გმადლობთ, რომ ეწვიეთ Nature.com-ს. თქვენს მიერ გამოყენებულ ბრაუზერის ვერსიას CSS-ის შეზღუდული მხარდაჭერა აქვს. საუკეთესო გამოცდილებისთვის გირჩევთ გამოიყენოთ განახლებული ბრაუზერი (ან გამორთოთ თავსებადობის რეჟიმი Internet Explorer-ში). ამასობაში, მხარდაჭერის უწყვეტი უზრუნველყოფის მიზნით, საიტს სტილებისა და JavaScript-ის გარეშე ვაჩვენებთ.
აქტივატორები ყველგან გამოიყენება და წარმოებისა და სამრეწველო ავტომატიზაციის სხვადასხვა ოპერაციების შესასრულებლად სწორი აგზნების ძალის ან ბრუნვის მომენტის გამოყენებით ქმნიან კონტროლირებად მოძრაობას. უფრო სწრაფი, პატარა და უფრო ეფექტური ძრავების საჭიროება ინოვაციას უწყობს ხელს ძრავების დიზაინში. ფორმის მეხსიერების შენადნობის (SMA) ძრავები ტრადიციულ ძრავებთან შედარებით უამრავ უპირატესობას გვთავაზობს, მათ შორის სიმძლავრისა და წონის მაღალ თანაფარდობას. ამ დისერტაციაში შემუშავდა ორფრთიანი SMA-ზე დაფუძნებული აქტივატორი, რომელიც აერთიანებს ბიოლოგიური სისტემების ბუმბულისებრი კუნთების უპირატესობებსა და SMA-ების უნიკალურ თვისებებს. ეს კვლევა იკვლევს და აფართოებს წინა SMA აქტივატორებს ახალი აქტივატორის მათემატიკური მოდელის შემუშავებით, რომელიც დაფუძნებულია ბიმოდალურ SMA მავთულის განლაგებაზე და ექსპერიმენტულად ტესტირებაზე. SMA-ზე დაფუძნებულ ცნობილ ძრავებთან შედარებით, ახალი ძრავის აქტივაციის ძალა მინიმუმ 5-ჯერ მეტია (150 ნ-მდე). შესაბამისი წონის დაკლება დაახლოებით 67%-ია. მათემატიკური მოდელების მგრძნობელობის ანალიზის შედეგები სასარგებლოა დიზაინის პარამეტრების რეგულირებისა და ძირითადი პარამეტრების გასაგებად. ეს კვლევა ასევე წარმოადგენს მრავალდონიან N-ე ეტაპიან ძრავას, რომლის გამოყენება შესაძლებელია დინამიკის შემდგომი გაუმჯობესებისთვის. SMA-ზე დაფუძნებულ დიპვალერატ კუნთოვან აქტივატორებს გამოყენების ფართო სპექტრი აქვთ, შენობის ავტომატიზებიდან დაწყებული წამლების ზუსტი მიწოდების სისტემებით დამთავრებული.
ბიოლოგიურ სისტემებს, როგორიცაა ძუძუმწოვრების კუნთოვანი სტრუქტურები, შეუძლიათ მრავალი დახვეწილი აქტივატორის გააქტიურება1. ძუძუმწოვრებს აქვთ სხვადასხვა კუნთოვანი სტრუქტურა, რომელთაგან თითოეული ემსახურება კონკრეტულ მიზანს. თუმცა, ძუძუმწოვრების კუნთოვანი ქსოვილის სტრუქტურის დიდი ნაწილი შეიძლება დაიყოს ორ ფართო კატეგორიად. პარალელური და პენატური. ბარძაყის უკანა და სხვა მომხრელ კუნთებში, როგორც სახელიდან ჩანს, პარალელური კუნთები შეიცავს კუნთოვან ბოჭკოებს, რომლებიც პარალელურია ცენტრალური მყესის მიმართ. კუნთოვანი ბოჭკოების ჯაჭვი განლაგებულია და ფუნქციურად დაკავშირებულია მათ გარშემო არსებული შემაერთებელი ქსოვილით. მიუხედავად იმისა, რომ ამ კუნთებს აქვთ დიდი ექსკურსია (პროცენტული დამოკლება), მათი საერთო კუნთების ძალა ძალიან შეზღუდულია. ამის საპირისპიროდ, ტრიცეფსის წვივის კუნთში2 (ლატერალური კუჭის მყესი (GL)3, მედიალური კუჭის მყესი (GM)4 და ფეხის კუნთი (SOL)) და ბარძაყის გამშლელ კუნთში (ოთხკუთხა)5,6 პენატური კუნთოვანი ქსოვილი გვხვდება თითოეულ კუნთში7. პენატურ სტრუქტურაში, ორპენნატულ კუნთში კუნთოვანი ბოჭკოები წარმოდგენილია ცენტრალური მყესის ორივე მხარეს ირიბი კუთხით (პენნატური კუთხეები). სიტყვა „პენნატი“ ლათინური სიტყვიდან „penna“ მომდინარეობს, რაც „კალამს“ ნიშნავს და, როგორც ნახ. 1-ზეა ნაჩვენები, ბუმბულის მსგავსი გარეგნობა აქვს. პენატური კუნთების ბოჭკოები უფრო მოკლეა და კუნთის გრძივი ღერძის მიმართ დახრილია. პენატური სტრუქტურის გამო, ამ კუნთების საერთო მობილურობა მცირდება, რაც იწვევს დამოკლების პროცესის განივი და გრძივი კომპონენტების წარმოქმნას. მეორეს მხრივ, ამ კუნთების გააქტიურება იწვევს კუნთების საერთო სიძლიერის ზრდას ფიზიოლოგიური განივი ფართობის გაზომვის მეთოდის გამო. ამიტომ, მოცემული განივი ფართობისთვის, პენატური კუნთები უფრო ძლიერი იქნება და უფრო მეტ ძალებს გამოიმუშავებს, ვიდრე პარალელური ბოჭკოების მქონე კუნთები. ცალკეული ბოჭკოების მიერ გენერირებული ძალები კუნთოვან ძალებს მაკროსკოპულ დონეზე წარმოქმნიან ამ კუნთოვან ქსოვილში. გარდა ამისა, მას აქვს ისეთი უნიკალური თვისებები, როგორიცაა სწრაფი შეკუმშვა, დაცვა დაჭიმვის დაზიანებისგან, ამორტიზაცია. ის გარდაქმნის ბოჭკოების შეყვანასა და კუნთოვან სიმძლავრეს შორის ურთიერთობას კუნთების მოქმედების ხაზებთან დაკავშირებული ბოჭკოების განლაგების უნიკალური მახასიათებლებისა და გეომეტრიული სირთულის გამოყენებით.
ნაჩვენებია SMA-ზე დაფუძნებული აქტივატორების არსებული დიზაინის სქემატური დიაგრამები ბიმოდალურ კუნთოვან არქიტექტურასთან მიმართებაში, მაგალითად (ა), რომელიც წარმოადგენს ტაქტილური ძალის ურთიერთქმედებას, რომლის დროსაც SMA მავთულებით მოქმედი ხელის ფორმის მოწყობილობა დამონტაჟებულია ორბორბლიან ავტონომიურ მობილურ რობოტზე9,10. , (ბ) რობოტული ორბიტალური პროთეზი ანტაგონისტურად განთავსებული SMA ზამბარიანი ორბიტალური პროთეზით. პროთეზული თვალის პოზიცია კონტროლდება თვალის თვალის კუნთიდან მიღებული სიგნალით11, (გ) SMA აქტივატორები იდეალურია წყალქვეშა აპლიკაციებისთვის მათი მაღალი სიხშირის რეაგირებისა და დაბალი გამტარუნარიანობის გამო. ამ კონფიგურაციაში, SMA აქტივატორები გამოიყენება ტალღური მოძრაობის შესაქმნელად თევზის მოძრაობის სიმულირებით, (დ) SMA აქტივატორები გამოიყენება მიკრო მილების შემოწმების რობოტის შესაქმნელად, რომელსაც შეუძლია გამოიყენოს ინჩიანი ჭიის მოძრაობის პრინციპი, რომელიც კონტროლდება SMA მავთულების მოძრაობით არხის 10 შიგნით, (ე) აჩვენებს კუნთოვანი ბოჭკოების შეკუმშვის მიმართულებას და კუჭის ნაკეცის ქსოვილში შეკუმშვის ძალის გენერირებას, (ვ) აჩვენებს SMA მავთულებს, რომლებიც განლაგებულია კუნთოვანი ბოჭკოების სახით პენატის კუნთოვან სტრუქტურაში.
აქტივატორები მექანიკური სისტემების მნიშვნელოვან ნაწილად იქცა მათი ფართო გამოყენების გამო. ამიტომ, უფრო მცირე, სწრაფი და ეფექტური ძრავების საჭიროება კრიტიკულად მნიშვნელოვანი ხდება. მათი უპირატესობების მიუხედავად, ტრადიციული ძრავები ძვირი და დროის მომთხოვნი აღმოჩნდა. ჰიდრავლიკური და პნევმატური აქტივატორები რთული და ძვირია და მიდრეკილნი არიან ცვეთის, შეზეთვის პრობლემების და კომპონენტების გაუმართაობისკენ. მოთხოვნის საპასუხოდ, ყურადღება გამახვილებულია ჭკვიან მასალებზე დაფუძნებული ეკონომიური, ზომის ოპტიმიზირებული და მოწინავე აქტივატორების შემუშავებაზე. მიმდინარე კვლევა შეისწავლის ფორმის მეხსიერების შენადნობის (SMA) ფენოვან აქტივატორებს ამ საჭიროების დასაკმაყოფილებლად. იერარქიული აქტივატორები უნიკალურია იმით, რომ ისინი აერთიანებენ მრავალ დისკრეტულ აქტივატორს გეომეტრიულად რთულ მაკრომასშტაბის ქვესისტემებში, რათა უზრუნველყონ გაზრდილი და გაფართოებული ფუნქციონალურობა. ამ მხრივ, ზემოთ აღწერილი ადამიანის კუნთოვანი ქსოვილი წარმოადგენს ასეთი მრავალშრიანი აქტივაციის შესანიშნავ მრავალშრიან მაგალითს. მიმდინარე კვლევა აღწერს მრავალდონიან SMA ძრავას რამდენიმე ინდივიდუალური ძრავის ელემენტით (SMA მავთულები), რომლებიც გასწორებულია ბიმოდალურ კუნთებში არსებულ ბოჭკოვან ორიენტაციასთან, რაც აუმჯობესებს ძრავის საერთო მუშაობას.
აქტივატორის მთავარი დანიშნულებაა ელექტრული ენერგიის გარდაქმნის გზით მექანიკური სიმძლავრის, როგორიცაა ძალისა და გადაადგილების გენერირება. ფორმის მეხსიერების შენადნობები „ჭკვიანი“ მასალების კლასია, რომლებსაც შეუძლიათ ფორმის აღდგენა მაღალ ტემპერატურაზე. მაღალი დატვირთვის დროს, SMA მავთულის ტემპერატურის მატება იწვევს ფორმის აღდგენას, რაც იწვევს გააქტიურების ენერგიის უფრო მაღალ სიმკვრივეს სხვადასხვა პირდაპირ შეკავშირებულ ჭკვიან მასალებთან შედარებით. ამავდროულად, მექანიკური დატვირთვის დროს, SMA ხდება მყიფე. გარკვეულ პირობებში, ციკლურ დატვირთვას შეუძლია შთანთქოს და გამოყოს მექანიკური ენერგია, რაც ავლენს შექცევად ისტერეზულ ფორმის ცვლილებებს. ეს უნიკალური თვისებები SMA-ს იდეალურს ხდის სენსორებისთვის, ვიბრაციის ჩამხშობი და განსაკუთრებით აქტივატორებისთვის12. ამის გათვალისწინებით, SMA-ზე დაფუძნებული ძრავების შესახებ ბევრი კვლევა ჩატარდა. უნდა აღინიშნოს, რომ SMA-ზე დაფუძნებული აქტივატორები შექმნილია სხვადასხვა გამოყენებისთვის გადატანითი და ბრუნვითი მოძრაობის უზრუნველსაყოფად13,14,15. მიუხედავად იმისა, რომ შემუშავებულია ზოგიერთი მბრუნავი აქტივატორი, მკვლევარები განსაკუთრებით დაინტერესებულნი არიან წრფივი აქტივატორებით. ეს წრფივი აქტივატორები შეიძლება დაიყოს აქტივატორების სამ ტიპად: ერთგანზომილებიანი, გადაადგილების და დიფერენციალური აქტივატორები16. თავდაპირველად, ჰიბრიდული ამძრავები შეიქმნა SMA-სთან და სხვა ტრადიციულ ამძრავებთან კომბინაციაში. SMA-ზე დაფუძნებული ჰიბრიდული ხაზოვანი ამძრავის ერთ-ერთი ასეთი მაგალითია SMA მავთულის გამოყენება DC ძრავასთან, რათა უზრუნველყოფილი იყოს დაახლოებით 100 N გამომავალი ძალა და მნიშვნელოვანი გადაადგილება17.
მთლიანად SMA-ზე დაფუძნებული ძრავების ერთ-ერთი პირველი განვითარება იყო SMA პარალელური ძრავა. მრავალი SMA მავთულის გამოყენებით, SMA-ზე დაფუძნებული პარალელური ძრავა შექმნილია ძრავის სიმძლავრის გაზრდისთვის ყველა SMA18 მავთულის პარალელურად განთავსებით. აქტივატორების პარალელური შეერთება არა მხოლოდ მეტ სიმძლავრეს მოითხოვს, არამედ ზღუდავს ერთი მავთულის გამომავალ სიმძლავრეს. SMA-ზე დაფუძნებული აქტივატორების კიდევ ერთი ნაკლი არის მათი შეზღუდული გადაადგილება. ამ პრობლემის გადასაჭრელად შეიქმნა SMA კაბელის სხივი, რომელიც შეიცავს გადახრილი მოქნილი სხივის შემცველობას გადაადგილების გასაზრდელად და წრფივი მოძრაობის მისაღწევად, მაგრამ არ წარმოქმნიდა უფრო მაღალ ძალებს19. ფორმის მეხსიერების შენადნობებზე დაფუძნებული რობოტებისთვის რბილი დეფორმირებადი სტრუქტურები და ქსოვილები შემუშავებულია ძირითადად დარტყმის გაძლიერებისთვის20,21,22. იმ აპლიკაციებისთვის, სადაც საჭიროა მაღალი სიჩქარე, აღწერილია კომპაქტური ძრავიანი ტუმბოები თხელი ფირის SMA-ების გამოყენებით მიკროტუმბოთი მართული აპლიკაციებისთვის23. თხელი ფირის SMA მემბრანის ძრავის სიხშირე ძრავის სიჩქარის კონტროლის მთავარი ფაქტორია. ამიტომ, SMA ხაზოვან ძრავებს უკეთესი დინამიური რეაქცია აქვთ, ვიდრე SMA ზამბარიან ან ღეროს ძრავებს. რბილი რობოტიკა და დაჭერის ტექნოლოგია კიდევ ორი ​​​​გამოყენებაა, რომლებიც SMA-ზე დაფუძნებულ აქტივატორებს იყენებენ. მაგალითად, 25 N სივრცულ დამჭერში გამოყენებული სტანდარტული აქტივატორის შესაცვლელად, შემუშავდა ფორმის მეხსიერების შენადნობის პარალელური აქტივატორი 24. სხვა შემთხვევაში, SMA რბილი აქტივატორი დამზადდა მავთულის საფუძველზე, რომელსაც აქვს ჩაშენებული მატრიცა, რომელსაც შეუძლია წარმოქმნას მაქსიმალური 30 N გამწევი ძალა. მათი მექანიკური თვისებების გამო, SMA ასევე გამოიყენება ბიოლოგიური ფენომენების მიმბაძველი აქტივატორების წარმოებისთვის. ერთ-ერთი ასეთი განვითარება მოიცავს 12-უჯრედიან რობოტს, რომელიც წარმოადგენს SMA-ს მქონე ჭიაყელას მსგავსი ორგანიზმის ბიომიმეტიკას, რათა წარმოქმნას სინუსოიდური მოძრაობა ცეცხლისკენ26,27.
როგორც ადრე აღვნიშნეთ, არსებული SMA-ზე დაფუძნებული აქტივატორებიდან მიღებული მაქსიმალური ძალის ლიმიტი არსებობს. ამ პრობლემის გადასაჭრელად, ეს კვლევა წარმოადგენს ბიომიმეტურ ბიმოდალურ კუნთოვან სტრუქტურას. ამოძრავებულია ფორმის მეხსიერების შენადნობის მავთულით. ის უზრუნველყოფს კლასიფიკაციის სისტემას, რომელიც მოიცავს რამდენიმე ფორმის მეხსიერების შენადნობის მავთულს. დღემდე, ლიტერატურაში არ არის აღწერილი მსგავსი არქიტექტურის მქონე SMA-ზე დაფუძნებული აქტივატორები. SMA-ზე დაფუძნებული ეს უნიკალური და ახალი სისტემა შემუშავდა SMA-ს ქცევის შესასწავლად ბიმოდალური კუნთების განლაგების დროს. არსებულ SMA-ზე დაფუძნებულ აქტივატორებთან შედარებით, ამ კვლევის მიზანი იყო ბიომიმეტური დიპვალერატის აქტივატორის შექმნა, რომელიც მცირე მოცულობაში მნიშვნელოვნად მაღალ ძალებს წარმოქმნის. HVAC შენობის ავტომატიზაციისა და კონტროლის სისტემებში გამოყენებულ ტრადიციულ საფეხურებრივ ძრავზე მომუშავე ძრავებთან შედარებით, შემოთავაზებული SMA-ზე დაფუძნებული ბიმოდალური ძრავის დიზაინი 67%-ით ამცირებს ძრავის მექანიზმის წონას. ქვემოთ, ტერმინები „კუნთი“ და „ძრავა“ გამოიყენება ურთიერთშემცვლელად. ეს კვლევა იკვლევს ასეთი ძრავის მულტიფიზიკურ სიმულაციას. ასეთი სისტემების მექანიკური ქცევა შესწავლილია ექსპერიმენტული და ანალიტიკური მეთოდებით. ძალისა და ტემპერატურის განაწილება დამატებით იქნა გამოკვლეული 7 ვოლტის შეყვანის ძაბვაზე. შემდგომში, ჩატარდა პარამეტრული ანალიზი, რათა უკეთ გაგებულიყო ძირითადი პარამეტრები და გამომავალი ძალა. და ბოლოს, განხილული იქნა იერარქიული აქტივატორები და შემოთავაზებული იქნა იერარქიული დონის ეფექტები, როგორც პროთეზული გამოყენებისთვის არამაგნიტური აქტივატორების პოტენციური სამომავლო სფერო. ზემოაღნიშნული კვლევების შედეგების მიხედვით, ერთსაფეხურიანი არქიტექტურის გამოყენება წარმოქმნის ძალებს, რომლებიც მინიმუმ ოთხ-ხუთჯერ აღემატება SMA-ზე დაფუძნებულ აქტივატორებს. გარდა ამისა, მრავალდონიანი მრავალდონიანი ძრავის მიერ გენერირებული იგივე მამოძრავებელი ძალა ათჯერ მეტია, ვიდრე ჩვეულებრივი SMA-ზე დაფუძნებული ძრავების. შემდეგ კვლევაში მოცემულია ძირითადი პარამეტრები სხვადასხვა დიზაინსა და შეყვანის ცვლადებს შორის მგრძნობელობის ანალიზის გამოყენებით. SMA მავთულის საწყისი სიგრძე (\(l_0\)), წვეროსებრი კუთხე (\(\α\)) და თითოეულ ცალკეულ ძაფში ცალკეული ძაფების რაოდენობა (n) ძლიერ უარყოფით გავლენას ახდენს მამოძრავებელი ძალის სიდიდეზე. შეყვანის ძაბვა (ენერგია) დადებითად კორელირებული აღმოჩნდა.
SMA მავთულს ახასიათებს ფორმის მეხსიერების ეფექტი (SME), რომელიც შეინიშნება ნიკელ-ტიტანის (Ni-Ti) შენადნობებში. როგორც წესი, SMA-ები ავლენენ ორ ტემპერატურაზე დამოკიდებულ ფაზას: დაბალი ტემპერატურის ფაზას და მაღალი ტემპერატურის ფაზას. ორივე ფაზას აქვს უნიკალური თვისებები სხვადასხვა კრისტალური სტრუქტურის არსებობის გამო. ტრანსფორმაციის ტემპერატურაზე მაღლა არსებულ აუსტენიტის ფაზაში (მაღალი ტემპერატურის ფაზა), მასალა ავლენს მაღალ სიმტკიცეს და ცუდად დეფორმირდება დატვირთვის ქვეშ. შენადნობი იქცევა უჟანგავი ფოლადის მსგავსად, ამიტომ მას შეუძლია გაუძლოს უფრო მაღალ გააქტიურების წნევას. Ni-Ti შენადნობების ამ თვისების გამოყენებით, SMA მავთულები დახრილია აქტივატორის შესაქმნელად. შემუშავებულია შესაბამისი ანალიტიკური მოდელები, რათა გავიგოთ SMA-ს თერმული ქცევის ფუნდამენტური მექანიკა სხვადასხვა პარამეტრებისა და სხვადასხვა გეომეტრიის გავლენის ქვეშ. ექსპერიმენტულ და ანალიტიკურ შედეგებს შორის კარგი თანხვედრა იქნა მიღწეული.
ნახ. 9ა-ზე ნაჩვენებ პროტოტიპზე ჩატარდა ექსპერიმენტული კვლევა SMA-ზე დაფუძნებული ბიმოდალური ამძრავის მუშაობის შესაფასებლად. ექსპერიმენტულად გაიზომა ამ თვისებებიდან ორი, ამძრავის მიერ გენერირებული ძალა (კუნთოვანი ძალა) და SMA მავთულის ტემპერატურა (SMA ტემპერატურა). როდესაც ამძრავში მავთულის მთელ სიგრძეზე ძაბვის სხვაობა იზრდება, მავთულის ტემპერატურა იზრდება ჯოულის გათბობის ეფექტის გამო. შეყვანის ძაბვა გამოიყენებოდა ორ 10-წამიან ციკლში (ნაჩვენებია წითელი წერტილებით ნახ. 2ა, ბ-ზე) თითოეულ ციკლს შორის 15-წამიანი გაგრილების პერიოდით. ​​ბლოკირების ძალა იზომებოდა პიეზოელექტრული დეფორმაციის საზომით და SMA მავთულის ტემპერატურის განაწილება მონიტორინგდებოდა რეალურ დროში სამეცნიერო დონის მაღალი გარჩევადობის LWIR კამერის გამოყენებით (იხილეთ გამოყენებული აღჭურვილობის მახასიათებლები ცხრილში 2). ეს აჩვენებს, რომ მაღალი ძაბვის ფაზაში მავთულის ტემპერატურა მონოტონურად იზრდება, მაგრამ როდესაც დენი არ მიედინება, მავთულის ტემპერატურა აგრძელებს კლებას. მიმდინარე ექსპერიმენტულ კონფიგურაციაში, SMA მავთულის ტემპერატურა გაგრილების ფაზაში დაეცა, მაგრამ ის მაინც გარემოს ტემპერატურაზე მაღალი იყო. ნახ. 2e-ზე ნაჩვენებია LWIR კამერიდან გადაღებული SMA მავთულის ტემპერატურის სურათი. მეორეს მხრივ, ნახ. 2a-ზე ნაჩვენებია წამყვანი სისტემის მიერ გენერირებული ბლოკირების ძალა. როდესაც კუნთოვანი ძალა აღემატება ზამბარის აღმდგენ ძალას, მოძრავი მკლავი, როგორც ნაჩვენებია ნახ. 9a-ზე, იწყებს მოძრაობას. როგორც კი ამოქმედება დაიწყება, მოძრავი მკლავი სენსორთან კონტაქტში შედის, რაც ქმნის სხეულის ძალას, როგორც ნაჩვენებია ნახ. 2c, d-ზე. როდესაც მაქსიმალური ტემპერატურა ახლოს არის \(84\,^{\circ}\hbox {C}\-თან, მაქსიმალური დაკვირვებული ძალაა 105 N.
გრაფიკზე ნაჩვენებია SMA მავთულის ტემპერატურისა და SMA-ზე დაფუძნებული ბიმოდალური აქტივატორის მიერ გენერირებული ძალის ექსპერიმენტული შედეგები ორი ციკლის განმავლობაში. შეყვანის ძაბვა გამოიყენება ორ 10 წამიან ციკლში (ნაჩვენებია წითელი წერტილებით) თითოეულ ციკლს შორის 15 წამიანი გაგრილების პერიოდით. ​​ექსპერიმენტებისთვის გამოყენებული SMA მავთული იყო Dynalloy, Inc.-ის 0.51 მმ დიამეტრის Flexinol მავთული. (ა) გრაფიკი აჩვენებს ორ ციკლზე მიღებულ ექსპერიმენტულ ძალას, (გ, დ) აჩვენებს მოძრავი მკლავის აქტივატორების მოქმედების ორ დამოუკიდებელ მაგალითს PACEline CFT/5kN პიეზოელექტრული ძალის გადამყვანზე, (ბ) გრაფიკი აჩვენებს მთელი SMA მავთულის მაქსიმალურ ტემპერატურას ორი ციკლის განმავლობაში, (ე) აჩვენებს ტემპერატურის სურათს, რომელიც გადაღებულია SMA მავთულიდან FLIR ResearchIR პროგრამული უზრუნველყოფის LWIR კამერის გამოყენებით. ექსპერიმენტებში გათვალისწინებული გეომეტრიული პარამეტრები მოცემულია ცხრილში. 1.
მათემატიკური მოდელის სიმულაციის შედეგები და ექსპერიმენტული შედეგები შედარებულია 7 ვოლტის შეყვანის ძაბვის პირობებში, როგორც ეს ნაჩვენებია ნახ. 5-ში. პარამეტრული ანალიზის შედეგების მიხედვით და SMA მავთულის გადახურების შესაძლებლობის თავიდან ასაცილებლად, აქტივატორს მიეწოდა 11.2 ვატი სიმძლავრე. პროგრამირებადი მუდმივი დენის წყარო გამოყენებული იქნა შეყვანის ძაბვის 7 ვოლტის მიწოდებისთვის და მავთულზე გაიზომა 1.6 ა დენი. ამძრავის მიერ გენერირებული ძალა და SDR-ის ტემპერატურა იზრდება დენის გამოყენებისას. 7 ვოლტის შეყვანის ძაბვის შემთხვევაში, პირველი ციკლის სიმულაციის შედეგებიდან და ექსპერიმენტული შედეგებიდან მიღებული მაქსიმალური გამომავალი ძალა შესაბამისად 78 ნ და 96 ნ-ია. მეორე ციკლში, სიმულაციისა და ექსპერიმენტული შედეგების მაქსიმალური გამომავალი ძალა შესაბამისად 150 ნ და 105 ნ იყო. ოკლუზიის ძალის გაზომვებსა და ექსპერიმენტულ მონაცემებს შორის შეუსაბამობა შეიძლება გამოწვეული იყოს ოკლუზიის ძალის გასაზომად გამოყენებული მეთოდით. ​​ნახ. 1-ში ნაჩვენები ექსპერიმენტული შედეგები 5ა შეესაბამება დამაგრების ძალის გაზომვას, რომელიც, თავის მხრივ, გაიზომა მაშინ, როდესაც წამყვანი ლილვი კონტაქტში იყო PACEline CFT/5kN პიეზოელექტრული ძალის გადამყვანთან, როგორც ეს ნაჩვენებია ნახ. 2s-ზე. ამიტომ, როდესაც წამყვანი ლილვი არ არის კონტაქტში ძალის სენსორთან გაგრილების ზონის დასაწყისში, ძალა მაშინვე ნულის ტოლი ხდება, როგორც ეს ნაჩვენებია ნახ. 2დ-ზე. გარდა ამისა, სხვა პარამეტრები, რომლებიც გავლენას ახდენენ ძალის ფორმირებაზე შემდგომ ციკლებში, არის გაგრილების დროის მნიშვნელობები და კონვექციური სითბოს გადაცემის კოეფიციენტი წინა ციკლში. ნახ. 2ბ-დან ჩანს, რომ 15 წამიანი გაგრილების პერიოდის შემდეგ, SMA მავთულმა ვერ მიაღწია ოთახის ტემპერატურას და შესაბამისად, მეორე მამოძრავებელ ციკლში უფრო მაღალი საწყისი ტემპერატურა (\(40\,^{\circ }\hbox {C}\)) ჰქონდა პირველ ციკლთან შედარებით (\(25\, ^{\circ}\hbox {C}\)). ამგვარად, პირველ ციკლთან შედარებით, მეორე გათბობის ციკლის დროს SMA მავთულის ტემპერატურა უფრო ადრე აღწევს საწყის აუსტენიტის ტემპერატურას (\(A_s\)) და უფრო დიდხანს რჩება გარდამავალ პერიოდში, რაც იწვევს დაძაბულობას და ძალას. მეორეს მხრივ, ექსპერიმენტებიდან და სიმულაციებიდან მიღებული გათბობისა და გაგრილების ციკლების ტემპერატურის განაწილებას მაღალი ხარისხობრივი მსგავსება აქვს თერმოგრაფიული ანალიზის მაგალითებთან. ექსპერიმენტებიდან და სიმულაციებიდან მიღებული SMA მავთულის თერმული მონაცემების შედარებითმა ანალიზმა აჩვენა თანმიმდევრულობა გათბობისა და გაგრილების ციკლების დროს და ექსპერიმენტული მონაცემების დასაშვებ ტოლერანტობაში. პირველი ციკლის სიმულაციისა და ექსპერიმენტების შედეგებიდან მიღებული SMA მავთულის მაქსიმალური ტემპერატურაა \(89\,^{\circ }\hbox {C}\) და \(75\,^{\circ }\hbox {C}\), ხოლო მეორე ციკლში SMA მავთულის მაქსიმალური ტემპერატურაა \(94\,^{\circ }\hbox {C}\) და \(83\,^{\circ }\hbox {C}\). ფუნდამენტურად შემუშავებული მოდელი ადასტურებს ფორმის მეხსიერების ეფექტის ეფექტს. ამ მიმოხილვაში არ იყო გათვალისწინებული დაღლილობისა და გადახურების როლი. მომავალში, მოდელი გაუმჯობესდება SMA მავთულის დაძაბულობის ისტორიის გათვალისწინებით, რაც მას უფრო შესაფერისს გახდის საინჟინრო აპლიკაციებისთვის. Simulink ბლოკიდან მიღებული გამომავალი ძალისა და SMA ტემპერატურის დიაგრამები ექსპერიმენტული მონაცემების დასაშვებ ტოლერანტობაშია 7 ვ შეყვანის ძაბვის იმპულსის პირობებში. ეს ადასტურებს შემუშავებული მათემატიკური მოდელის სისწორესა და სანდოობას.
მათემატიკური მოდელი შემუშავდა MathWorks Simulink R2020b გარემოში, მეთოდების განყოფილებაში აღწერილი ძირითადი განტოლებების გამოყენებით. ნახ. 3b-ზე ნაჩვენებია Simulink-ის მათემატიკური მოდელის ბლოკ-დიაგრამა. მოდელი სიმულირებული იყო 7 ვოლტიანი შეყვანის ძაბვის იმპულსისთვის, როგორც ეს ნაჩვენებია ნახ. 2a, b-ზე. სიმულაციაში გამოყენებული პარამეტრების მნიშვნელობები მოცემულია ცხრილ 1-ში. გარდამავალი პროცესების სიმულაციის შედეგები წარმოდგენილია ნახ. 1-სა და 1-ზე. ნახ. 3a და 4. ნახ. 4a, b-ზე ნაჩვენებია SMA მავთულში ინდუცირებული ძაბვა და აქტივატორის მიერ გენერირებული ძალა დროის ფუნქციის სახით. უკუ ტრანსფორმაციის (გათბობის) დროს, როდესაც SMA მავთულის ტემპერატურა, \(T < A_s^{\prime}\) (დაძაბულობით მოდიფიცირებული აუსტენიტის ფაზის საწყისი ტემპერატურა), მარტენსიტის მოცულობითი ფრაქციის ცვლილების სიჩქარე (\(\dot{\xi }\)) ნულის ტოლი იქნება. უკუ ტრანსფორმაციის (გათბობის) დროს, როდესაც SMA მავთულის ტემპერატურა, \(T < A_s^{\prime}\) (დაძაბულობით მოდიფიცირებული აუსტენიტის ფაზის საწყისი ტემპერატურა), მარტენსიტის მოცულობითი ფრაქციის ცვლილების სიჩქარე (\(\dot{\xi }\)) ნულის ტოლი იქნება. Во время обратного превращения (нагрева), когда температура проволоки SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (ტემპერატურა начала аустенитной фазы, модифицированная напряжением), скорость изменения объемной доли (\ буддо}) ახალი. უკუ გარდაქმნის (გათბობის) დროს, როდესაც SMA მავთულის ტემპერატურა, \(T < A_s^{\prime}\) (დაძაბულობით მოდიფიცირებული აუსტენიტის დაწყების ტემპერატურა), მარტენსიტის მოცულობითი ფრაქციის ცვლილების სიჩქარე (\(\dot{\xi }\ )) ნულის ტოლი იქნება.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（\\)(将为零.在 反向 转变 （加热） 中 ， 当 当 当 线 温度 \ (t При обратном превращении (нагреве) при температурен проволоки СПФ \(T < A_s^{\prime}\) (ტემპერატურა зарождения аустенитной фазы с поправкой напряжение) скорость изменения объемной доли мартенсита (\) ახალი. SMA მავთულის \(T < A_s^{\prime}\) ტემპერატურაზე (აუსტენიტის ფაზის ბირთვის წარმოქმნის ტემპერატურა, დაძაბულობის მიხედვით კორექტირებული) უკუ ტრანსფორმაციის (გათბობის) დროს მარტენსიტის მოცულობითი წილის ცვლილების სიჩქარე (\( \dot{\ xi }\)) ნულის ტოლი იქნება.ამგვარად, დაძაბულობის ცვლილების სიჩქარე (\(\dot{\sigma}\)) დამოკიდებული იქნება დეფორმაციის სიჩქარეზე (\(\dot{\epsilon}\)) და ტემპერატურის გრადიენტზე (\(\dot{T}\)) მხოლოდ განტოლების (1) გამოყენებით. თუმცა, როდესაც SMA მავთულის ტემპერატურა იზრდება და (\(A_s^{\prime}\)-ს გადაკვეთს, აუსტენიტის ფაზა იწყებს ფორმირებას და (\(\dot{\xi}\)) აღებულია განტოლების (3) მოცემულ მნიშვნელობად. ამგვარად, ძაბვის ცვლილების სიჩქარე (\(\dot{\sigma}\)) ერთობლივად კონტროლდება \(\dot{\epsilon}, \dot{T}\) და \(\dot{\xi}\) ტოლია ფორმულაში (1) მოცემულის. ეს ხსნის გრადიენტის ცვლილებებს, რომლებიც დაფიქსირებულია დროში ცვალებად დაძაბულობისა და ძალის რუკებში გათბობის ციკლის დროს, როგორც ეს ნაჩვენებია ნახ. 4ა, ბ-ში.
(ა) სიმულაციის შედეგი, რომელიც აჩვენებს ტემპერატურის განაწილებას და სტრესით გამოწვეულ შეერთების ტემპერატურას SMA-ზე დაფუძნებულ დივალერატ აქტივატორში. როდესაც მავთულის ტემპერატურა გადაკვეთს აუსტენიტის გარდამავალ ტემპერატურას გათბობის ეტაპზე, მოდიფიცირებული აუსტენიტის გარდამავალი ტემპერატურა იწყებს ზრდას და ანალოგიურად, როდესაც მავთულის ღეროს ტემპერატურა გადაკვეთს მარტენსიტის გარდამავალ ტემპერატურას გაგრილების ეტაპზე, მარტენსიტის გარდამავალი ტემპერატურა მცირდება. SMA აქტივაციის პროცესის ანალიტიკური მოდელირებისთვის. (Simulink მოდელის თითოეული ქვესისტემის დეტალური ხედვისთვის იხილეთ დამატებითი ფაილის დანართის განყოფილება.)
სხვადასხვა პარამეტრის განაწილების ანალიზის შედეგები ნაჩვენებია 7 ვოლტიანი შეყვანის ძაბვის ორი ციკლისთვის (10 წამიანი გათბობის ციკლები და 15 წამიანი გაგრილების ციკლები). მიუხედავად იმისა, რომ (ac) და (e) ასახავს განაწილებას დროთა განმავლობაში, მეორეს მხრივ, (d) და (f) ასახავს განაწილებას ტემპერატურასთან ერთად. შესაბამისი შეყვანის პირობებისთვის, მაქსიმალური დაკვირვებული დაძაბულობაა 106 მპა (345 მპა-ზე ნაკლები, მავთულის დენადობის ზღვარი), ძალაა 150 ნ, მაქსიმალური გადაადგილებაა 270 მკმ, ხოლო მინიმალური მარტენსიტული მოცულობითი წილი არის 0.91. მეორეს მხრივ, დაძაბულობის ცვლილება და მარტენსიტის მოცულობითი წილის ცვლილება ტემპერატურასთან ერთად ჰისტერეზისის მახასიათებლების მსგავსია.
იგივე ახსნა ვრცელდება აუსტენიტის ფაზიდან მარტენსიტის ფაზაში პირდაპირ ტრანსფორმაციაზე (გაგრილებაზე), სადაც SMA მავთულის ტემპერატურა (T) და დაძაბულობით მოდიფიცირებული მარტენსიტის ფაზის საბოლოო ტემპერატურა (\(M_f^{\prime}\ )) შესანიშნავია. ნახ. 4d, f გვიჩვენებს SMA მავთულში ინდუცირებული დაძაბულობის (\(\sigma\)) და მარტენსიტის მოცულობითი წილი (\(\xi\)) ცვლილებას SMA მავთულის ტემპერატურის ცვლილების (T) ფუნქციის მიხედვით, ორივე მართვის ციკლისთვის. ნახ. 3a გვიჩვენებს SMA მავთულის ტემპერატურის ცვლილებას დროთა განმავლობაში შეყვანის ძაბვის იმპულსის მიხედვით. როგორც ნახაზიდან ჩანს, მავთულის ტემპერატურა აგრძელებს ზრდას ნულოვანი ძაბვის დროს სითბოს წყაროს უზრუნველყოფით და შემდგომი კონვექციური გაგრილებით. გაცხელების დროს, მარტენსიტის აუსტენიტის ფაზად ხელახლა გარდაქმნა იწყება მაშინ, როდესაც SMA მავთულის ტემპერატურა (T) გადაკვეთს დაძაბულობით კორექტირებულ აუსტენიტის ბირთვის წარმოქმნის ტემპერატურას (\(A_s^{\prime}\)). ამ ფაზის განმავლობაში, SMA მავთული იკუმშება და აქტივატორი წარმოქმნის ძალას. ასევე, გაგრილების დროს, როდესაც SMA მავთულის (T) ტემპერატურა გადაკვეთს დაძაბულობით მოდიფიცირებული მარტენსიტის ფაზის ბირთვის წარმოქმნის ტემპერატურას (\(M_s^{\prime}\)), ხდება დადებითი გადასვლა აუსტენიტის ფაზიდან მარტენსიტის ფაზაში. მამოძრავებელი ძალა მცირდება.
SMA-ზე დაფუძნებული ბიმოდალური ამძრავის ძირითადი თვისებრივი ასპექტების მიღება შესაძლებელია სიმულაციის შედეგებიდან. ძაბვის იმპულსური შეყვანის შემთხვევაში, SMA მავთულის ტემპერატურა იზრდება ჯოულის გათბობის ეფექტის გამო. მარტენსიტის მოცულობითი ფრაქციის (\(\xi\)) საწყისი მნიშვნელობა დაყენებულია 1-ზე, რადგან მასალა თავდაპირველად სრულად მარტენსიტურ ფაზაშია. როდესაც მავთული აგრძელებს გაცხელებას, SMA მავთულის ტემპერატურა აღემატება დაძაბულობით კორექტირებულ აუსტენიტის ბირთვის წარმოქმნის ტემპერატურას \(A_s^{\prime}\), რაც იწვევს მარტენსიტის მოცულობითი ფრაქციის შემცირებას, როგორც ეს ნაჩვენებია ნახაზ 4გ-ზე. გარდა ამისა, ნახ. 4ე-ზე ნაჩვენებია აქტივატორის დარტყმების განაწილება დროში, ხოლო ნახ. 5-ზე - მამოძრავებელი ძალა დროის ფუნქციად. განტოლებების დაკავშირებული სისტემა მოიცავს ტემპერატურას, მარტენსიტის მოცულობით ფრაქციას და მავთულში წარმოქმნილ დაძაბულობას, რაც იწვევს SMA მავთულის შეკუმშვას და აქტივატორის მიერ გენერირებულ ძალას. როგორც ნაჩვენებია ნახ. 4d, f, ძაბვის ცვალებადობა ტემპერატურასთან და მარტენსიტის მოცულობითი ფრაქციის ცვალებადობა ტემპერატურასთან შეესაბამება SMA-ს ჰისტერეზისის მახასიათებლებს 7 ვოლტზე სიმულირებულ შემთხვევაში.
მამოძრავებელი პარამეტრების შედარება მიღებულ იქნა ექსპერიმენტებისა და ანალიტიკური გამოთვლების საშუალებით. მავთულები დაექვემდებარა 7 ვ იმპულსური შეყვანის ძაბვას 10 წამის განმავლობაში, შემდეგ გაცივდა 15 წამის განმავლობაში (გაგრილების ფაზა) ორი ციკლის განმავლობაში. წვეროსებრი კუთხე დაყენებულია \(40^{\circ}\)-ზე და SMA მავთულის საწყისი სიგრძე თითოეულ ერთ წვეროს ფეხში დაყენებულია 83 მმ-ზე. (ა) მამოძრავებელი ძალის გაზომვა დატვირთვის უჯრედით (ბ) მავთულის ტემპერატურის მონიტორინგი თერმული ინფრაწითელი კამერით.
ფიზიკური პარამეტრების გავლენის გასაგებად ამძრავის მიერ წარმოქმნილ ძალაზე, ჩატარდა მათემატიკური მოდელის მგრძნობელობის ანალიზი შერჩეული ფიზიკური პარამეტრების მიმართ და პარამეტრები რანჟირებული იქნა მათი გავლენის მიხედვით. პირველ რიგში, მოდელის პარამეტრების შერჩევა განხორციელდა ექსპერიმენტული დიზაინის პრინციპების გამოყენებით, რომლებიც ერთგვაროვან განაწილებას მისდევდნენ (იხილეთ დამატებითი განყოფილება მგრძნობელობის ანალიზის შესახებ). ამ შემთხვევაში, მოდელის პარამეტრები მოიცავს შეყვანის ძაბვას (\(V_{in}\)), SMA მავთულის საწყის სიგრძეს (\(l_0\)), სამკუთხედის კუთხეს (\(\α\)), გადახრის ზამბარის მუდმივას (\(K_x\)), კონვექციური სითბოს გადაცემის კოეფიციენტს (\(h_T\)) და უნიმოდალური ტოტების რაოდენობას (n). შემდეგ ეტაპზე, კვლევის დიზაინის მოთხოვნად შეირჩა კუნთების პიკური ძალა და მიღებული იქნა ცვლადების თითოეული ნაკრების პარამეტრული ეფექტები სიძლიერეზე. მგრძნობელობის ანალიზისთვის ტორნადოს დიაგრამები მიღებული იქნა თითოეული პარამეტრის კორელაციის კოეფიციენტებიდან, როგორც ეს ნაჩვენებია ნახ. 6ა-ში.
(ა) მოდელის პარამეტრების კორელაციის კოეფიციენტის მნიშვნელობები და მათი გავლენა ზემოთ მოცემული მოდელის პარამეტრების 2500 უნიკალური ჯგუფის მაქსიმალურ გამომავალ ძალაზე ნაჩვენებია ტორნადოს დიაგრამაზე. გრაფიკი აჩვენებს რამდენიმე ინდიკატორის რანგის კორელაციას. ცხადია, რომ \(V_{in}\) არის ერთადერთი პარამეტრი დადებითი კორელაციით, ხოლო \(l_0\) არის პარამეტრი ყველაზე მაღალი უარყოფითი კორელაციით. სხვადასხვა კომბინაციებში სხვადასხვა პარამეტრების გავლენა კუნთების პიკურ ძალაზე ნაჩვენებია (ბ, გ)-ში. \(K_x\) მერყეობს 400-დან 800 ნ/მ-მდე და n მერყეობს 4-დან 24-მდე. ძაბვა (\(V_{in}\)) შეიცვალა 4 ვოლტიდან 10 ვოლტამდე, მავთულის სიგრძე (\(l_{0} \)) შეიცვალა 40-დან 100 მმ-მდე, ხოლო კუდის კუთხე (\(\α \)) მერყეობდა \(20 – 60 \, ^ {\circ }\).
ნახ. 6ა-ზე ნაჩვენებია თითოეული პარამეტრისთვის სხვადასხვა კორელაციის კოეფიციენტების ტორნადოს დიაგრამა პიკური მამოძრავებელი ძალის დიზაინის მოთხოვნებთან ერთად. ნახ. 6ა-დან ჩანს, რომ ძაბვის პარამეტრი (\(V_{in}\)) პირდაპირ კავშირშია მაქსიმალურ გამოსავალ ძალასთან, ხოლო კონვექციური სითბოს გადაცემის კოეფიციენტი (\(h_T\)), ალის კუთხე (\(α\)), გადაადგილების ზამბარის მუდმივა (\(K_x\)) უარყოფითად კორელირებულია გამოსავალ ძალასთან და SMA მავთულის საწყის სიგრძესთან (\(l_0\)), ხოლო უნიმოდალური ტოტების რაოდენობა (n) აჩვენებს ძლიერ შებრუნებულ კორელაციას. პირდაპირი კორელაციის შემთხვევაში, ძაბვის კორელაციის კოეფიციენტის (\(V_{in}\)) უფრო მაღალი მნიშვნელობის შემთხვევაში მიუთითებს, რომ ამ პარამეტრს აქვს ყველაზე დიდი გავლენა გამომავალ სიმძლავრეზე. კიდევ ერთი მსგავსი ანალიზი ზომავს პიკურ ძალას სხვადასხვა პარამეტრის ეფექტის შეფასებით ორი გამოთვლითი სივრცის სხვადასხვა კომბინაციაში, როგორც ეს ნაჩვენებია ნახ. 6ბ, გ-ზე. \(V_{in}\) და \(l_0\), \(\alpha\) და \(l_0\)-ს მსგავსი ნიმუშები აქვთ და გრაფიკი აჩვენებს, რომ \(V_{in}\) და \(\alpha\)-ს მსგავსი ნიმუშები აქვთ. \(l_0\)-ის უფრო მცირე მნიშვნელობები იწვევს პიკური ძალების უფრო მაღალ მნიშვნელობებს. დანარჩენი ორი დიაგრამა შეესაბამება ნახაზ 6a-ს, სადაც n და \(K_x\) უარყოფითად კორელირებულია, ხოლო \(V_{in}\) დადებითად კორელირებულია. ეს ანალიზი ხელს უწყობს იმ გავლენის პარამეტრების განსაზღვრას და კორექტირებას, რომლითაც შესაძლებელია გამომავალი ძალის, დარტყმის და წამყვანი სისტემის ეფექტურობის ადაპტირება მოთხოვნებსა და გამოყენებასთან.
მიმდინარე კვლევითი სამუშაოები წარმოგვიდგენს და იკვლევს იერარქიულ ამძრავებს N დონით. ორდონიან იერარქიაში, როგორც ეს ნაჩვენებია ნახ. 7ა-ზე, სადაც პირველი დონის აქტივატორის თითოეული SMA მავთულის ნაცვლად, მიიღწევა ორმოდალური განლაგება, როგორც ეს ნაჩვენებია ნახ. 9ე-ზე. ნახ. 7გ-ზე ნაჩვენებია, თუ როგორ არის SMA მავთული შემოხვეული მოძრავ მკლავზე (დამხმარე მკლავზე), რომელიც მხოლოდ გრძივი მიმართულებით მოძრაობს. თუმცა, პირველადი მოძრავი მკლავი აგრძელებს მოძრაობას ისევე, როგორც პირველი ეტაპის მრავალსაფეხურიანი აქტივატორის მოძრავი მკლავი. როგორც წესი, N-საფეხურიანი ამძრავი იქმნება \(N-1\) საფეხურის SMA მავთულის პირველი საფეხურის ამძრავით ჩანაცვლებით. შედეგად, თითოეული ტოტი ბაძავს პირველი საფეხურის ამძრავს, გარდა იმ ტოტისა, რომელიც თავად მავთულს იჭერს. ამ გზით, შეიძლება ჩამოყალიბდეს ჩადგმული სტრუქტურები, რომლებიც ქმნიან ძალებს, რომლებიც რამდენჯერმე აღემატება პირველადი ამძრავების ძალებს. ამ კვლევაში, თითოეული დონისთვის, გათვალისწინებული იყო SMA მავთულის 1 მ სრული ეფექტური სიგრძე, როგორც ეს ცხრილის ფორმატშია ნაჩვენები ნახ. 7დ-ზე. თითოეულ უნიმოდალურ დიზაინში თითოეულ მავთულში გამავალი დენი და შედეგად მიღებული წინასწარი დაძაბულობა და ძაბვა SMA მავთულის თითოეულ სეგმენტში ერთნაირია თითოეულ დონეზე. ჩვენი ანალიტიკური მოდელის მიხედვით, გამომავალი ძალა დადებითად კორელაციაშია დონესთან, ხოლო გადაადგილება უარყოფითად კორელაციაშია. ამავდროულად, გადაადგილებასა და კუნთის ძალას შორის კომპრომისი იყო. როგორც ჩანს ნახ. 7ბ-ზე, მიუხედავად იმისა, რომ მაქსიმალური ძალა მიიღწევა ფენების ყველაზე დიდ რაოდენობაში, ყველაზე დიდი გადაადგილება შეინიშნება ყველაზე დაბალ ფენაში. როდესაც იერარქიის დონე დაყენებული იყო \(N=5\), 2 დაკვირვებული დარტყმით \(\upmu\)m-ით აღმოჩნდა 2.58 kN პიკური კუნთის ძალა. მეორეს მხრივ, პირველი საფეხურის ამძრავი წარმოქმნის 150 N ძალას 277 \(\upmu\)m დარტყმისას. მრავალდონიან აქტივატორებს შეუძლიათ რეალური ბიოლოგიური კუნთების იმიტაცია, სადაც ფორმის მეხსიერების შენადნობებზე დაფუძნებულ ხელოვნურ კუნთებს შეუძლიათ მნიშვნელოვნად მაღალი ძალების გენერირება ზუსტი და უფრო დახვეწილი მოძრაობებით. ამ მინიატურული დიზაინის შეზღუდვები ის არის, რომ იერარქიის ზრდასთან ერთად, მოძრაობა მნიშვნელოვნად მცირდება და იზრდება დისკის წარმოების პროცესის სირთულე.
(ა) ორსაფეხურიანი (\(N=2\)) ფენოვანი ფორმის მეხსიერების შენადნობის ხაზოვანი აქტივატორის სისტემა ნაჩვენებია ორმოდალურ კონფიგურაციაში. შემოთავაზებული მოდელი მიიღწევა პირველი საფეხურის ფენოვან აქტივატორში SMA მავთულის სხვა ერთსაფეხურიანი ფენოვანი აქტივატორით ჩანაცვლებით. (გ) მეორე საფეხურის მრავალშრიანი აქტივატორის დეფორმირებული კონფიგურაცია. (ბ) აღწერილია ძალებისა და გადაადგილებების განაწილება დონეების რაოდენობის მიხედვით. დადგინდა, რომ აქტივატორის პიკური ძალა დადებითად კორელაციაშია გრაფიკზე მასშტაბის დონესთან, ხოლო დარტყმა უარყოფითად კორელაციაშია მასშტაბის დონესთან. თითოეულ მავთულში დენი და წინასწარი ძაბვა ყველა დონეზე მუდმივი რჩება. (დ) ცხრილში ნაჩვენებია თითოეულ დონეზე SMA მავთულის (ბოჭკოვანი) შეერთებების რაოდენობა და სიგრძე. მავთულების მახასიათებლები მითითებულია ინდექსით 1, ხოლო მეორადი ტოტების რაოდენობა (ერთი, რომელიც დაკავშირებულია პირველად ფეხთან) მითითებულია ინდექსში ყველაზე დიდი რიცხვით. მაგალითად, მე-5 დონეზე, \(n_1\) ეხება თითოეულ ბიმოდალურ სტრუქტურაში არსებული SMA მავთულების რაოდენობას, ხოლო \(n_5\) ეხება დამხმარე ფეხების რაოდენობას (ერთი დაკავშირებულია მთავარ ფეხთან).
მრავალმა მკვლევარმა შემოგვთავაზა სხვადასხვა მეთოდი SMA-ების ქცევის მოდელირებისთვის ფორმის მეხსიერებით, რომლებიც დამოკიდებულია ფაზურ გადასვლასთან დაკავშირებული ბროლის სტრუქტურაში მაკროსკოპული ცვლილებების თანმხლებ თერმომექანიკურ თვისებებზე. კონსტიტუციური მეთოდების ფორმულირება თავისთავად რთულია. ყველაზე ხშირად გამოყენებული ფენომენოლოგიური მოდელი შემოთავაზებულია Tanaka28-ის მიერ და ფართოდ გამოიყენება საინჟინრო პრაქტიკებში. Tanaka-ს მიერ შემოთავაზებული ფენომენოლოგიური მოდელი [28] ვარაუდობს, რომ მარტენსიტის მოცულობითი წილი ტემპერატურისა და სტრესის ექსპონენციალური ფუნქციაა. მოგვიანებით, Liang-მა და Rogers-მა29-მა და Brinson-მა30 შემოგვთავაზეს მოდელი, რომელშიც ფაზური გადასვლის დინამიკა ძაბვისა და ტემპერატურის კოსინუსურ ფუნქციად იყო მიჩნეული, მოდელის მცირედი ცვლილებებით. ბეკერმა და Brinson-მა შემოგვთავაზეს ფაზურ დიაგრამაზე დაფუძნებული კინეტიკური მოდელი SMA მასალების ქცევის მოდელირებისთვის თვითნებური დატვირთვის პირობებში, ასევე ნაწილობრივი გადასვლების დროს. Banerjee32 იყენებს Bekker-ისა და Brinson-ის31 ფაზური დიაგრამის დინამიკის მეთოდს Elahinia-სა და Ahmadian-ის33 მიერ შემუშავებული თავისუფლების ერთი ხარისხის მანიპულატორის სიმულირებისთვის. ფაზურ დიაგრამებზე დაფუძნებული კინეტიკური მეთოდები, რომლებიც ითვალისწინებენ ძაბვის არამონოტონურ ცვლილებას ტემპერატურასთან ერთად, რთულია საინჟინრო პრაქტიკებში დანერგვა. ელახინია და აჰმადიანი ყურადღებას ამახვილებენ არსებული ფენომენოლოგიური მოდელების ამ ნაკლოვანებებზე და გვთავაზობენ გაფართოებულ ფენომენოლოგიურ მოდელს, რათა გააანალიზონ და განსაზღვრონ ფორმის მეხსიერების ქცევა ნებისმიერი რთული დატვირთვის პირობებში.
SMA მავთულის სტრუქტურული მოდელი იძლევა SMA მავთულის დაძაბულობას (\(\sigma\)), დეფორმაციას (\(\epsilon\)), ტემპერატურას (T) და მარტენსიტის მოცულობით ფრაქციას (\(\xi\)). ფენომენოლოგიური კონსტიტუციური მოდელი პირველად შემოგვთავაზა ტანაკამ28, ხოლო მოგვიანებით გამოიყენეს ლიანგმა29 და ბრინსონმა30. განტოლების წარმოებულს აქვს ფორმა:
სადაც E არის ფაზაზე დამოკიდებული SMA იანგის მოდული, რომელიც მიღებულია \(\displaystyle E=\xi E_M + (1-\xi )E_A\)-ს გამოყენებით და \(E_A\) და \(E_M\) წარმოადგენს იანგის მოდულს, შესაბამისად, აუსტენიტური და მარტენსიტული ფაზებია, ხოლო თერმული გაფართოების კოეფიციენტი წარმოდგენილია \(\theta _T\-ით). ფაზური გადასვლის წვლილის კოეფიციენტია \(\Omega = -E \epsilon _L\) და \(\epsilon _L\) არის SMA მავთულის მაქსიმალური აღდგენითი დეფორმაცია.
ფაზური დინამიკის განტოლება ემთხვევა ლიანგის29 მიერ შემუშავებულ და მოგვიანებით ბრინსონის30 მიერ გამოყენებულ კოსინუსურ ფუნქციას, ტანაკას28 მიერ შემოთავაზებული ექსპონენციალური ფუნქციის ნაცვლად. ფაზური გადასვლის მოდელი წარმოადგენს ელახინიას და აჰმადიანის34 მიერ შემოთავაზებული მოდელის გაფართოებას და მოდიფიცირებულია ლიანგის29 და ბრინსონის30 მიერ მოცემული ფაზური გადასვლის პირობების საფუძველზე. ამ ფაზური გადასვლის მოდელისთვის გამოყენებული პირობები მოქმედებს კომპლექსური თერმომექანიკური დატვირთვების დროს. დროის თითოეულ მომენტში, კონსტიტუციური განტოლების მოდელირებისას გამოითვლება მარტენსიტის მოცულობითი წილის მნიშვნელობა.
გათბობის პირობებში მარტენსიტის აუსტენიტად გარდაქმნით გამოხატული რეტრანსფორმაციის განტოლება შემდეგია:
სადაც \(\xi\) არის მარტენსიტის მოცულობითი წილი, \(\xi _M\) არის გაცხელებამდე მიღებული მარტენსიტის მოცულობითი წილი, \(\displaystyle a_A = \pi /(A_f – A_s)\), \ ( \displaystyle b_A = -a_A/C_A\) და \(C_A\) – მრუდის მიახლოების პარამეტრები, T – SMA მავთულის ტემპერატურა, \(A_s\) და \(A_f\) – აუსტენიტის ფაზის დასაწყისი და დასასრული, შესაბამისად, ტემპერატურა.
პირდაპირი ტრანსფორმაციის კონტროლის განტოლება, რომელიც წარმოდგენილია გაგრილების პირობებში აუსტენიტის მარტენსიტად ფაზური ტრანსფორმაციით, არის:
სადაც \(\xi _A\) არის გაგრილებამდე მიღებული მარტენსიტის მოცულობითი წილი, \(\displaystyle a_M = \pi /(M_s – M_f)\), \(\displaystyle b_M = -a_M/C_M\) და \(C_M\) – მრუდის მორგების პარამეტრები, T – SMA მავთულის ტემპერატურა, \(M_s\) და \(M_f\) – შესაბამისად, საწყისი და საბოლოო მარტენსიტის ტემპერატურები.
(3) და (4) განტოლებების დიფერენცირების შემდეგ, ინვერსიული და პირდაპირი გარდაქმნის განტოლებები გამარტივებულია შემდეგ ფორმამდე:
წინ და უკან ტრანსფორმაციის დროს \(\eta _{\sigma}\) და \(\eta _{T}\) სხვადასხვა მნიშვნელობებს იღებენ. \(\eta _{\sigma}\)-თან და \(\eta _{T}\)-თან დაკავშირებული ძირითადი განტოლებები გამოყვანილი და დეტალურად განხილულია დამატებით ნაწილში.
SMA მავთულის ტემპერატურის ასაწევად საჭირო თერმული ენერგია ჯოულის გათბობის ეფექტიდან მოდის. SMA მავთულის მიერ შთანთქმული ან გამოყოფილი თერმული ენერგია წარმოდგენილია გარდაქმნის ფარული სითბოთი. SMA მავთულში სითბოს დანაკარგი იძულებითი კონვექციის გამოა და გამოსხივების უმნიშვნელო ეფექტის გათვალისწინებით, თბოენერგიის ბალანსის განტოლება შემდეგია:
სადაც \(m_{wire}\) არის SMA მავთულის სრული მასა, \(c_{p}\) არის SMA-ს სპეციფიკური სითბოტევადობა, \(V_{in}\) არის მავთულზე მიწოდებული ძაბვა, \(R_{ohm}\) – ფაზაზე დამოკიდებული წინააღმდეგობა SMA, რომელიც განისაზღვრება შემდეგნაირად; \(R_{ohm} = (l/A_{cross})[\xi r_M + (1-\xi )r_A]\) სადაც \(r_M\) და \(r_A\) არის SMA ფაზის წინაღობა შესაბამისად მარტენსიტში და აუსტენიტში, \(A_{c}\) არის SMA მავთულის ზედაპირის ფართობი, \(Delta H\) არის ფორმის მეხსიერების შენადნობი. მავთულის გადასვლის ლატენტური სითბო, T და \(T_{\infty}\) შესაბამისად SMA მავთულის და გარემოს ტემპერატურაა.
როდესაც ფორმის მეხსიერების შენადნობის მავთული აქტიურდება, მავთული იკუმშება, რაც ბიმოდალური დიზაინის თითოეულ ტოტში ქმნის ძალას, რომელსაც ბოჭკოვანი ძალა ეწოდება. SMA მავთულის თითოეულ ძაფში არსებული ბოჭკოების ძალები ერთად ქმნიან კუნთოვან ძალას მოქმედებისთვის, როგორც ეს ნაჩვენებია ნახ. 9e-ზე. გამტარი ზამბარის არსებობის გამო, N-ე მრავალშრიანი აქტივატორის კუნთოვანი ძალა შეადგენს:
განტოლებაში (7) \(N = 1\) ჩანაცვლების შემთხვევაში, პირველი ეტაპის ბიმოდალური ამძრავის პროტოტიპის კუნთების სიძლიერე შეიძლება მივიღოთ შემდეგნაირად:
სადაც n არის უნიმოდალური ფეხების რაოდენობა, \(F_m\) არის ამძრავის მიერ გენერირებული კუნთოვანი ძალა, \(F_f\) არის SMA მავთულის ბოჭკოვანი სიმტკიცე, \(K_x\) არის ზამბარის გადახრის სიმტკიცე, \(\α\) არის სამკუთხედის კუთხე, \(x_0\) არის გადახრის ზამბარის საწყისი გადახრა SMA კაბელის წინასწარ დაჭიმულ მდგომარეობაში დასაჭერად და \(Delta x\) არის აქტივატორის მოძრაობა.
მე-N საფეხურის SMA მავთულზე ძაბვის (\(\sigma\)) და დაძაბულობის (\(\epsilon\)) მიხედვით, წამყვანი დაყენებულია (იხ. სურ. გამომავალი ინდიკატორის დამატებითი ნაწილი):
კინემატიკური განტოლებები იძლევა დამოკიდებულებას მამოძრავებელ დეფორმაციასა (\(\epsilon\)) და გადაადგილებას ან გადაადგილებას (\(\Delta x\)) შორის. Arb მავთულის დეფორმაცია, როგორც საწყისი Arb მავთულის სიგრძის (\(l_0\)) და მავთულის სიგრძის (l) ფუნქცია, ნებისმიერ დროს t ერთ უნიმოდალურ განშტოებაში, შემდეგია:
სადაც \(l = \sqrt{l_0^2 +(\Delta x_1)^2 – 2 l_0 (\Delta x_1) \cos \α_1}\) მიიღება \(\Delta\)ABB '-ში კოსინუსის ფორმულის გამოყენებით, როგორც ეს ნაჩვენებია ნახაზ 8-ზე. პირველი საფეხურის ამძრავისთვის (\(N = 1\)), \(\Delta x_1\) არის \(\Delta x\), ხოლო \(\α_1\) არის \(\α\), როგორც ეს ნაჩვენებია ნახაზ 8-ზე. როგორც ნაჩვენებია ნახაზ 8-ზე, დროის დიფერენცირებით განტოლებიდან (11) და l-ის მნიშვნელობის ჩანაცვლებით, დეფორმაციის სიჩქარე შეიძლება ჩაიწეროს შემდეგნაირად:
სადაც \(l_0\) არის SMA მავთულის საწყისი სიგრძე, l არის მავთულის სიგრძე ნებისმიერ დროს t ერთ უნიმოდალურ განშტოებაში, \(\epsilon\) არის SMA მავთულში განვითარებული დეფორმაცია და \(\alpha\) არის სამკუთხედის კუთხე, \(\Delta x\) არის წამყვანი ოფსეტი (როგორც ნაჩვენებია ნახაზ 8-ზე).
ყველა n ერთპიკური სტრუქტურა (ამ ნახაზზე \(n=6\)) დაკავშირებულია მიმდევრობით \(V_{in}\) შეყვანის ძაბვით. ეტაპი I: SMA მავთულის სქემატური დიაგრამა ორმოდალურ კონფიგურაციაში ნულოვანი ძაბვის პირობებში. ეტაპი II: ნაჩვენებია კონტროლირებადი სტრუქტურა, სადაც SMA მავთული შეკუმშულია ინვერსიული გარდაქმნის გამო, როგორც ეს ნაჩვენებია წითელი ხაზით.
კონცეფციის დასამტკიცებლად, შემუშავდა SMA-ზე დაფუძნებული ბიმოდალური ძრავა, რათა ექსპერიმენტული შედეგებით შემოწმებულიყო ძირითადი განტოლებების სიმულირებული გამოყვანა. ბიმოდალური ხაზოვანი აქტივატორის CAD მოდელი ნაჩვენებია ნახ. 9ა-ში. მეორეს მხრივ, ნახ. 9გ-ში ნაჩვენებია ბრუნვითი პრიზმული კავშირისთვის შემოთავაზებული ახალი დიზაინი, რომელიც იყენებს ორსიბრტყე SMA-ზე დაფუძნებულ აქტივატორს ბიმოდალური სტრუქტურით. ძრავის კომპონენტები დამზადდა დანამატური წარმოების გამოყენებით Ultimaker 3 Extended 3D პრინტერზე. კომპონენტების 3D ბეჭდვისთვის გამოყენებული მასალაა პოლიკარბონატი, რომელიც შესაფერისია სითბოს მდგრადი მასალებისთვის, რადგან ის არის მტკიცე, გამძლე და აქვს მაღალი მინის გადასვლის ტემპერატურა (110-113 \(^{\circ }\)C). გარდა ამისა, ექსპერიმენტებში გამოყენებული იქნა Dynalloy, Inc.-ის Flexinol-ის ფორმის მეხსიერების შენადნობის მავთული, ხოლო სიმულაციებში გამოყენებული იქნა Flexinol მავთულის შესაბამისი მასალის თვისებები. მრავალი SMA მავთული განლაგებულია ბოჭკოების სახით, რომლებიც კუნთების ბიმოდალურ განლაგებაშია წარმოდგენილი, რათა მივიღოთ მრავალშრიანი აქტივატორების მიერ წარმოქმნილი მაღალი ძალები, როგორც ეს ნაჩვენებია ნახ. 9b, d-ზე.
როგორც ნაჩვენებია ნახაზ 9ა-ზე, მოძრავი მკლავის SMA მავთულის მიერ წარმოქმნილ მწვავე კუთხეს კუთხე ეწოდება (\(\α\)). მარცხენა და მარჯვენა დამჭერებზე მიმაგრებული ტერმინალური დამჭერებით, SMA მავთული დამაგრებულია სასურველ ორმოდალურ კუთხეზე. ზამბარის შემაერთებელზე დამაგრებული გადახრილი ზამბარის მოწყობილობა შექმნილია სხვადასხვა გადახრილი ზამბარის გამაფართოებელი ჯგუფების SMA ბოჭკოების რაოდენობის (n) მიხედვით რეგულირებისთვის. გარდა ამისა, მოძრავი ნაწილების მდებარეობა ისეა შექმნილი, რომ SMA მავთული გარე გარემოს ზემოქმედების ქვეშ იყოს იძულებითი კონვექციური გაგრილებისთვის. მოსახსნელი შეკრების ზედა და ქვედა ფირფიტები ხელს უწყობს SMA მავთულის გაგრილებას წონის შესამცირებლად შექმნილი ექსტრუდირებული ამოჭრილებით. გარდა ამისა, CMA მავთულის ორივე ბოლო დამაგრებულია მარცხენა და მარჯვენა ტერმინალებზე, შესაბამისად, ხრახნის საშუალებით. მოძრავი შეკრების ერთ ბოლოზე მიმაგრებულია დგუში, რათა შენარჩუნდეს კლირენსი ზედა და ქვედა ფირფიტებს შორის. დგუში ასევე გამოიყენება სენსორზე ბლოკირების ძალის გამოსაყენებლად კონტაქტის საშუალებით, რათა გაზომოს ბლოკირების ძალა SMA მავთულის გააქტიურებისას.
ბიმოდალური კუნთოვანი სტრუქტურა SMA ელექტრულად დაკავშირებულია მიმდევრობით და კვებავს შემავალი იმპულსური ძაბვით. ძაბვის იმპულსური ციკლის დროს, როდესაც ძაბვა მიეწოდება და SMA მავთული თბება აუსტენიტის საწყის ტემპერატურაზე მაღლა, თითოეულ ძაფში მავთულის სიგრძე მოკლდება. ეს შეკუმშვა ააქტიურებს მოძრავი მკლავის ქვეკონსტრუქციას. როდესაც ძაბვა ნულდება იმავე ციკლში, გაცხელებული SMA მავთული გაცივდება მარტენსიტის ზედაპირის ტემპერატურაზე დაბლა, რითაც უბრუნდება თავის საწყის მდგომარეობას. ნულოვანი დაძაბულობის პირობებში, SMA მავთული თავდაპირველად პასიურად იჭიმება გადახრილი ზამბარით, რათა მიაღწიოს გაორმაგებულ მარტენსიტურ მდგომარეობას. ხრახნი, რომელშიც გადის SMA მავთული, მოძრაობს SMA მავთულზე ძაბვის იმპულსის მიწოდებით შექმნილი შეკუმშვის გამო (SPA აღწევს აუსტენიტის ფაზას), რაც იწვევს მოძრავი ბერკეტის ამოქმედებას. როდესაც SMA მავთული შეკუმშულია, გადახრილი ზამბარა ქმნის საპირისპირო ძალას ზამბარის შემდგომი დაჭიმვით. როდესაც იმპულსური ძაბვის დაძაბულობა ნულის ტოლი ხდება, SMA მავთული იძულებითი კონვექციური გაგრილების გამო იჭიმება და ფორმას იცვლის, რის შედეგადაც ის ორმაგ მარტენსიტურ ფაზას აღწევს.
შემოთავაზებულ SMA-ზე დაფუძნებულ ხაზოვან აქტივატორულ სისტემას აქვს ბიმოდალური კონფიგურაცია, რომელშიც SMA მავთულები დახრილია. (ა) ასახავს პროტოტიპის CAD მოდელს, რომელიც ახსენებს ზოგიერთ კომპონენტს და მათ მნიშვნელობას პროტოტიპისთვის, (ბ, დ) წარმოადგენს შემუშავებულ ექსპერიმენტულ პროტოტიპს35. მიუხედავად იმისა, რომ (ბ) აჩვენებს პროტოტიპის ზემოდან ხედს ელექტრო შეერთებებით, გადახრის ზამბარებითა და გამოყენებული დაძაბულობის საზომებით, (დ) აჩვენებს მოწყობილობის პერსპექტიულ ხედს. (ე) ხაზოვანი აქტივაციის სისტემის დიაგრამა SMA მავთულებით, რომლებიც ორმოდალურად არის განთავსებული ნებისმიერ დროს t, რომელიც აჩვენებს ბოჭკოების მიმართულებას და მიმდინარეობას და კუნთების ძალას. (გ) შემოთავაზებულია 2-DOF ბრუნვითი პრიზმული კავშირი ორსიბრტყიანი SMA-ზე დაფუძნებული აქტივატორის განლაგებისთვის. როგორც ნაჩვენებია, ბმული გადასცემს ხაზოვან მოძრაობას ქვედა წამყვანიდან ზედა მკლავზე, რაც ქმნის ბრუნვით კავშირს. მეორეს მხრივ, პრიზმების წყვილის მოძრაობა იგივეა, რაც მრავალშრიანი პირველი ეტაპის წამყვანის მოძრაობა.
SMA-ზე დაფუძნებული ბიმოდალური ამძრავის მუშაობის შესაფასებლად, ნახ. 9b-ზე ნაჩვენებ პროტოტიპზე ჩატარდა ექსპერიმენტული კვლევა. როგორც ნახ. 10a-ზეა ნაჩვენები, ექსპერიმენტული მოწყობა შედგებოდა პროგრამირებადი მუდმივი დენის წყაროსგან, რომელიც SMA მავთულებს შეყვანის ძაბვას აწვდიდა. როგორც ნახ. 10b-ზეა ნაჩვენები, ბლოკირების ძალის გასაზომად გამოყენებული იქნა პიეზოელექტრული დეფორმაციის საზომი (PACEline CFT/5kN) Graphtec GL-2000 მონაცემთა ლოგერის გამოყენებით. მონაცემებს იწერს მასპინძელი შემდგომი შესწავლისთვის. დეფორმაციის საზომებს და მუხტის გამაძლიერებლებს ძაბვის სიგნალის წარმოსაქმნელად მუდმივი დენის წყარო სჭირდებათ. შესაბამისი სიგნალები გარდაიქმნება სიმძლავრედ პიეზოელექტრული ძალის სენსორის მგრძნობელობისა და სხვა პარამეტრების მიხედვით, როგორც ეს აღწერილია ცხრილ 2-ში. როდესაც ძაბვის იმპულსი გამოიყენება, SMA მავთულის ტემპერატურა იზრდება, რაც იწვევს SMA მავთულის შეკუმშვას, რაც იწვევს აქტივატორის მიერ ძალის გენერირებას. 7 ვ შეყვანის ძაბვის იმპულსით კუნთის ძალის გამოყვანის ექსპერიმენტული შედეგები ნაჩვენებია ნახ. 2a-ზე.
(ა) ექსპერიმენტში აქტივატორის მიერ გენერირებული ძალის გასაზომად დაყენდა SMA-ზე დაფუძნებული წრფივი აქტივატორის სისტემა. დატვირთვის უჯრედი ზომავს ბლოკირების ძალას და იკვებება 24 ვოლტიანი დენის წყაროთი. კაბელის მთელ სიგრძეზე 7 ვოლტიანი ძაბვის ვარდნა განხორციელდა GW Instek პროგრამირებადი დენის წყაროს გამოყენებით. SMA მავთული სითბოს გამო იკუმშება, მოძრავი მკლავი კი დატვირთვის უჯრედს ეხება და ბლოკირების ძალას ახდენს. დატვირთვის უჯრედი დაკავშირებულია GL-2000 მონაცემთა ლოგერთან და მონაცემები ინახება ჰოსტზე შემდგომი დამუშავებისთვის. (ბ) დიაგრამა, რომელიც აჩვენებს კუნთების ძალის გაზომვის ექსპერიმენტული სისტემის კომპონენტების ჯაჭვს.
ფორმის მეხსიერების შენადნობები აღიგზნება თერმული ენერგიით, ამიტომ ტემპერატურა ხდება მნიშვნელოვანი პარამეტრი ფორმის მეხსიერების ფენომენის შესასწავლად. ექსპერიმენტულად, როგორც ნაჩვენებია ნახ. 11ა-ში, თერმული ვიზუალიზაცია და ტემპერატურის გაზომვები ჩატარდა SMA-ზე დაფუძნებულ დივალერატ აქტივატორზე. პროგრამირებადი დენის წყარომ შემავალი ძაბვა მიმართა SMA მავთულებს ექსპერიმენტულ მოწყობაში, როგორც ნაჩვენებია ნახ. 11ბ-ში. SMA მავთულის ტემპერატურის ცვლილება გაიზომა რეალურ დროში მაღალი გარჩევადობის LWIR კამერის (FLIR A655sc) გამოყენებით. მასპინძელი იყენებს ResearchIR პროგრამულ უზრუნველყოფას მონაცემების ჩასაწერად შემდგომი დამუშავებისთვის. როდესაც გამოიყენება ძაბვის იმპულსი, SMA მავთულის ტემპერატურა იზრდება, რაც იწვევს SMA მავთულის შეკუმშვას. ნახ. 2ბ-ზე ნაჩვენებია SMA მავთულის ტემპერატურის დროზე ზემოქმედების ექსპერიმენტული შედეგები 7 ვ შემავალი ძაბვის იმპულსისთვის.