. Mjúkar, aflögunarhæfar byggingar og efni fyrir vélmenni byggð á formminnismálmblöndum hafa verið þróaðar fyrst og fremst til að magna högg20,21,22. Fyrir notkun þar sem mikils hraða er krafist hefur verið greint frá samþjöppuðum dælum sem nota þunnfilmu SMA fyrir ördæluknúnar notkunarmöguleika23. Driftíðni þunnfilmu SMA himnunnar er lykilþáttur í að stjórna hraða drifvélarinnar. Þess vegna hafa SMA línulegir mótorar betri kraftmikil svörun en SMA fjöðra- eða stöngmótorar. Mjúk vélmenni og griptækni eru tvö önnur forrit sem nota SMA stýrivélar. Til dæmis, til að koma í staðinn fyrir staðlaðan stýribúnað sem notaður er í 25 N geimklemmunni, var þróaður samsíða stýribúnaður 24 úr formminni. Í öðru tilviki var mjúkur SMA stýribúnaður smíðaður úr vír með innbyggðu fylki sem getur framleitt hámarks togkraft upp á 30 N. Vegna vélrænna eiginleika sinna eru SMA einnig notaðir til að framleiða stýribúnað sem líkja eftir líffræðilegum fyrirbærum. Ein slík þróun felur í sér 12-frumu vélmenni sem er líffræðileg eftirlíking af ánamaðkalíkri lífveru með SMA til að mynda sinuslaga hreyfingu til að skjóta26,27.
Eins og áður hefur komið fram eru takmörk á hámarksafli sem hægt er að fá úr núverandi SMA-byggðum stýritækjum. Til að takast á við þetta vandamál kynnir þessi rannsókn lífherma tvíhliða vöðvabyggingu. Knúið áfram af vír úr formminni. Hún býður upp á flokkunarkerfi sem inniheldur nokkra víra úr formminni. Hingað til hafa engir SMA-byggðir stýritæki með svipaða arkitektúr verið skráðir í fræðiritum. Þetta einstaka og nýstárlega kerfi, byggt á SMA, var þróað til að rannsaka hegðun SMA við tvíhliða vöðvajöfnun. Í samanburði við núverandi SMA-byggða stýritæki var markmið þessarar rannsóknar að búa til lífherma tvíhliða stýritæki til að mynda marktækt hærri krafta í litlu rúmmáli. Í samanburði við hefðbundna stýritæki knúin áfram af skrefmótorum sem notuð eru í sjálfvirkni og stjórnkerfum fyrir hitunar-, loftræsti- og kælikerfi í byggingum, dregur fyrirhuguð SMA-byggð tvíhliða drifhönnun úr þyngd drifbúnaðarins um 67%. Hér á eftir eru hugtökin „vöðvi“ og „drif“ notuð til skiptis. Þessi rannsókn kannar fjölþætta hermun á slíku drifi. Vélræn hegðun slíkra kerfa hefur verið rannsökuð með tilrauna- og greiningaraðferðum. Dreifing krafts og hitastigs var rannsökuð frekar við 7 V inntaksspennu. Í kjölfarið var framkvæmd breytugreining til að skilja betur tengslin milli lykilbreyta og úttakskraftsins. Að lokum hefur verið hugsað um stigveldisstýringar og áhrif stigveldisstigs sem mögulegt framtíðarsvið fyrir ósegulmagnaða stýringar fyrir gervilimi. Samkvæmt niðurstöðum fyrrnefndra rannsókna framleiðir notkun eins þrepa byggingarlistar krafta sem eru að minnsta kosti fjórum til fimm sinnum meiri en tilkynntir SMA-byggðir stýringar. Að auki hefur verið sýnt fram á að sami drifkraftur sem myndast af fjölþrepa drifbúnaði er meira en tífalt meiri en í hefðbundnum SMA-byggðum drifbúnaði. Rannsóknin greinir síðan frá lykilbreytum með því að nota næmnigreiningu milli mismunandi hönnunar og inntaksbreyta. Upphafslengd SMA vírsins (\(l_0\)), fjöðurhornið (\(\alpha\)) og fjöldi stakra þráða (n) í hverjum einstökum þræði hafa sterk neikvæð áhrif á stærð drifkraftsins, en inntaksspennan (orka) reyndist vera jákvætt tengd.
SMA vír sýnir formminniáhrif (e. formminnisáhrif, SME) sem sést í nikkel-títan (Ni-Ti) málmblöndufjölskyldunni. SMA vírar sýna yfirleitt tvö hitastigsháð stig: lághitastig og háhitastig. Báðir stigar hafa einstaka eiginleika vegna mismunandi kristallabygginga. Í austenítstiginu (háhitastiginu) sem er yfir umbreytingarhitastiginu sýnir efnið mikinn styrk og afmyndast illa undir álagi. Málmblandan hegðar sér eins og ryðfrítt stál, þannig að hún þolir hærri virkjunarþrýsting. Með því að nýta sér þennan eiginleika Ni-Ti málmblöndur eru SMA vírarnir hallaðir til að mynda virkjunarbúnað. Viðeigandi greiningarlíkön eru þróuð til að skilja grundvallaratriði varmahegðunar SMA undir áhrifum ýmissa breyta og mismunandi rúmfræði. Gott samræmi náðist á milli tilrauna- og greiningarniðurstaðna.
Tilraunarannsókn var gerð á frumgerðinni sem sýnd er á mynd 9a til að meta afköst tvíþátta drifs sem byggir á SMA. Tveir af þessum eiginleikum, krafturinn sem drifið myndar (vöðvakraftur) og hitastig SMA vírsins (SMA hitastig), voru mældir tilraunakennt. Þegar spennumunurinn eykst eftir allri lengd vírsins í drifinu, eykst hitastig vírsins vegna Joule-hitunaráhrifa. Inntaksspennan var sett á í tveimur 10 sekúndna lotum (sýnd sem rauðir punktar á mynd 2a, b) með 15 sekúndna kælingartímabili á milli hverrar lotu. Lokunarkrafturinn var mældur með piezoelectric álagsmæli og hitadreifing SMA vírsins var fylgst með í rauntíma með vísindalegri hágæða LWIR myndavél (sjá eiginleika búnaðarins sem notaður er í töflu 2). Þetta sýnir að á háspennustiginu eykst hitastig vírsins eintóna, en þegar enginn straumur flæðir heldur hitastig vírsins áfram að lækka. Í núverandi tilraunauppsetningu lækkaði hitastig SMA vírsins á kælingarferlinu en það var samt yfir umhverfishita. Mynd 2e sýnir skyndimynd af hitastigi SMA vírsins, tekin með LWIR myndavélinni. Mynd 2a sýnir hins vegar lokunarkraftinn sem drifkerfið myndar. Þegar vöðvakrafturinn fer yfir endurheimtarkraft fjöðursins byrjar hreyfanlegi armurinn, eins og sýnt er á mynd 9a, að hreyfast. Um leið og virkjun hefst kemst hreyfanlegi armurinn í snertingu við skynjarann ​​og myndar líkamskraft, eins og sýnt er á mynd 2c og 2d. Þegar hámarkshitastigið er nálægt \(84\,^{\circ}\hbox {C}\) er hámarkskrafturinn sem mælst hefur 105 N.
Grafið sýnir tilraunaniðurstöður hitastigs SMA vírsins og kraftsins sem myndast af tvíþátta stýribúnaðinum sem byggir á SMA í tveimur lotum. Inntaksspennan er beitt í tveimur 10 sekúndna lotum (sýnd sem rauðir punktar) með 15 sekúndna kælingartíma á milli hverrar lotu. SMA vírinn sem notaður var í tilraununum var 0,51 mm þvermál Flexinol vír frá Dynalloy, Inc. (a) Grafið sýnir tilraunakraftinn sem fékkst í tveimur lotum, (c, d) sýnir tvö óháð dæmi um virkni hreyfanlegra armstýringa á PACEline CFT/5kN piezoelectric kraftskynjara, (b) grafið sýnir hámarkshita alls SMA vírsins í tveimur lotum, (e) sýnir skyndimynd af hitastigi sem tekin var af SMA vírnum með því að nota FLIR ResearchIR hugbúnaðar LWIR myndavélina. Rúmfræðilegu breyturnar sem teknar voru með í reikninginn í tilraununum eru gefnar upp í töflu eitt.
Niðurstöður stærðfræðilíkansins og tilraunaniðurstöður eru bornar saman við skilyrði 7V inntaksspennu, eins og sýnt er á mynd 5. Samkvæmt niðurstöðum breytugreiningar og til að koma í veg fyrir ofhitnun SMA vírsins, var 11,2 W afl veitt stýribúnaðinum. Forritanlegur jafnstraumsaflgjafi var notaður til að veita 7V sem inntaksspennu og straumur upp á 1,6A var mældur yfir vírinn. Krafturinn sem myndast af drifinu og hitastig SDR aukast þegar straumur er settur á. Með inntaksspennu upp á 7V er hámarksúttakskrafturinn sem fæst úr hermunarniðurstöðum og tilraunaniðurstöðum fyrstu lotunnar 78 N og 96 N, talið í sömu röð. Í annarri lotunni var hámarksúttakskraftur hermunar- og tilraunaniðurstöðunnar 150 N og 105 N, talið í sömu röð. Misræmið milli mælinga á lokunarkrafti og tilraunagagna gæti stafað af aðferðinni sem notuð var til að mæla lokunarkraft. Tilraunaniðurstöðurnar sem sýndar eru á mynd ... Myndir 5a samsvara mælingu á læsingarkraftinum, sem aftur var mældur þegar drifásinn var í snertingu við PACEline CFT/5kN piezoelectric kraftskynjarann, eins og sýnt er á mynd 2s. Þess vegna, þegar drifásinn er ekki í snertingu við kraftskynjarann ​​í upphafi kælisvæðisins, verður krafturinn strax núll, eins og sýnt er á mynd 2d. Að auki eru aðrir þættir sem hafa áhrif á myndun krafts í síðari lotum gildi kælingartímans og stuðull varmaflutnings í fyrri lotu. Af mynd 2b má sjá að eftir 15 sekúndna kælingartímabil náði SMA vírinn ekki stofuhita og hafði því hærra upphafshitastig (\(40\,^{\circ }\hbox {C}\)) í annarri driflotunni samanborið við fyrstu lotuna (\(25\, ^{\circ}\hbox {C}\)). Þannig nær hitastig SMA-vírsins, samanborið við fyrsta hringrásina, upphafshitastigi austenítsins (\(A_s\)) fyrr í annarri hitunarhringrás og helst lengur í umbreytingartímabilinu, sem leiðir til spennu og krafts. Hins vegar hafa hitadreifingar í hitunar- og kælingarhringrásum, sem fengust úr tilraunum og hermunum, mikla eigindlega líkingu við dæmi úr hitamælingum. Samanburðargreining á hitamælingum SMA-vírs úr tilraunum og hermunum sýndi samræmi í hitunar- og kælingarhringrásum og innan viðunandi vikmarka fyrir tilraunagögn. Hámarkshitastig SMA-vírsins, sem fékkst úr niðurstöðum hermunar og tilrauna í fyrsta hringrásinni, er \(89\,^{\circ }\hbox {{}\) og \(75\,^{\circ }\hbox {{}}\, talið í sömu röð), og í annarri hringrásinni er hámarkshitastig SMA-vírsins \(94\,^{\circ }\hbox {{}}\) og \(83\,^{\circ }\hbox {{}}\). Grunnþróaða líkanið staðfestir áhrif formminnisáhrifa. Þreyta og ofhitnun voru ekki tekin til greina í þessari úttekt. Í framtíðinni verður líkanið bætt til að taka með spennusögu SMA vírsins, sem gerir það hentugra fyrir verkfræðilegar notkunarmöguleika. Úttakskraftur drifsins og hitastigsmyndir SMA sem fengust úr Simulink blokkinni eru innan leyfilegra vikmarka tilraunagagnanna miðað við skilyrði inntaksspennupúls upp á 7 V. Þetta staðfestir réttmæti og áreiðanleika þróaða stærðfræðilíkansins.
Stærðfræðilíkanið var þróað í MathWorks Simulink R2020b umhverfinu með því að nota grunnjöfnurnar sem lýst er í aðferðakaflanum. Á mynd 3b sést blokkrit af Simulink stærðfræðilíkaninu. Líkanið var hermt fyrir 7V inntaksspennupúls eins og sýnt er á mynd 2a, b. Gildi breytanna sem notaðar voru í hermuninni eru talin upp í töflu 1. Niðurstöður hermunarinnar á tímabundnum ferlum eru sýndar á myndum 1 og 1. Myndir 3a og 4. Á mynd 4a, b sést örvuð spenna í SMA vírnum og krafturinn sem myndast af stýribúnaðinum sem fall af tíma. Við öfuga umbreytingu (upphitun), þegar hitastig SMA vírsins, \(T < A_s^{\prime}\) (upphafshitastig spennubreytts austenítfasa), verður breytingarhraði rúmmálshlutfalls martensíts (\(\dot{\xi }\)) núll. Við öfuga umbreytingu (upphitun), þegar hitastig SMA vírsins, \(T < A_s^{\prime}\) (spennubreyttur upphafshitastig austenítfasa), verður breytingarhraði rúmmálshlutfalls martensítsins (\(\dot{\xi }\)) núll. Во время обратного превращения (нагрева), когда температура проволоки SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (температура начай модифицированная напряжением), скорость изменения объемной доли мартенсита (\(\punktur{\ xi }\)) будет равно нулюта. Við öfuga umbreytingu (upphitun), þegar hitastig SMA vírsins, \(T < A_s^{\prime}\) (spennubreyttur austenít upphafshitastig), verður breytingarhraði rúmmálshlutfalls martensítsins (\(\dot{\xi }\)) núll.在反向转变（加热）过程中，当SMA 线温度\(T < A_s^{\prime}\)（应力修正奥氏体相起始温度）时，马氏体体积分数的变化率}\(xi)\(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 поправкой на напряжение) скорость изменения объемной доли мартенсита (\( \dot{\ xi }\)) будет равно нулю. Við öfuga umbreytingu (upphitun) við hitastig SMA vírsins \(T < A_s^{\prime}\) (hitastig kjarnamyndunar austenítfasans, leiðrétt fyrir spennu), verður breytingarhraði rúmmálshlutfalls martensíts (\( \dot{\xi }\)) núll.Þess vegna mun hraði spennubreytingarinnar (\(\dot{\sigma}\)) ráðast af álagshraðanum (\(\dot{\epsilon}\)) og hitastigshallanum (\(\dot{T} \)) aðeins með því að nota jöfnu (1). Hins vegar, þegar hitastig SMA vírsins hækkar og fer yfir (\(A_s^{\prime}\)), byrjar austenítfasinn að myndast og (\(\dot{\xi}\)) er tekið sem gefið gildi jöfnu (3). Þess vegna er hraði spennubreytingarinnar (\(\dot{\sigma}\)) stjórnað sameiginlega af \(\dot{\epsilon}, \dot{T}\) og \(\dot{\xi}\) sem eru jafnar og gefið er í formúlu (1). Þetta skýrir breytingarnar á stigulum sem sjást í tímabreytilegum spennu- og kraftkortum meðan á hitunarferlinu stendur, eins og sýnt er á mynd 4a, b.
(a) Niðurstaða hermunar sem sýnir dreifingu hita og spennuvaldandi hitastig tengipunkta í SMA-byggðum tvívalerata stýribúnaði. Þegar vírhitastigið fer yfir austenít-umbreytingarhitastigið í upphitunarstiginu byrjar breytt austenít-umbreytingarhitastig að hækka, og á sama hátt, þegar vírstönghitastigið fer yfir martensít-umbreytingarhitastigið í kælingarstiginu, lækkar martensít-umbreytingarhitastigið. SMA fyrir greiningarlíkön af virkjunarferlinu. (Fyrir ítarlega sýn á hvert undirkerfi Simulink líkans, sjá viðauka í viðbótarskránni.)
Niðurstöður greiningarinnar fyrir mismunandi dreifingu breytna eru sýndar fyrir tvær lotur af 7V inntaksspennunni (10 sekúndna upphitunarlotur og 15 sekúndna kælingarlotur). Þó að (ac) og (e) sýni dreifinguna yfir tíma, sýna (d) og (f) hins vegar dreifinguna með hitastigi. Fyrir viðkomandi inntaksskilyrði er hámarksspenna sem mældist 106 MPa (minna en 345 MPa, vírstreymisstyrkur), krafturinn er 150 N, hámarksfærslan er 270 µm og lágmarks martensítrúmmálshlutfall er 0,91. Hins vegar eru breytingin á spennu og breytingin á rúmmálshlutfalli martensíts með hitastigi svipuð og hysteresis-eiginleikar.
Sama skýring á við um beina umbreytingu (kælingu) frá austenítfasa yfir í martensítfasa, þar sem hitastig SMA vírsins (T) og lokahitastig spennubreytta martensítfasans (\(M_f^{\prime}\ )) er frábært. Á mynd 4d sýnir f breytinguna á örvuðu spennu (\(\sigma\)) og rúmmálshlutfalli martensíts (\(\xi\)) í SMA vírnum sem fall af breytingunni á hitastigi SMA vírsins (T), fyrir báðar drifloturnar. Á mynd 3a sýnir mynd 3a breytinguna á hitastigi SMA vírsins með tímanum eftir inntaksspennupúlsinum. Eins og sjá má á myndinni heldur hitastig vírsins áfram að hækka með því að veita hitagjafa við núllspennu og síðan varmakælingu. Við upphitun hefst endurumbreyting martensíts í austenítfasa þegar hitastig SMA-vírsins (T) fer yfir spennuleiðrétta austenítkjarnahitastigið (\(A_s^{\prime}\)). Á þessu stigi þjappast SMA-vírinn saman og stýribúnaðurinn myndar kraft. Einnig við kælingu, þegar hitastig SMA-vírsins (T) fer yfir spennuleiðrétta martensítfasann (\(M_s^{\prime}\)), verður jákvæð umbreyting frá austenítfasanum yfir í martensítfasann. Drifkrafturinn minnkar.
Helstu eigindlegu þættir tvíþátta drifsins sem byggir á SMA má fá úr niðurstöðum hermunarinnar. Ef spennupúlsinntak er notað eykst hitastig SMA vírsins vegna Joule-hitunaráhrifa. Upphafsgildi martensítrúmmálshlutfallsins (\(\xi\)) er stillt á 1, þar sem efnið er upphaflega í fullu martensítfasa. Þegar vírinn heldur áfram að hitna fer hitastig SMA vírsins yfir spennuleiðrétt austenít kjarnamyndunarhitastig \(A_s^{\prime}\), sem leiðir til lækkunar á martensítrúmmálshlutfallinu, eins og sýnt er á mynd 4c. Að auki sýnir mynd 4e dreifingu högga stýribúnaðarins í tíma, og mynd 5 - drifkraft sem fall af tíma. Tengt jöfnukerfi inniheldur hitastig, martensítrúmmálshlutfall og spennu sem myndast í vírnum, sem leiðir til rýrnunar SMA vírsins og kraftsins sem stýribúnaðurinn myndar. Eins og sýnt er á mynd... 4d,f, spennubreyting með hitastigi og breyting á martensítrúmmálshlutfalli með hitastigi samsvara hysteresis-eiginleikum SMA í hermdu tilfellinu við 7 V.
Samanburður á akstursbreytum var fenginn með tilraunum og greiningarútreikningum. Vírunum var komið fyrir með púlsspennu upp á 7 V í 10 sekúndur og síðan kælt niður í 15 sekúndur (kælingarfasa) í tvær lotur. Fjöðurhornið er stillt á \(40^{\circ}\) og upphafslengd SMA vírsins í hverjum pinnalegg er stillt á 83 mm. (a) Mæling á drifkrafti með álagsfrumu (b) Eftirlit með hitastigi vírsins með hitamyndavél.
Til að skilja áhrif eðlisfræðilegra breyta á kraftinn sem drifið framleiðir var greining gerð á næmi stærðfræðilíkansins fyrir völdum eðlisfræðilegum breytum og breytunum raðað eftir áhrifum þeirra. Fyrst var úrtök líkansbreytanna tekin með því að nota tilraunahönnunarreglur sem fylgdu einsleitri dreifingu (sjá viðbótarkafla um næmisgreiningu). Í þessu tilviki innihalda líkansbreyturnar inntaksspennu (\(V_{in}\)), upphafslengd SMA vírs (\(l_0\)), þríhyrningshorn (\(\alpha\)), hlutdrægnifjöðrunarstuðul (\(K_x\)), varmaflutningsstuðul (\(h_T\)) og fjöldi einhliða greina (n). Í næsta skrefi var hámarksvöðvastyrkur valinn sem hönnunarkrafa rannsóknarinnar og áhrif breytuhóps hvers safns af breytum á styrk voru fengin. Hvirfilbylsmyndirnar fyrir næmisgreininguna voru fengnar úr fylgnistuðlunum fyrir hverja breytu, eins og sýnt er á mynd 6a.
(a) Fylgnisstuðullinn fyrir líkanbreyturnar og áhrif þeirra á hámarksúttakskraft 2500 einstakra hópa af ofangreindum líkanbreytum er sýndur í fellibyljarmyndinni. Grafið sýnir röðunarfylgni nokkurra vísbendinga. Það er ljóst að \(V_{in}\) er eini breytan með jákvæða fylgni og \(l_0\) er breytan með hæstu neikvæðu fylgnina. Áhrif ýmissa breyta í ýmsum samsetningum á hámarks vöðvastyrk eru sýnd í (b, c). \(K_x\) er á bilinu 400 til 800 N/m og n er á bilinu 4 til 24. Spennan (\(V_{in}\)) breyttist úr 4V í 10V, vírlengdin (\(l_{0 } \)) breyttist úr 40 í 100 mm og halahornið (\(\alpha \)) var breytilegt frá \(20 – 60 \, ^ {\circ }\).
Á mynd 6a sést hvirfilbylsmynd af ýmsum fylgnistuðlum fyrir hverja breytu með hönnunarkröfum um hámarksdrifkraft. Á mynd 6a má sjá að spennubreytan (\(V_{in}\)) tengist beint hámarksúttakskrafti, og varmaflutningstuðullinn (\(h_T\)), logahornið (\(\alpha\)), tilfærslufjaðurstuðullinn (\(K_x\)) eru neikvætt tengd úttakskraftinum og upphafslengd (\(l_0\)) SMA vírsins, og fjöldi einhliða greina (n) sýnir sterka öfuga fylgni. Ef um beina fylgni er að ræða, þá gefur spennufylgnistuðullinn (\(V_{in}\)) hærra gildi til kynna að þessi breyta hafi mest áhrif á afköstin. Önnur svipuð greining mælir hámarkskraftinn með því að meta áhrif mismunandi breyta í mismunandi samsetningum tveggja reiknirýma, eins og sýnt er á mynd 6b, c. Myndirnar \(V_{in}\) og \(l_0\), \(\alpha\) og \(l_0\) hafa svipaða mynstur, og grafið sýnir að \(V_{in}\) og \(\alpha\) og \(\alpha\) hafa svipaða mynstur. Minni gildi á \(l_0\) leiða til hærri hámarkskrafta. Hinar tvær myndritin eru í samræmi við mynd 6a, þar sem n og \(K_x\) eru neikvætt tengdar og \(V_{in}\) eru jákvætt tengdar. Þessi greining hjálpar til við að skilgreina og aðlaga áhrifaþætti sem nota má til að aðlaga afköst, slaglengd og skilvirkni drifkerfisins að kröfum og notkun.
Núverandi rannsóknir kynna og rannsaka stigveldisstýringar með N stigum. Í tveggja stiga stigveldi, eins og sýnt er á mynd 7a, þar sem í stað hvers SMA vírs í fyrsta stigs stýribúnaðinum, er tvískipt uppröðun náð, eins og sýnt er á mynd 9e. Á mynd 7c sést hvernig SMA vírinn er vafinn utan um hreyfanlegan arm (hjálpararm) sem hreyfist aðeins í lengdarátt. Hins vegar heldur aðal hreyfanlegur armurinn áfram að hreyfast á sama hátt og hreyfanlegur armur fyrsta stigs fjölstigs stýribúnaðarins. Venjulega er N-stigs stýribúnaður búinn til með því að skipta út \(N-1\) stigs SMA vírnum fyrir fyrsta stigs stýribúnað. Fyrir vikið hermir hver grein eftir fyrsta stigs stýribúnaðinum, að undanskildum greininni sem heldur vírnum sjálfum. Á þennan hátt er hægt að mynda innfelldar mannvirki sem skapa krafta sem eru nokkrum sinnum meiri en kraftar aðalstýringanna. Í þessari rannsókn var fyrir hvert stig tekið tillit til heildarlengdar SMA vírs upp á 1 m, eins og sýnt er í töfluformi á mynd 7d. Straumurinn í gegnum hvern vír í hverri einþátta hönnun og afleidd forspenna og spenna í hverjum SMA vírhluta eru þau sömu á hverju stigi. Samkvæmt greiningarlíkani okkar er úttakskrafturinn jákvætt tengdur stiginu, en tilfærslan er neikvæð. Á sama tíma var málamiðlun milli tilfærslu og vöðvastyrks. Eins og sést á mynd 7b, þó að hámarkskrafturinn náist í flestum lögum, sést mesta tilfærslan í lægsta laginu. Þegar stigveldisstigið var stillt á \(N=5\) fannst hámarksvöðvakraftur upp á 2,58 kN með 2 mældum höggum \(\upmu\)m. Á hinn bóginn myndar fyrsta stigs drifkraftur 150 N kraft við 277 \(\upmu\)m högg. Fjölþrepa stýringar geta hermt eftir raunverulegum líffræðilegum vöðvum, þar sem gervivöðvar byggðir á formminni málmblöndum geta myndað marktækt hærri krafta með nákvæmum og fínni hreyfingum. Takmarkanir þessarar smækkuðu hönnunar eru þær að þegar stigveldið eykst, minnkar hreyfingin til muna og flækjustig framleiðsluferlisins fyrir drifið eykst.
(a) Sýnt er tvíþrepa (\(N=2\)) línulegt stýrikerfi úr lagskiptu formminni í tvíþrepa stillingu. Fyrirhugaða líkanið er náð með því að skipta út SMA vírnum í lagskiptu stýrikerfi fyrsta þreps fyrir annan lagskiptan stýrikerfi með einu þrepi. (c) Aflöguð stilling marglaga stýrikerfis annars þreps. (b) Lýst er dreifingu krafta og tilfærslu eftir fjölda stiga. Komið hefur í ljós að hámarkskraftur stýrikerfisins er jákvætt í fylgni við kvarðastigið á grafinu, en slaglengdin er neikvætt í fylgni við kvarðastigið. Straumurinn og forspennan í hverjum vír haldast stöðug á öllum stigum. (d) Taflan sýnir fjölda tappa og lengd SMA vírsins (ljósleiðarans) á hverju stigi. Eiginleikar víranna eru táknaðir með vísitölunni 1, og fjöldi aukagreina (ein tengd aðalleggnum) er táknaður með stærstu tölunni í undirskriftinni. Til dæmis, á stigi 5, vísar \(n_1\) til fjölda SMA víra sem eru til staðar í hverri tvíhliða uppbyggingu, og \(n_5\) vísar til fjölda hjálparfóta (einn tengdur aðalfótinum).
Margir vísindamenn hafa lagt til ýmsar aðferðir til að líkja eftir hegðun SMA með formminni, sem eru háðar varmafræðilegum eiginleikum sem fylgja stórum breytingum á kristalbyggingu sem tengjast fasaskiptum. Mótun samsetningaraðferða er í eðli sínu flókin. Algengasta fyrirbæralíkanið er lagt til af Tanaka28 og er mikið notað í verkfræðilegum forritum. Fyrirbæralíkanið sem Tanaka [28] lagði til gerir ráð fyrir að rúmmálshlutfall martensíts sé veldisvísisfall af hitastigi og spennu. Síðar lögðu Liang og Rogers29 og Brinson30 til líkan þar sem fasaskiptafíkn var gert ráð fyrir að vera kósínusfall af spennu og hitastigi, með smávægilegum breytingum á líkaninu. Becker og Brinson lögðu til hvarfhraðalíkan byggt á fasariti til að líkja eftir hegðun SMA-efna við handahófskenndar álagsaðstæður sem og hlutaskipti. Banerjee32 notar fasaritafíknaðferð Bekker og Brinson31 til að herma eftir eins stigs fríleikastýringu sem Elahinia og Ahmadian33 þróuðu. Hreyfifræðilegar aðferðir byggðar á fasaritum, sem taka tillit til óeinhliða breytinga á spennu með hitastigi, eru erfiðar í framkvæmd í verkfræðilegum forritum. Elakhinia og Ahmadian vekja athygli á þessum göllum núverandi fyrirbærafræðilegra líkana og leggja til útvíkkað fyrirbærafræðilegt líkan til að greina og skilgreina hegðun formminnis við flókin álagsskilyrði.
Byggingarlíkan SMA vírs sýnir spennu (\(\sigma\)), álag (\(\epsilon\)), hitastig (T) og martensítrúmmálshlutfall (\(\xi\)) SMA vírs. Fyrirbærafræðilega byggingarlíkanið var fyrst lagt til af Tanaka28 og síðar tekið upp af Liang29 og Brinson30. Afleiða jöfnunnar hefur formið:
þar sem E er fasaháð Young-stuðull SMA, fenginn með því að nota \(\displaystyle E = \xi E_M + (1- \xi )E_A\) og \(E_A\) og \(E_M\) sem tákna Young-stuðull eru austenísk og martensísk fasa, talið í sömu röð, og varmaþenslustuðullinn er táknaður með \(\theta_T\). Framlagsstuðull fasabreytinga er \(\Omega = -E \epsilon_L\) og \(\epsilon_L\) er hámarks endurheimtanlegt álag í SMA vírnum.
Fasaaflfræðilega jafnan fellur saman við kósínusfallið sem Liang29 þróaði og Brinson30 tók síðar upp í stað veldisvísisfallsins sem Tanaka28 lagði til. Fasaumbreytingarlíkanið er framlenging á líkaninu sem Elakhinia og Ahmadian34 lögðu til og breytt út frá fasaumbreytingarskilyrðum sem Liang29 og Brinson30 gefa. Skilyrðin sem notuð eru fyrir þetta fasaumbreytingarlíkan eru gild við flókin varmafræðileg álag. Á hverri stundu er rúmmálshlutfall martensíts reiknað út þegar byggingarjöfnan er líkanuð.
Stjórnandi umbreytingarjöfnun, sem er táknuð 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 upphitun, \(\displaystyle a_A = \pi /(A_f – A_s)\), \ ( \displaystyle b_A = -a_A/C_A\) og \(C_A\) – nálgunarkúrfubreytur, T – hitastig SMA vírsins, \(A_s\) og \(A_f\) – upphaf og endi austenítfasans, talið í sömu röð, hitastig.
Stjórnjöfnunin fyrir beina umbreytingu, sem táknuð er með fasaumbreytingu austeníts í martensít við kælingu, 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 \(C_M \) – ferilaðlögunarbreytur, T – SMA vírhitastig, \(M_s\) og \(M_f\) – upphafs- og lokahitastig martensíts, talið í sömu röð.
Eftir að jöfnur (3) og (4) hafa verið aðgreindar eru öfugjöfnurnar og beinar umbreytingarjöfnur einfaldaðar á eftirfarandi form:
Við fram- og afturvirka umbreytingu taka \(\eta _{\sigma}\) og \(\eta _{T}\) mismunandi gildi. Grunnjöfnurnar sem tengjast \(\eta _{\sigma}\) og \(\eta _{T}\) hafa verið leiddar út og ræddar ítarlega í viðbótarkafla.
Varmaorkan sem þarf til að hækka hitastig SMA-vírsins kemur frá Joule-hitunaráhrifum. Varmaorkan sem SMA-vírinn gleypir eða losar er táknuð með duldum umbreytingarhita. Varmatapið í SMA-vírnum stafar af nauðungarvarma og miðað við hverfandi áhrif geislunar er varmaorkujöfnunin eftirfarandi:
Þar sem \(m_{vír}\) er heildarmassi SMA-vírsins, \(c_{p}\) er eðlisvarmarýmd SMA, \(V_{in}\) er spennan sem beitt er á vírinn, \(R_{ohm}\) – fasaháð viðnám SMA, skilgreint sem; \(R_{ohm} = (l/A_{víxl})[\xi r_M + (1-\xi )r_A]\) þar sem \(r_M\) og \(r_A\) eru fasaviðnám SMA í martensíti og austeníti, talið í sömu röð, \(A_{c}\) er yfirborðsflatarmál SMA-vírsins, \(\Delta H \) er formminnimálmblanda. Duldi umbreytingarhiti vírsins, T og \(T_{\infty}\) eru hitastig SMA-vírsins og umhverfisins, talið í sömu röð.
Þegar vír úr formminnismálmblöndu er virkjaður þjappast vírinn saman og myndar kraft í hverri grein tvíþátta hönnunarinnar sem kallast trefjakraftur. Kraftar trefjanna í hverjum þræði SMA vírsins mynda saman vöðvakraftinn sem virkjast, eins og sýnt er á mynd 9e. Vegna nærveru spennifjöðurs er heildarvöðvakraftur N-ta fjöllaga virkjarans:
Með því að setja \(N = 1\) inn í jöfnu (7) má fá vöðvastyrk fyrsta stigs tvíþættrar driffrumgerðar á eftirfarandi hátt:
Þar sem n er fjöldi einhliða fóta, \(F_m\) er vöðvakrafturinn sem drifið myndar, \​​(F_f\) er trefjastyrkur í SMA vírnum, \(K_x\) er stífleiki hlutdrægnifjaðrarinnar, \(\α\) er horn þríhyrningsins, \(x_0\) er upphafsfærsla hlutdrægnifjaðrarinnar til að halda SMA snúrunni í spenntri stöðu og \(\Deltax\) er hreyfill aktuatorsins.
Heildarfærsla eða hreyfing drifsins (\(\Delta x\)) fer eftir spennu (\(\sigma\)) og álagi (\(\epsilon\)) á SMA vír N-ta stigsins, drifið er stillt á (sjá mynd viðbótarhluta úttaksins):
Kínematísku jöfnurnar gefa sambandið milli aflögunar drifsins (\(\epsilon\)) og tilfærslu eða tilfærslu (\(\Delta x\)). Aflögun Arb-vírsins sem fall af upphafslengd Arb-vírsins (\(l_0\)) og vírlengdinni (l) á hverjum tíma t í einni einþátta grein er sem hér segir:
þar sem \(l = \sqrt{l_0^2 + (Δx_1)^2 – 2 l_0 (Δx_1) \cos \alpha_1}\) fæst með því að beita kósínusformúlunni í \(Δ\)ABB', eins og sýnt er á mynd 8. Fyrir fyrsta stigs drifið (\(N = 1\)), \(Δx_1\) er \(Δx\) og \(α_1\) er \(α \) eins og sýnt er á mynd 8, með því að deilda tímann úr jöfnu (11) og setja gildið l inn, er hægt að rita álagshraðann sem:
þar sem \(l_0\) er upphafslengd SMA-vírsins, l er lengd vírsins á hverjum tíma t í einni einþátta grein, \(\epsilon\) er aflögunin sem myndast í SMA-vírnum og \(\alpha\) er horn þríhyrningsins, \(\Deltax\) er driffrávikið (eins og sýnt er á mynd 8).
Allar n einpunktsbyggingar (\(n=6\) á þessari mynd) eru tengdar í röð með \(V_{in}\) sem inntaksspennu. Stig I: Skýringarmynd af SMA vírnum í tvíþátta stillingu við núllspennuskilyrði. Stig II: Sýnd er stýrð bygging þar sem SMA vírinn er þjappaður vegna öfugrar umbreytingar, eins og sýnt er með rauðu línunni.
Sem sönnun á hugmyndinni var tvíþættur drifbúnaður byggður á SMA þróaður til að prófa hermaða útleiðslu undirliggjandi jöfnna með tilraunaniðurstöðum. CAD líkan af tvíþætta línulega stýribúnaðinum er sýnt á mynd 9a. Hins vegar sýnir mynd 9c nýja hönnun sem lögð er til fyrir snúningsprismatengingu með því að nota tvíþættan SMA-stýribúnað með tvíþættri uppbyggingu. Drifhlutar voru smíðaðir með aukefnisframleiðslu á Ultimaker 3 Extended 3D prentara. Efnið sem notað er til þrívíddarprentunar á íhlutum er pólýkarbónat sem hentar fyrir hitaþolin efni þar sem það er sterkt, endingargott og hefur hátt glerhitastig (110-113 °C). Að auki var Dynalloy, Inc. Flexinol formminni álvír notaður í tilraununum og efniseiginleikar sem samsvara Flexinol vírnum voru notaðir í hermunum. Margir SMA vírar eru raðaðir sem trefjar sem eru til staðar í tvíþættri vöðvaröðun til að fá fram þá miklu krafta sem framkallaðir eru af marglaga stýribúnaði, eins og sýnt er á mynd 9b, d.
Eins og sést á mynd 9a er hvassa hornið sem myndast af hreyfanlega armi SMA vírsins kallað hornið (\(\alpha\)). Með klemmufestingum festum við vinstri og hægri klemmur er SMA vírinn haldinn í æskilegu tvíhliða horni. Skáfjöðurbúnaðurinn sem er haldinn á fjöðurtenginu er hannaður til að stilla mismunandi framlengingarhópa skáfjöðranna í samræmi við fjölda (n) SMA trefja. Að auki er staðsetning hreyfanlegra hluta hönnuð þannig að SMA vírinn sé útsettur fyrir ytra umhverfi til að kæla með varma. Efri og neðri plötur losanlegu samstæðunnar hjálpa til við að halda SMA vírnum köldum með útpressuðum útskurðum sem eru hannaðar til að draga úr þyngd. Að auki eru báðir endar CMA vírsins festir við vinstri og hægri tengi, talið í sömu röð, með klemmu. Stempel er festur við annan endann á hreyfanlega samstæðunni til að viðhalda bili milli efri og neðri platnanna. Stempelinn er einnig notaður til að beita lokunarkrafti á skynjarann ​​í gegnum tengilið til að mæla lokunarkraftinn þegar SMA vírinn er virkjaður.
Tvíhliða vöðvabyggingin SMA er raftengd í röð og knúin af inntakspúlsspennu. Á spennupúlshringrásinni, þegar spenna er sett á og SMA vírinn er hitaður yfir upphafshita austenítsins, styttist lengd vírsins í hverjum þræði. Þessi afturköllun virkjar hreyfanlega armsamstæðuna. Þegar spennan var núllstillt í sama hringrásinni var hitaði SMA vírinn kældur niður fyrir hitastig martensítyfirborðsins og þar með farið aftur í upprunalega stöðu sína. Við núllspennuskilyrði er SMA vírinn fyrst teygður óvirkt með hallafjöðri til að ná tvíunduðu martensítástandi. Skrúfan, sem SMA vírinn fer í gegnum, hreyfist vegna þjöppunar sem myndast við að beita spennupúlsi á SMA vírinn (SPA nær austenítfasanum), sem leiðir til virkjunar hreyfanlega handfangsins. Þegar SMA vírinn er dreginn til baka býr hallafjöðurinn til andstæðs krafts með því að teygja fjöðrina enn frekar. Þegar spennan í höggspennunni verður núll lengist SMA vírinn og breytir lögun sinni vegna nauðungarkælingar og nær tvöföldu martensítfasa.
Fyrirhugað línulegt stýrikerfi byggt á SMA hefur tvíhliða stillingu þar sem SMA vírarnir eru hornréttir. (a) sýnir CAD líkan af frumgerðinni, sem nefnir nokkra af íhlutunum og merkingu þeirra fyrir frumgerðina, (b, d) tákna þróaða tilraunafrumgerð35. Á meðan (b) sýnir toppsýn af frumgerðinni með rafmagnstengingum og spennufjöðrum og álagsmælum sem notaðir eru, sýnir (d) yfirlitsmynd af uppsetningunni. (e) Skýringarmynd af línulegu stýrikerfi með SMA vírum staðsettum tvíhliða á hverjum tíma t, sem sýnir stefnu og feril trefjanna og vöðvastyrk. (c) 2-DOF snúningsprisma tenging hefur verið lögð til fyrir uppsetningu á tveggja plana SMA stýribúnaði. Eins og sýnt er, flytur tengillinn línulega hreyfingu frá neðri drifinu til efri armsins, sem býr til snúnings tengingu. Hins vegar er hreyfing prismaparsins sú sama og hreyfing marglaga fyrsta stigs drifsins.
Tilraunavinna var gerð á frumgerðinni sem sýnd er á mynd 9b til að meta afköst tvíþátta drifs sem byggir á SMA. Eins og sést á mynd 10a, samanstóð tilraunauppsetningin af forritanlegri jafnstraumsspennu til að veita inntaksspennu til SMA víranna. Eins og sést á mynd 10b var notaður piezoelectric álagsmælir (PACEline CFT/5kN) til að mæla lokunarkraftinn með Graphtec GL-2000 gagnaskráningartæki. Gögnin eru skráð af gestgjafanum til frekari rannsókna. Álagsmælir og hleðslumagnarar þurfa stöðuga aflgjafa til að framleiða spennumerki. Samsvarandi merki eru breytt í úttaksafl í samræmi við næmi 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 stýribúnaðurinn myndar kraft. Tilraunaniðurstöður um úttak vöðvastyrks með inntaksspennupúls upp á 7 V eru sýndar á mynd 2a.
(a) Í tilrauninni var sett upp línulegt stýrikerfi byggt á SMA til að mæla kraftinn sem stýritækið myndar. Álagsfruman mælir lokunarkraftinn og er knúin af 24 V jafnstraumsafli. 7 V spennufall var sett á meðfram allri lengd snúrunnar með því að nota forritanlegan jafnstraumsaflgjafa frá GW Instek. SMA vírinn skreppur saman vegna hita og hreyfanlegur armurinn snertir álagsfrumuna og beitir lokunarkrafti. Álagsfruman er tengd við GL-2000 gagnaskráningartækið og gögnin eru geymd á hýsilnum til frekari vinnslu. (b) Skýringarmynd sem sýnir keðju íhluta tilraunauppsetningarinnar til að mæla vöðvastyrk.
Lögunarminni málmblöndur eru örvaðar af varmaorku, þannig að hitastig verður mikilvægur þáttur í rannsóknum á lögunarminni fyrirbærinu. Tilraunakennt, eins og sést á mynd 11a, voru hitamyndatökur og hitastigsmælingar framkvæmdar á frumgerð af SMA-byggðum tvíspennustýri. Forritanleg jafnstraumsgjafi setti inntaksspennu á SMA vírana í tilraunauppsetningunni, eins og sýnt er á mynd 11b. Hitabreyting SMA vírsins var mæld í rauntíma með hágæða LWIR myndavél (FLIR A655sc). Vélbúnaðurinn notar ResearchIR hugbúnaðinn til að taka upp gögn til frekari eftirvinnslu. Þegar spennupúls er settur á eykst hitastig SMA vírsins, sem veldur því að SMA vírinn skreppur saman. Á mynd 2b eru sýndar tilraunaniðurstöður hitastigs SMA vírsins á móti tíma fyrir 7V inntaksspennupúls.