Spas ji bo serdana Nature.com.Guhertoya geroka ku hûn bikar tînin piştgirîya CSS-ê sînordar e.Ji bo ezmûna çêtirîn, em pêşniyar dikin ku hûn gerokek nûvekirî bikar bînin (an jî Moda Lihevhatinê ya di Internet Explorer de neçalak bikin).Di vê navberê de, ji bo misogerkirina piştgirîya domdar, em ê malperê bê şêwaz û JavaScript pêşkêş bikin.
Çalakger li her derê têne bikar anîn û bi sepandina hêzek an torque ya rast ji bo pêkanîna operasyonên cihêreng ên di hilberîn û otomasyona pîşesaziyê de tevgera kontrolkirî diafirînin.Pêdiviya ajokarên zûtir, piçûktir û bikêrtir di sêwirana ajokerê de nûjeniyê dimeşîne.Ajokarên Shape Memory Alloy (SMA) li ser ajokarên kevneşopî gelek avantajan pêşkêş dikin, di nav de rêjeyek hêz-ber-giraniya bilind.Di vê tezê de, aktîvatorek-based SMA-ya du-perça hate pêşve xistin ku avantajên masûlkeyên perû yên pergalên biyolojîkî û taybetmendiyên bêhempa yên SMA-yê bi hev re tîne.Vê lêkolînê aktîvatorên SMA yên berê vedikole û dirêj dike bi pêşxistina modelek matematîkî ya çalakgera nû ya li ser bingeha sazûmana têl SMA ya bimodal û ceribandina wê bi ceribandinê.Li gorî ajokarên naskirî yên li ser bingeha SMA-yê, hêza çalakkirina ajokera nû bi kêmî ve 5 qat zêdetir e (heta 150 N).Kêmbûna giraniya têkildar bi qasî 67%.Encamên analîza hesasiyetê ya modelên matematîkî ji bo birêkûpêkkirina parametreyên sêwiranê û têgihîştina pîvanên sereke bikêr in.Vê lêkolînê bêtir ajokerek qonaxa N-ya pir-asta ku dikare were bikar anîn da ku dînamîkên din zêde bike pêşkêşî dike.Çalakgerên masûlkeya dipvalerate-ya-based SMA xwedan cûrbecûr sepanan in, ji otomasyona avahiyê heya pergalên radestkirina dermanê rast.
Sîstemên biyolojîkî, wek strukturên masûlkeya mammalan, dikarin gelek aktûatorên nazik çalak bikin1.Mammal xwedî strukturên masûlkeyên cihê ne, her yek ji armancek taybetî re xizmet dike.Lêbelê, piraniya strukturên tevna masûlkeya mammal dikare li du kategoriyên berfireh were dabeş kirin.Parallel û pennate.Di hemstrings û flexorên din de, wekî ku ji navê xwe diyar dike, masûlkeyên paralel xwedan fiberên masûlkeyê yên paralel bi tendona navendî re hene.Zincîra fîberên masûlkeyê bi rêzê ve û bi fonksiyonel ji hêla tevna girêdanê ya li dora wan ve girêdayî ye.Her çend tê gotin ku van masûlkeyan xwedan rêwîtiyek mezin in (kurtkirina ji sedî), hêza wan a tevayî pir kêm e.Berevajî vê, di masûlkeya golika triceps2 de (gastrocnemius alîgir (GL)3, gastrocnemius navîn (GM)4 û soleus (SOL)) û femoris dirêjker (quadriceps) 5,6 tevna masûlkeya pênûsê di her masûlkê de tê dîtin7.Di avahiyek pînekirî de, fîbên masûlkeyê yên di masûlkeyên dubendî de li her du aliyên tendona navendî li goşeyên qelp (goşeyên pêçayî) hene.Pennate ji peyva latînî "penna" tê, ku tê wateya "qelem", û wekî ku di hêjîrê de tê xuyang kirin.1 xwedan xuyangek mîna perk e.Telên masûlkeyên pênûsê kintir in û berbi eksê dirêjî ya masûlkê ve dibin.Ji ber strukturê pintate, tevgera tevayî ya van masûlkan kêm dibe, ku dibe sedema pêkhateyên gerguhêz û dirêjî yên pêvajoya kurtkirinê.Ji hêla din ve, aktîvkirina van masûlkeyan ji ber awayê pîvandina qada xaçerê ya fîzyolojîkî rê li ber hêza giştî ya masûlkeyê bilind dike.Ji ber vê yekê, ji bo deverek xaçerê ya diyarkirî, masûlkeyên pênûsê dê bihêztir bibin û dê ji masûlkeyên bi fîberên paralel hêzek bilindtir biafirînin.Hêzên ku ji hêla fiberên kesane ve têne hilberandin hêzên masûlkeyê di astek makroskopî de di wê tevna masûlkê de diafirînin.Digel vê yekê, ew xwedan taybetmendiyên bêhempa yên wekî qutbûna bilez, parastina li dijî zirara tansiyonê, şûştinê ye.Ew têkiliya di navbera têketina fîberê û derketina hêza masûlkeyê de bi karanîna taybetmendiyên bêhempa û tevliheviya geometrîkî ya sazûmana fîberê ya ku bi xetên çalakiyê yên masûlkeyê ve girêdayî ye vediguherîne.
Nîşanî nexşeyên şematîkî yên sêwiranên aktîtor-based SMA yên heyî yên têkildarî mîmariya masûlkeyên bimodal hene, mînakî (a), ku nûnertiya danûstendina hêza taktîl dike ku tê de amûrek bi destan a ku ji hêla têlên SMA-yê ve hatî xebitandin li ser robotek mobîl a xweser a du-teker9,10 hatî danîn., (b) Proteza orbîtal a robotîkî ya bi proteza orbîtal a bi biharê ya SMA-yê ku bi dijberî tê danîn.Helwesta çavê protez ji hêla îşaretek ji masûlka çavê çavê11 ve tê kontrol kirin, (c) Aktûatorên SMA ji ber berteka xweya frekansa bilind û firehiya bandê ya kêm ji bo sepanên binê avê îdeal in.Di vê veavakirinê de, aktûatorên SMA ji bo afirandina tevgera pêlê bi simulasyona tevgera masî têne bikar anîn, (d) Aktatorên SMA têne bikar anîn ku robotek çavdêriya lûleya mîkro biafirîne ku dikare prensîba tevgera kurmê înç bikar bîne, ku bi tevgera têlên SMA di hundurê kanala 10-ê de tê kontrol kirin, (e) arastekirina tîrêjên masûlkeyê lihevhatinê nîşan dide û di hilberîna tîrêjên masûlkeyê yên gazê de hêza girêbestê nîşan dide. bers di avahiya masûlkeya pennate de.
Çalakger ji ber berferehiya sepanên xwe bûne beşek girîng a pergalên mekanîkî.Ji ber vê yekê, hewcedariya ajokarên piçûktir, bilez û bikêrtir krîtîk dibe.Tevî avantajên wan, ajokarên kevneşopî îsbat kirine ku ji bo domandina biha û dem-xwegir in.Aktûatorên hîdrolîk û pneumatîk tevlihev û biha ne û ji ber cil û berg, pirsgirêkên rûnkirinê û têkçûna pêkhateyan re têkildar in.Di bersiva daxwazê de, balê dikişîne ser pêşxistina çalakkerên lêçûn-bandor, pîvan-optimîzekirî û pêşkeftî yên li ser bingeha materyalên biaqil.Lêkolîna domdar li aktîvatorên qatkirî yên alloyek bîranîna şikil (SMA) dinihêre da ku vê hewcedariyê bicîh bîne.Çalakgerên hiyerarşîk yekta ne ji ber ku ew gelek çalakkerên veqetandî di bine pergalên pîvana makro ya tevlihev a geometrîkî de berhev dikin da ku fonksiyona zêde û berfireh peyda bikin.Di vî warî de, tevna masûlkeya mirovî ya ku li jor hatî behs kirin mînakek pirrengî ya bi vî rengî ya pirrengî peyda dike.Lêkolîna heyî ajokerek SMA-a pir-astî bi çend hêmanên ajokerê yên takekesî (têlên SMA) yên ku li gorî rêgezên fîberê yên ku di masûlkeyên bimodal de hene ve hatine rêz kirin, ku performansa ajotinê ya giştî baştir dike.
Armanca sereke ya çalakvanek ev e ku bi veguheztina enerjiya elektrîkê hilberîna hêza mekanîkî ya wekî hêz û jicîhûwarkirinê hilberîne.Aloyeyên bîranîna şikil çînek materyalên "aqilmend" in ku dikarin di germahiyên bilind de şeklê xwe vegerînin.Di bin barkirinên zêde de, zêdebûna germahiya têla SMA rê li ber vegerandina şeklê vedike, ku di encamê de li gorî cûrbecûr materyalên jîr ên ku rasterast bi hev ve girêdayî ne, tansiyonek enerjiyê ya çalaktir dibe.Di heman demê de, di bin barkirinên mekanîzmayî de, SMAs şikestî dibin.Di bin hin şert û mercan de, barek dorhêlî dikare enerjiya mekanîkî hilîne û berde, guheztinên şiklê hîsteretîkî yên vegerê nîşan bide.Van taybetmendiyên bêhempa SMA-yê ji bo senzor, şilkirina vibrasyonê û nemaze çalakkeran îdeal dike12.Di hişê vê yekê de, li ser ajokarên-based SMA gelek lêkolîn hatine kirin.Pêdivî ye ku were zanîn ku çalakgerên bingeha SMA-yê têne sêwirandin ku ji bo cûrbecûr serlêdanan tevgera werger û zivir peyda dikin13,14,15.Her çend hin çalakkerên zivirî hatine pêşve xistin jî, lêkolîner bi taybetî bi çalakkerên xêzkirî re eleqedar dibin.Van çalakkerên xêzkirî dikarin li ser sê celeb çalakkeran bêne dabeş kirin: çalakkerên yek-dimensî, jicîhûwarî û cihêreng 16.Di destpêkê de, ajokarên hybrid bi SMA û ajokarên din ên kevneşopî re hatin afirandin.Nimûneyek weha ya çalakkerek xêzikî ya hîbrid a SMA-yê karanîna têlek SMA ya bi motorek DC-ê ye ku hêzek derketinê ya li dora 100 N û jicîhûwarkirina girîng peyda dike17.
Yek ji pêşkeftinên pêşîn ên di ajokeran de ku bi tevahî li ser SMA-yê bingehîn e ajokera paralel a SMA bû.Bi karanîna pir têlên SMA-yê, ajokera paralel a li ser bingeha SMA-yê hatî sêwirandin ku bi danîna hemî têlên SMA18 di paralel de kapasîteya hêza ajotinê zêde bike.Girêdana paralel a aktuatoran ne tenê hêzek zêdetir hewce dike, lê di heman demê de hêza derketinê ya yek têl jî sînordar dike.Dezavantajek din a çalakkerên bingehîn ên SMA rêwîtiya tixûbdar e ku ew dikarin bi dest bixin.Ji bo çareserkirina vê pirsgirêkê, tîrêjek kabloya SMA-yê hate afirandin ku tê de tîrêjek maqûl a veqetandî tê de heye ku jicîhûwarbûnê zêde bike û tevgera xêzîkî bi dest bixe, lê hêzên bilindtir çênekir19.Struktur û qumaşên nerm ên deformable ên ji bo robotan li ser bingeha aligirên bîranîna şekil bi bingehîn ji bo zêdekirina bandorê hatine pêşve xistin20,21,22.Ji bo serîlêdanên ku lê leza bilind hewce ne, pompeyên ajotinê yên kompakt hatine ragihandin ku SMA-yên fîlima zirav ji bo sepanên ku bi mîkropompê têne xebitandin bikar tînin23.Frekansa ajotinê ya membrana SMA ya fîlima nazik di kontrolkirina leza ajokerê de faktorek bingehîn e.Ji ber vê yekê, motorên xêzkirî yên SMA ji motorên biharê an rod SMA bersivek dînamîkî çêtir in.Robotîka nerm û teknolojiya girtina du serîlêdanên din in ku çalakkerên bingehîn ên SMA bikar tînin.Mînakî, ji bo veguheztina aktûatora standard a ku di kembera cîhê 25 N de tê bikar anîn, çalakkerek paralel a alloyeya bîranînê 24 hate pêşve xistin.Di rewşek din de, çalakgerek nerm a SMA-yê li ser bingeha têlek bi matrixek pêvekirî hate çêkirin ku bikaribe hêzek kişandina herî zêde 30 N hilberîne. Ji ber taybetmendiyên xwe yên mekanîkî, SMA jî ji bo hilberîna çalakkerên ku fenomenên biyolojîkî dişibînin têne bikar anîn.Yek ji van pêşkeftinan robotek 12-hucreyî heye ku biomimetîka organîzmayek mîna kurmê erdî ye bi SMA-yê re ku tevgerek sinusoidal a agir çêbike26,27.
Wekî ku berê hate behs kirin, sînorek ji hêza herî zêde ya ku dikare ji aktîvatorên bingehîn ên SMA-ya heyî were wergirtin heye.Ji bo çareserkirina vê pirsgirêkê, ev lêkolîn avahiyek masûlkeya bimodal a biomimetîkî pêşkêşî dike.Ji hêla têl alloyona bîranînê ve tê rêve kirin.Ew pergalek dabeşkirinê peyda dike ku çend têlên alloyek bîranînê vedihewîne.Heya nuha, di wêjeyê de ti çalakgerên bingehîn ên SMA-ya bi mîmariyek wekhev nehatine ragihandin.Ev pergala bêhempa û nû ya ku li ser bingeha SMA-yê ye hate pêşve xistin da ku tevgera SMA-yê di dema berhevkirina masûlkeya bimodal de lêkolîn bike.Li gorî çalakgerên bingehîn ên SMA-ya heyî, mebesta vê lêkolînê ew bû ku çalakgerek dipvalerate biomimetîkî biafirîne da ku di hêjmarek piçûk de hêzên pir bilindtir biafirîne.Li gorî ajokarên bi motora gavê yên kevneşopî yên ku di pergalên otomasyon û kontrolê yên avahiya HVAC de têne bikar anîn, sêwirana ajokera bimodal a li ser bingeha SMA-ya pêşniyarkirî giraniya mekanîzmaya ajotinê% 67 kêm dike.Di jêrîn de, têgînên "masûlke" û "ajot" bi hevûdu têne bikar anîn.Ev lêkolîn simulasyona pirfizîkî ya ajokerek weha lêkolîn dike.Tevgera mekanîkî ya pergalên weha bi rêbazên ceribandin û analîtîk ve hatî lêkolîn kirin.Dabeşkirina hêz û germahiyê di voltaja ketina 7 V de bêtir hate lêkolîn kirin. Dûv re, analîzek parametrîkî hate kirin da ku têkiliya di navbera pîvanên sereke û hêza derketinê de çêtir were fam kirin.Di dawiyê de, çalakkerên hiyerarşîk hatine pêşbînîkirin û bandorên asta hiyerarşîk wekî qadek pêşerojê ya potansiyel ji bo aktîvatorên ne-magnetîk ji bo sepanên protezê hatine pêşniyar kirin.Li gorî encamên lêkolînên jorîn, karanîna mîmariya yek-qonaxê hêzan bi kêmî ve çar-pênc carî ji aktîvatorên bingehîn ên SMA-yê hatine ragihandin zêdetir çêdike.Wekî din, heman hêza ajotinê ya ku ji hêla ajokerek pir-astî ve hatî çêkirin, ji deh carî ji ajokarên bingehîn ên SMA-ya kevneşopî bêtir hate destnîşan kirin.Dûv re lêkolîn bi karanîna analîza hestiyariyê di navbera sêwiranên cihêreng û guhêrbarên têketinê de pîvanên sereke radigihîne.Dirêjahiya destpêkî ya têla SMA (\(l_0\)), goşeya pînekirî (\(\alpha\)) û hejmara zincîreyên yekane (n) di her stûnek kesane de bandorek neyînî ya bihêz li ser mezinahiya hêza ajotinê heye.hêz, dema ku voltaja têketinê (enerjî) bi erênî ve girêdayî ye.
Têlê SMA bandora bîranîna şeklê (SME) ku di malbata alloyên nîkel-tîtanyumê (Ni-Ti) de tê dîtin, nîşan dide.Bi gelemperî, SMA du qonaxên girêdayî germahiyê nîşan didin: qonaxek germahiya nizm û qonaxek germahiya bilind.Her du qonax ji ber hebûna strukturên krîstal ên cihêreng xwedan taybetmendiyên bêhempa ne.Di qonaxa austenite de (qonaxa germahiya bilind) ku li jor germahiya veguheztinê heye, materyal hêzek bilind nîşan dide û di bin barkirinê de kêm tê deform kirin.Aloy wekî polayê zengarnegir tevdigere, ji ber vê yekê ew dikare li ber zextên aktîfkirina bilindtir bisekinin.Bi sûdwergirtina ji vê taybetmendiya aligirên Ni-Ti, têlên SMA têne xêz kirin ku çalakvanek çêbikin.Modelên analîtîk ên guncan têne pêşve xistin da ku mekanîka bingehîn a tevgera termal a SMA di bin bandora pîvanên cihêreng û geometrîyên cihêreng de fam bikin.Di navbera encamên ceribandin û analîtîk de peymanek baş hate bidestxistin.
Lêkolînek ezmûnî li ser prototîpa ku di Xiflteya 9a de hatî xuyang kirin hate kirin da ku performansa ajokerek bimodal a li ser bingeha SMA binirxîne.Du ji van taybetmendiyan, hêza ku ji hêla ajotinê ve hatî çêkirin (hêza masûlkeyê) û germahiya têl SMA (germahiya SMA), bi ceribandinê hatin pîvandin.Her ku ferqa voltaja li seranserê dirêjahiya têlê di ajotinê de zêde dibe, germahiya têl ji ber bandora germkirina Joule zêde dibe.Voltaja têketinê di du çerxên 10-s de hate sepandin (wek xalên sor di Fig. 2a, b de têne xuyang kirin) bi serdemek sarbûnê ya 15-s di navbera her çerxê de.Hêza astengkirinê bi karanîna pîvanek tîrêjê ya piezoelektrîkî hate pîvandin, û belavkirina germahiya têla SMA-yê di wextê rast de bi karanîna kamerayek LWIR-a-çareseriya bilind-pola zanistî hate şopandin (binihêrin taybetmendiyên alavên ku di Tablo 2 de têne bikar anîn).nîşan dide ku di qonaxa voltaja bilind de, germahiya têl bi yekdestî zêde dibe, lê dema ku herik neherike, germahiya têl daketinê berdewam dike.Di sazkirina ceribandinê ya heyî de, germahiya têl SMA di qonaxa sarbûnê de daket, lê ew hîn jî li ser germahiya hawîrdorê bû.Li ser hêjîrê.2e wêneyek germahiya li ser têla SMA ya ku ji kamera LWIR hatî girtin nîşan dide.Ji aliyê din ve, di jimar.2a hêza astengkirinê ya ku ji hêla pergala ajotinê ve hatî çêkirin nîşan dide.Gava ku hêza masûlkeyê ji hêza vegerandina biharê derbas dibe, milê guhezbar, wekî ku di Figure 9a de tê xuyang kirin, dest bi tevgerê dike.Gava ku aktîvasyon dest pê dike, milê guhêzbar bi senzorê re dikeve têkiliyê, hêzek laş diafirîne, wekî ku di hêjîrê de tê xuyang kirin.2c, d.Dema ku germahiya herî zêde nêzî \(84\,^{\circ}\hbox {C}\) be, hêza herî zêde ya ku tê dîtin 105 N e.
Grafîk encamên ceribandinê yên germahiya têl SMA û hêza ku ji hêla çalakkerê bimodal-based SMA ve di nav du dewreyan de hatî hilberandin nîşan dide.Voltaja têketinê di du çerxên 10 saniyeyî de (wek xalên sor têne xuyang kirin) tê sepandin û di navbera her çerxê de heyama sarbûna 15 çirkeyan.Têla SMA ya ku ji bo ceribandinan hatî bikar anîn, têlek Flexinol bi 0,51 mm ji Dynalloy, Inc. bû. (a) Grafîk hêza ceribandinê ya ku di du dewran de hatî wergirtin nîşan dide, (c, d) du mînakên serbixwe yên çalakiya çalakkerên milê livîna li ser PACEline CFT/5kN piezoelektrîkî CFT/5kN nîşan dide. wêneyek germahiyê ya ku ji têl SMA bi karanîna nermalava FLIR ResearchIR kamera LWIR hatî kişandin nîşan dide.Parametreyên geometrîkî yên ku di ceribandinan de têne hesibandin di Tabloyê de têne dayîn.yek.
Encamên simulasyonê yên modela matematîkî û encamên ceribandinê di bin şerta voltaja têketinê ya 7V de, wekî ku di Fig.5 de tê xuyang kirin, têne berhev kirin.Li gorî encamên analîzên parametrîkî û ji bo ku îhtîmala zêde germbûna têlê SMA nemîne, hêzek 11,2 W ji çalakgerê re hate peyda kirin.Ji bo dabînkirina 7V wekî voltaja têketinê dabînkirina hêzek DC-ya bernamekirî hate bikar anîn, û herikîna 1.6A li seranserê têlê hate pîvandin.Hêza ku ji hêla ajotinê ve hatî çêkirin û germahiya SDR-ê dema ku niha tê sepandin zêde dibe.Bi voltaja têketinê ya 7V, hêza herî zêde ya derketinê ya ku ji encamên simulasyonê û encamên ceribandinê yên çerxa yekem tê wergirtin bi rêzê ve 78 N û 96 N e.Di çerxa duyemîn de, hêza herî zêde ya derketinê ya encamên simulasyon û ceribandinê bi rêzê 150 N û 105 N bû.Nakokiya di navbera pîvandinên hêza dorpêçkirinê û daneyên ceribandinê de dibe ku ji ber rêbaza ku ji bo pîvandina hêza dorpêçkirinê tê bikar anîn be.Encamên ceribandinê yên ku di jimarê de têne xuyang kirin.5a bi pîvana hêza qefilandinê re têkildar e, ku di encamê de dema ku mêla ajotinê bi veguhezera hêza piezoelektrîkî ya PACEline re têkildar bû, wekî ku di jimarê de tê xuyang kirin re têkildar e.2s.Ji ber vê yekê, gava ku mîla ajotinê bi senzora hêzê re di destpêka qada sarbûnê de ne têkilî ye, hêz tavilê dibe sifir, wekî ku di jimar 2d de tê xuyang kirin.Wekî din, pîvanên din ên ku bandorê li damezrandina hêzê di çerxên paşîn de dikin, nirxên dema sarbûnê û rêjeya veguheztina germahiya konvektîf di çerxa berê de ne.Ji fig.2b, tê dîtin ku piştî heyamek sarbûna 15 çirke, têl SMA negihîşt germahiya odeyê û ji ber vê yekê di çerxa ajotinê ya duyemîn de li gorî çerxa yekem (\(25\, ^{\circ}\hbox {C}\)) xwedan germahiya destpêkê ya bilindtir bû (\(40\,^{\circ }\hbox {C}\)).Bi vî rengî, li gorî çerxa yekem, germahiya têl SMA di dema çerxa germkirinê ya duyemîn de digihîje germahiya destpêkê ya austenite (\(A_s\)) berê û di heyama derbasbûnê de dirêjtir dimîne, di encamê de stres û hêz çêdibe.Ji hêla din ve, dabeşkirina germahiyê di dema çerxên germkirin û sarkirinê de ku ji ceribandin û simulasyonan hatine wergirtin bi mînakên ji analîza termografî re hevsengiyek kalîteyî ya bilind heye.Analîza berawirdî ya daneyên germî yên têlên SMA yên ji ceribandin û simulasyonan domdariyek di dema germkirin û sarbûnê de û di nav toleransên pejirandî yên daneyên ceribandinê de destnîşan kir.Germahiya herî zêde ya têla SMA, ku ji encamên simulasyon û ceribandinên çerxa yekem hatî wergirtin, bi rêzê \(89\,^{\circ }\hbox {C}\) û \(75\,^{\circ }\hbox { C }\) ye, û di çerxa duyemîn de germahiya herî zêde ya têl SMA {3},\\circ {3},\\ci {3}, ^\ci {3}\rc, \\ 9 e. ^{\circ }\ hbox {C}\).Modela bingehîn a pêşkeftî bandora bandora bîranîna şeklê piştrast dike.Di vê vekolînê de rola westandin û germbûna zêde nehat hesibandin.Di pêşerojê de, model dê were çêtir kirin da ku dîroka stresê ya têl SMA-yê tê de bigire, û ew ji bo sepanên endezyariyê maqûltir bike.Hêza derana ajotinê û nexşeyên germahiya SMA yên ku ji bloka Simulink têne wergirtin di bin şert û mercên pêleka voltaja ketina 7 V de di nav toleransên destûrdar ên daneyên ceribandinê de ne. Ev rast û pêbaweriya modela matematîkî ya pêşkeftî piştrast dike.
Modela matematîkî di hawîrdora MathWorks Simulink R2020b de bi karanîna hevkêşeyên bingehîn ên ku di beşa Rêbaz de hatine destnîşan kirin hate pêşve xistin.Li ser hêjîrê.3b diagramek blokê ya modela matematîkê ya Simulink nîşan dide.Model ji bo pêleka voltaja têketina 7V wekî ku di Xiflteya 2a, b de tê xuyang kirin hate simulasyon kirin.Nirxên pîvanên ku di simulasyonê de têne bikar anîn di Tabloya 1-ê de hatine rêz kirin. Encamên simulasyona pêvajoyên derbasbûyî di jimarên 1 û 1 de têne pêşkêş kirin. Hêjmar 3a û 4.4a,b voltaja vekêşandî ya di têla SMA-yê de û hêza ku ji hêla çalakker ve wekî fonksiyonek demê ve hatî çêkirin nîşan dide. Di dema veguherîna berevajî (germkirinê) de, dema ku germahiya têla SMA, \(T <A_s^{\prime}\) (germahiya destpêka qonaxa austenît a bi stres-guhartin), dê rêjeya guherîna perçeya qebareya martensite (\(\dot{\xi }\)) sifir be. Di dema veguherîna berevajî (germkirinê) de, dema ku germahiya têla SMA, \(T <A_s^{\prime}\) (germahiya destpêka qonaxa austenît a bi stres-guhartin), rêjeya guherîna perçeya qebareya martensite (\(\dot{\ xi }\)) dê bibe sifir. Во время обратного превращения (нагрева), когрева), проволоки sma, \ (t <a_s ^ {\ prime} \) ением), СКоность изменония изменония объемной доли мартенсита (\ (\ \ dot {\ xi} \)) будет равно нулю. Di dema veguherîna berevajî (germkirinê) de, dema ku germahiya têla SMA, \(T <A_s^{\prime}\) (germahiya destpêka austenitê ya ku ji stresê hatî guheztin), dê rêjeya guherîna perçeya qebareya martensite (\(\dot{\ xi }\ )) sifir be.在反向转变（加热）过程中，当SMA 线温度\(T < A_s^{\prime}\)（应力修正奥氏体氏体体积分数的变化率（\(\dot{\ xi }\)) 将为零。在 反向 转变 （加热） 中 ， 当 当 当 线 温度 \ (t
(a) Encama simulasyonê ku belavkirina germahiyê û germahiya girêdanê ya ku ji stresê ve hatî çêkirin di çalakkerek divalerate ya SMA-yê de destnîşan dike.Dema ku germahiya têlê di qonaxa germkirinê de germahiya veguheztina austenite derbas dike, germahiya veguheztina austenite ya guhezbar dest pê dike zêde dibe, û bi heman rengî, dema ku germahiya têl di qonaxa sarbûnê de germahiya veguheztina martenzîtîkî derbas dike, germahiya veguheztina martensît kêm dibe.SMA ji bo modela analîtîkî ya pêvajoya çalakkirinê.(Ji bo dîtina hûrgulî ya her bine-pergalek modelek Simulink, li beşa pêvekê ya pelê pêvek binêre.)
Encamên analîzê ji bo dabeşkirina parametreyên cihêreng ji bo du çerxên voltaja têketina 7V (10 çerxên germkirinê û 15 çîleyên sarbûnê) têne xuyang kirin.Dema ku (ac) û (e) belavkirina bi demê re nîşan didin, ji hêla din ve, (d) û (f) bi germahiyê re parvekirinê diyar dikin.Ji bo şert û mercên têketinê yên têkildar, stresa herî zêde ya dîtbar 106 MPa ye (kêmtir ji 345 MPa, hêza hilberandina têlê), hêz 150 N e, jicîhûwarkirina herî zêde 270 μm, û perçeya qebareya martensîtîk a herî kêm 0,91 e.Ji hêla din ve, guherîna stresê û guheztina perçeya qebareya martensite bi germahiyê re mîna taybetmendiyên hîstereziyê ne.
Heman ravekirin ji bo veguheztina rasterast (sarbûn) ji qonaxa austenite berbi qonaxa martensite jî derbas dibe, ku li wir germahiya têl SMA (T) û germahiya dawiya qonaxa martensite ya bi stres-guhartin (\(M_f^{\prime}\ )) xweş e.Li ser hêjîrê.4d,f guheztina tansiyona pêvekirî (\(\sigma\)) û perçeya qebareya martensite (\(\xi\)) di têla SMA de wekî fonksiyonek ji guheztina germahiya têla SMA (T), ji bo her du çerxên ajotinê nîşan dide.Li ser hêjîrê.Xiflteya 3a guherîna germahiya têl SMA bi demê re li gorî pêla voltaja têketinê ve girêdayî nîşan dide.Wekî ku ji wêneyê tê dîtin, germahiya têl bi peydakirina çavkaniyek germê di voltaja sifir û dûv re jî sarbûna konvektîf zêde dibe.Di dema germkirinê de, veguhertina martensîtê ber bi qonaxa austenite ve dest pê dike dema ku germahiya têla SMA (T) germahiya nûkleerî ya austenît a ku bi stres-serrastkirî derbas dibe (\(A_s^{\prime}\)) derbas dibe.Di vê qonaxê de, têl SMA tê pêçandin û çalakger hêzê çêdike.Di heman demê de di dema sarbûnê de, dema ku germahiya têl SMA (T) germahiya nucleasyonê ya qonaxa martensît-guhartî ya stresê (\(M_s^{\prime}\)) derbas dike, ji qonaxa austenite berbi qonaxa martensite vegerek erênî heye.hêza ajotinê kêm dibe.
Aliyên kalîteyê yên sereke yên ajokera bimodal a li ser bingeha SMA-yê ji encamên simulasyonê têne wergirtin.Di rewşa ketina pulsa voltaja de, germahiya têl SMA ji ber bandora germkirina Joule zêde dibe.Nirxa destpêkê ya perçeya qebareya martensite (\(\xi\)) li 1 tête danîn, ji ber ku materyal di destpêkê de di qonaxek bi tevahî martensîtî de ye.Gava ku têl germbûna xwe didomîne, germahiya têl SMA ji germahiya nucleasyona austenitê ya ku bi stres-serrastkirî \(A_s^{\prime}\) derbas dibe, di encamê de perçeya qebareya martensite kêm dibe, wekî ku di Figure 4c de tê xuyang kirin.Bi ser de, di jimar.4e belavkirina lêdanên çalakkerê di wextê de, û di hêjîrê de nîşan dide.5 – hêza ajotinê wek erka demê.Pergalek têkildar a hevkêşeyan germahî, perçeya qebareya martensite, û stresa ku di têlê de çêdibe, di nav xwe de vedihewîne, di encamê de têla SMA û hêza ku ji hêla çalakker ve hatî hilberandin kêm dibe.Wekî ku di jimarê de tê nîşandan.4d, f, guheztina voltaja bi germahiyê û guheztina perçeya qebareya martensite bi germahiyê re bi taybetmendiyên hysteresis ên SMA-yê di doza simulasyonê de li 7 V re têkildar e.
Berawirdkirina pîvanên ajotinê bi ceribandin û hesabên analîtîk ve hate bidestxistin.Têlên 10 çirkeyan di bin voltaja ketina pêlêdan a 7 V de, dûv re 15 çirkeyan (qonaxa sarbûnê) li ser du dewreyan sar bûn.Goşeya pînekirî li \(40^{\circ}\) tê danîn û dirêjahiya destpêkê ya têl SMA di her lingê yek pînê de 83 mm tête danîn.(a) Pîvandina hêza ajotinê bi şaneyek barkirinê (b) Çavdêriya germahiya têlê bi kamerayek infrasor a termal.
Ji bo têgihîştina bandora pîvanên laşî li ser hêza ku ji hêla ajotinê ve hatî hilberandin, analîzek hestiyariya modela matematîkî ya li ser pîvanên laşî yên hilbijartî hate kirin, û pîvan li gorî bandora wan hatin rêz kirin.Pêşîn, nimûneya pîvanên modelê bi karanîna prensîbên sêwirana ceribandinê yên ku li dû belavkirinek yekgirtî dimeşin hate kirin (li Beşa Pêvek li ser Analîza Hesasiyetê binêre).Di vê rewşê de, pîvanên modelê voltaja têketinê (\(V_{in}\)), dirêjahiya têla SMA ya destpêkê (\(l_0\)), goşeya sêgoşeyê (\(\alpha\)), domdariya biharê ya bias (\(K_x\)), rêjeya veguheztina germê ya konvektîf (\(h_T\)) û hejmara şaxên yekdeng in.Di pêngava paşîn de, hêza masûlkeya lûtkeyê wekî pêdivîyek sêwirana lêkolînê hate hilbijartin û bandorên parametrîkî yên her komek guhêrbar li ser hêzê hate bidestxistin.Pîvanên tofanê yên ji bo analîza hestiyariyê ji hevrêzên pêwendiyê yên ji bo her parametreyê hatine derxistin, wekî ku di Xiflteya 6a de tê nîşandan.
(a) Nirxên hevberdanê yên parametreyên modelê û bandora wan li ser hêza hilberîna herî zêde ya 2500 komên bêhempa yên pîvanên modela jorîn di nexşeya tornado de têne destnîşan kirin.Grafîk pêwendiya rêza çend nîşanan nîşan dide.Eşkere ye ku \(V_{in}\) yekane parametre ye ku têkiliyek erênî heye, \(l_0\) jî pîvana ku pêwendiya neyînî ya herî zêde heye.Bandora pîvanên cûrbecûr di navhevokên cihêreng de li ser hêza masûlkeya pezê di (b, c) de tê xuyang kirin.\(K_x\) ji 400 heta 800 N/m û n ji 4 heta 24 diguhere. Voltaj (\(V_{in}\)) ji 4V ber 10V, dirêjiya têl (\(l_{0} \)) ji 40 ber 100 mm guherî, û goşeya dûvikê ji 6 \ci (\} –\) guhert. \).
Li ser hêjîrê.6a ji bo her parameterek bi daxwazên sêwirana hêza ajotinê ya lûtkeyê nexşeyek tornado ya hevkêşeyên cûrbecûr yên pêwendiyê nîşan dide.Ji fig.6a tê dîtin ku pîvana voltajê (\(V_{in}\)) rasterast bi hêza herî zêde ya derketinê re têkildar e, û hevbera veguheztina germê ya konvektîv (\(h_T\)), goşeya şewatê (\ ( \alpha\)), domdariya biharê ya jicîhûwarkirinê ( \(K_x\)) bi dirêjahiya \\mo\MA ya destpêkê, û hejmara yekî ya S-yê re bi neyînî ve girêdayî ye. şaxên dal (n) têkiliyek berevajî ya bihêz nîşan dide Di rewşa pêwendiya rasterast de Di doza ku nirxek bilindtir a hevahengiya voltaja (\(V_ {di}\)) de nîşan dide ku ev parametre bandora herî mezin li ser hilanîna hêzê dike.Analîzek din a bi vî rengî hêza lûtkeyê bi nirxandina bandora pîvanên cihêreng di berhevokên cihêreng ên her du cîhên hesabker de dipîve, wekî ku di jimar 6b, c de tê xuyang kirin.\(V_{di}\) û \(l_0\), \(\alpha\) û \(l_0\) qalibên mîna hev in, û grafîk nîşan dide ku \(V_{li}\) û \(\alpha\ ) û \(\alpha\) xwedan qalibên mîna hev in.Nirxên piçûktir ên \(l_0\) di encamê de hêzên lûtkeyê bilindtir dibin.Herdu xêzên din bi xêza 6a re hevaheng in, ku n û \(K_x\) bi neyînî ve girêdayî ne û \(V_{li}\) bi erênî ve girêdayî ne.Ev vekolîn ji bo diyarkirin û sererastkirina pîvanên bandorker dibe alîkar ku bi wan hêza derketinê, lêdan û karîgeriya pergala ajotinê dikare li gorî hewcedarî û serîlêdanê were adaptekirin.
Xebata lêkolînê ya heyî ajokarên hiyerarşîk ên bi astên N destnîşan dike û lêkolîn dike.Di hiyerarşiyek du-astî de, wekî ku di Xiflteya 7a de tê xuyang kirin, ku li şûna her têl SMA-ya çalakgera asta yekem, verastkirinek bimodal tête bidestxistin, wekî ku di jimarê de tê xuyang kirin.9e.Li ser hêjîrê.7c destnîşan dike ka têl SMA çawa li dora milek guhêzbar (destê alîkar) ku tenê di riya dirêjî de dimeşe, tê çikandin.Lêbelê, milê guhêzbar a seretayî bi heman awayê ku milê guhêzbar a çalakkera pir-qonaxê ya qonaxa 1-ê dimeşîne.Bi gelemperî, ajokerek N-qonaxa bi guheztina têl SMA ya qonaxa \(N-1\) bi ajokerek qonaxa yekem tê afirandin.Wekî encamek, her şax ajokera qonaxa yekem teqlîd dike, ji bilî şaxê ku têl bixwe digire.Bi vî rengî, strukturên hêlînkirî dikarin werin damezrandin ku hêzên ku çend caran ji hêzên ajokarên bingehîn mezintir in diafirînin.Di vê lêkolînê de, ji bo her astê, bi tevahî dirêjahiya têl SMA-ya bandorker a 1 m li ber çavan hat girtin, wekî ku di jimar 7d de di forma tabloyê de tê xuyang kirin.Di her sêwirana yekmodal de herikîna di nav her têlê de û di her beşê têl SMA de pêşgir û voltaja encam di her astê de yek in.Li gorî modela meya analîtîk, hêza derketinê bi astê re bi erênî ve girêdayî ye, lê jicîhûwarkirin bi neyînî ve girêdayî ye.Di heman demê de, di navbera jicîhûwarkirin û hêza masûlkan de danûstendinek hebû.Wekî ku di hêjîrê de tê dîtin.7b, dema ku hêza herî zêde di hejmara herî mezin a qatan de tê bidestxistin, jicîhûwarkirina herî mezin di qata herî jêrîn de tê dîtin.Dema ku asta hiyerarşiyê li ser \(N=5\) hate danîn, hêzek masûlkeya lûtke ya 2,58 kN bi 2 lêdanên \(\upmu\)m ve hat dîtin.Ji hêla din ve, ajokera qonaxa yekem bi lêdana 277 \(\upmu\) m hêzek 150 N çêdike.Çalakgerên pir-astî dikarin masûlkeyên biyolojîkî yên rastîn teqlîd bikin, li cihê ku masûlkeyên çêkirî yên ku li ser bingeha aligirên bîranîna şekil in, dikarin bi tevgerên rast û hûrtir hêzên pir bilindtir biafirînin.Sînorên vê sêwirana piçûkbûyî ev in ku her ku hiyerarşiya zêde dibe, tevger pir kêm dibe û tevliheviya pêvajoya çêkirina ajotinê zêde dibe.
(a) Pergala aktûatorê xêzikî ya alaya hafizeyê ya du qonax (\(N=2\)) di veavakirinek bimodal de tê xuyang kirin.Modela pêşniyarkirî bi guheztina têla SMA-yê di aktîvatora qatkirî ya qonaxa yekem de bi aktîvatorek din a qat-qatek yek-qonaxê ve tête bidest xistin.(c) Veavakirina deformandî ya çalakkera pirrengî ya qonaxa duyemîn.(b) Dabeşkirina hêz û jicîhûwaran li gorî hejmara astan tê vegotin.Hat dîtin ku hêza lûtkeyê ya çalakger bi asta pîvanê ya li ser grafê re erênî ve girêdayî ye, dema ku lêdan bi asta pîvanê re bi neyînî ve girêdayî ye.Niha û pêş-voltaja di her têl de di her astê de domdar dimîne.(d) Tablo di her astê de hejmara tap û dirêjiya têl SMA (fiber) nîşan dide.Taybetmendiyên têlan bi navnîşa 1-ê ve têne destnîşan kirin, û hejmara şaxên duyemîn (yek bi lingê bingehîn ve girêdayî ye) bi hejmara herî mezin a di binnivîsê de têne destnîşan kirin.Mînakî, di asta 5 de, \(n_1\) hejmara têlên SMA yên ku di her avahiyek bimodal de hene, û \(n_5\) vedibêje hejmara lingên alîkar (yek ku bi lingê sereke ve girêdayî ye).
Rêbazên cûrbecûr ji hêla gelek lêkolîneran ve hatine pêşniyar kirin ku modela behreya SMA-yê bi bîranîna şikilî re, ku bi taybetmendiyên termomekanîkî ve girêdayî ye ku bi guheztinên makroskopî yên di strukturên krîstal ên ku bi veguheztina qonaxê ve girêdayî ne ve girêdayî ne.Damezrandina rêbazên damezrîner bi xwezayî tevlihev e.Modela fenomenolojîk a ku herî zêde tê bikar anîn ji hêla Tanaka28 ve tê pêşniyar kirin û di sepanên endezyariyê de bi berfirehî tê bikar anîn.Modela fenomenolojîk a ku ji hêla Tanaka [28] ve hatî pêşniyar kirin destnîşan dike ku perçeya qebareya martensite fonksiyonek berbiçav a germahî û stresê ye.Dûv re, Liang û Rogers29 û Brinson30 modelek pêşniyar kirin ku tê de dînamîkên veguheztina qonaxê wekî fonksiyonek cosîne ya voltaj û germahiyê, bi guheztinên sivik ên modelê ve tê hesibandin.Becker û Brinson modelek kinetîkî ya li ser bingeha diyagrama qonaxê pêşniyar kirin da ku behreya materyalên SMA di bin şert û mercên barkirina keyfî û her weha veguheztinên qismî de model bikin.Banerjee32 rêbaza dînamîk a diyagrama qonaxê ya Bekker û Brinson31 bikar tîne da ku yek dereceyek manipulatorê azadiyê ku ji hêla Elahinia û Ahmadian33 ve hatî pêşve xistin simule bike.Rêbazên kînetîk ên li ser diagramên qonaxê, ku guhartina nemonotonîk a voltaja bi germahiyê re digirin ber çavan, di sepanên endezyariyê de dijwar e ku werin bicîh kirin.Elaxinia û Ahmadian balê dikişînin ser van kêmasiyên modelên fenomenolojîk ên heyî û modelek fenomenolojîk a berfireh pêşniyar dikin ku di bin her şert û mercên barkirinê yên tevlihev de reftarên bîranîna şekil analîz bikin û diyar bikin.
Modela avahîsaziya têl SMA stresê (\(\sigma\)), çewisandinê (\(\epsilon\)), germahiyê (T), û perçeya qebareya martensite (\(\xi\)) ya têlê SMA dide.Modela pêkhatî ya fenomenolojîk pêşî ji hêla Tanaka28 ve hate pêşniyar kirin û paşê ji hêla Liang29 û Brinson30 ve hate pejirandin.Berhevkêşana hevkêşeyê ev e:
ku E modula SMA Young a girêdayî qonaxê ye ku bi \(\displaystyle E=\xi E_M + (1-\xi )E_A\) û \(E_A\) û \(E_M\) ku modula Young temsîl dike, bi rêzê, qonaxên austenîtîk û martensîtî têne wergirtin, û hevahenga \t bi berferehbûna \T ve tê nîşandan.Faktora tevkariya veguheztina qonaxê \(\ Omega = -E \epsilon _L\) ye û \(\epsilon _L\) di têla SMA de çenga herî zêde ya ku tê vegerandin e.
Wekheviya dînamîkên qonaxê bi fonksiyona kosînusê ya ku ji hêla Liang29 ve hatî pêşve xistin û paşê ji hêla Brinson30 ve hatî pejirandin li şûna fonksiyona berbiçav a ku ji hêla Tanaka28 ve hatî pêşniyar kirin re hevaheng e.Modela veguherîna qonaxê dirêjkirina modela ku ji hêla Elakhinia û Ahmadian34 ve hatî pêşniyar kirin e û li ser bingeha şertên veguheztina qonaxê yên ku ji hêla Liang29 û Brinson30 ve hatine guheztin e.Mercên ku ji bo vê modela veguheztina qonaxê têne bikar anîn di bin barkirinên termomekanîkî yên tevlihev de derbasdar in.Di her kêliya demê de, nirxa beşê qebareya martensîtê dema ku hevkêşeya damezrîner model dike tê hesibandin.
Wekheviya veguhertinê ya desthilatdar, ku bi veguherîna martensite bo austenite di bin şert û mercên germkirinê de tête diyar kirin, wiha ye:
cihê ku \(\xi\) beşa qebareya martensîtê ye, \(\xi _M\) rêjeya qebareya martensîtê ye ku berî germkirinê tê bidestxistin, \(\displaystyle a_A = \pi /(A_f – A_s)\), \ ( \displaystyle b_A = -a_A/C_A\) û \(C_Aroxim/C_A\) û \(C_Aroxim, T/Aroxim) û parastî \(C_Aroxim\) û parastî \ MA (A_f\) - destpêk û dawiya qonaxa austenite, bi rêzê, germahî.
Wekheviya kontrolkirina veguherîna rasterast, ku bi veguherîna qonaxa austenite ber bi martensite di bin şert û mercên sarbûnê de tê temsîl kirin, ev e:
cihê ku \(\xi _A\) rêjeya qebareya martensîtê ye ku berî sarbûnê tê bidestxistin, \(\displaystyle a_M = \pi /(M_s – M_f)\), \(\displaystyle b_M = -a_M/C_M\) û \ (C_M \) – Parametreyên guncandîtina kulmê, T – germahiya têl SMA ya dawîn, germahiya destpêkê ya SMA, bi rêzdarî (M) .
Piştî hevkêşeyên (3) û (4) ji hev cuda dibin, hevkêşeyên veguhertina berevajî û rasterast bi forma jêrîn têne hêsan kirin:
Di dema veguherîna pêş û paş de \(\eta _{\sigma}\) û \(\eta _{T}\) nirxên cûda digirin.Hevkêşeyên bingehîn ên ku bi \(\eta _{\sigma}\) û \(\eta _{T}\) ve girêdayî ne hatine derxistin û di beşek din de bi berfirehî hatine nîqaş kirin.
Enerjiya termalê ya ku ji bo bilindkirina germahiya têla SMA hewce dike ji bandora germkirinê ya Joule tê.Enerjiya germî ya ku ji hêla têl SMA ve tê vegirtin an berdan bi germahiya dereng a veguherînê tê destnîşan kirin.Wendabûna germê ya di têl SMA de ji ber vekêşana bi zorê ye, û ji ber bandora tîrêjê ya neguhêrbar, hevkêşeya hevsengiya enerjiya germahiyê wiha ye:
Cihê ku \(m_{têl}\) girseya giştî ya têl SMA ye, \(c_{p}\) kapasîteya germê ya taybetî ya SMA ye, \(V_{in}\) voltaja ku li têlê tê sepandin e, \(R_{ohm} \ ) - SMA-ya berxwedana girêdayî qonaxê, wekî tê pênase kirin;\(R_{ohm} = (l/A_{xaç})[\xi r_M + (1-\xi )r_A]\ ) ku \(r_M\ ) û \(r_A\) bi rêzê ve berxwedêriya qonaxa SMA di martensite û austenite de ne, \(A_{c}\) \(A_{c}\) şeklê rûbera têltoyê \\D şiklê rûbera bîra \\D e.Germaya dereng a derbasbûna têlê, T û \(T_{\infty}\) bi rêzê germahiya têl SMA û hawîrdorê ne.
Dema ku têl têl alloyek bîranînê tê xebitandin, têl tê pêçandin, di her şaxek sêwirana bimodal de hêzek bi navê hêza fiberê diafirîne.Hêzên fîberan di her stûnek têla SMA de bi hev re hêza masûlkeyê diafirînin ku tevbigerin, wekî ku di jimar 9e de tê xuyang kirin.Ji ber hebûna biharek biaskar, hêza tevayî ya masûlkeya çalakkera pirreng a N-ê ev e:
Li şûna \(N = 1\) di hevkêşana (7) de, hêza masûlkeya prototîpa ajotina bimodal a qonaxa yekem bi vî rengî dikare were bidestxistin:
ku n hejmara lingên yekmodal e, \(F_m\) hêza masûlkeyê ye ku ji hêla ajotinê ve hatî hilberandin, \(F_f\) hêza fîberê ya di têla SMA de ye, \(K_x\) hişkbûna biasê ye.bihar, \(\alpha\) goşeya sêgoşeyê ye, \(x_0\) guheztina destpêkê ya bihara biasê ye ku kabloya SMA di pozîsyona pêş-tengkirî de digire, û \(\Delta x\) rêwîtiya çalakker e.
Tevahiya jicîhûwarkirin an tevgera ajokerê (\(\Delta x\)) li gorî voltaja (\(\sigma\)) û çenga (\(\epsilon\)) li ser têla SMA ya qonaxa N-ê ve girêdayî ye, ajoker li gorî (li Fig. Beşa zêde ya derketinê binêre):
Hevkêşeyên kinematîk têkiliya di navbera deformasyona ajotinê (\(\epsilon\)) û jicîhûwarkirin an jicîhûwarkirinê (\(\Delta x\)) dide.Deformasyona têl Arb wekî fonksiyona dirêjahiya têla Arb ya destpêkê (\(l_0\)) û dirêjahiya têl (l) di her kêliyek t de di şaxek yekmodal de wiha ye:
ku \(l = \sqrt{l_0^2 +(\Delta x_1)^2 – 2 l_0 (\Delta x_1) \cos \alpha _1}\) bi sepandina formula kosînusê ya di \(\Delta\)ABB' de, wekî ku di jimar 8 de tê xuyang kirin, tê wergirtin. ), û \(\alpha _1\) e \(\alpha \) ye wek ku di jimar 8 de tê xuyang kirin, bi cudakirina demê ji hevkêşana (11) û guheztina nirxa l-ê, rêjeya tansiyonê dikare wekî:
ku \(l_0\) dirêjahiya destpêkê ya têla SMA ye, l dirêjahiya têlê ye di her kêliyê de t di şaxek yekmodal de, \(\epsilon\) deformasyona di têla SMA de hatî pêşve xistin, û \(\alpha \) goşeya sêgoşeyê ye, \(\Delta x\) guheztina ajotinê ye (wek ku di 8 de tê xuyang kirin).
Hemî n strukturên yek-lûtke (\(n=6\) di vê jimarê de) bi rêzikan bi \(V_{in}\) wekî voltaja têketinê ve girêdayî ne.Qonaxa I: Diyagrama şematîkî ya têl SMA di veavakirinek bimodal de di bin şert û mercên voltaja sifir de Qonax II: Avahiyek kontrolkirî tê xuyang kirin ku têla SMA ji ber veguheztina berevajî tê pêçandin, wekî ku ji hêla xeta sor ve hatî destnîşan kirin.
Wekî delîlek têgehê, ajokerek bimodal a SMA-yê hate pêşve xistin da ku derxistina simulasyona hevkêşeyên bingehîn bi encamên ceribandinê re ceribandin.Modela CAD ya çalakkera xêzikî ya bimodal di jimarê de tê xuyang kirin.9a.Ji aliyê din ve, di jimar.9c sêwiranek nû nîşan dide ku ji bo pêwendiyek prîzmatîk a zivirî ku bi kargêrek du-balafir-based SMA-ya bi avahiyek bimodal ve tê pêşniyar kirin.Parçeyên ajotinê bi karanîna hilberîna lêzêdekirî li ser çapkerek 3D ya Ultimaker 3 Extended hatine çêkirin.Madeya ku ji bo çapkirina 3D ya pêkhateyan tê bikar anîn polîkarbonat e ku ji bo materyalên berxwedêr ên germê maqûl e ji ber ku ew bi hêz, xwerû ye û xwedan germahiya veguheztina camê ya bilind e (110-113 \(^{\circ }\) C).Ji bilî vê, Dynalloy, Inc. Di ceribandinan de têl alloy bîra şeklê Flexinol hate bikar anîn, û di simulasyonan de taybetmendiyên maddî yên ku bi têla Flexinol re têkildar in hatine bikar anîn.Gelek têlên SMA wekî fîberên ku di birêkûpêkek bimodal a masûlkan de hene têne rêz kirin da ku hêzên bilind ên ku ji hêla çalakkerên pirreng ve têne hilberandin bistînin, wekî ku di Fig. 9b, d de tê xuyang kirin.
Wekî ku di jimar 9a de tê xuyang kirin, goşeya tûj ku ji hêla têl SMA-ya milê guhezbar ve hatî çêkirin, jê re goşe (\(\alpha\)) tê gotin.Li gel kelepên termînalê yên ku bi kempên çep û rast ve hatine girêdan, têl SMA li goşeya bimodal a xwestî tê girtin.Amûra biharê ya biasê ku li ser girêdana biharê tê girtin, ji bo ku komên cûda yên dirêjkirina bihara biasê li gorî hejmara (n) fîberên SMA-yê rast bike, hatî çêkirin.Digel vê yekê, cîhê perçeyên tevgerê bi vî rengî hatî sêwirandin ku têla SMA ji bo sarbûna bi darê zorê li hawîrdora derve tê xuyang kirin.Peleyên jorîn û jêrîn ên meclîsa veqetandî alîkarî dikin ku têla SMA bi qutiyên jêkirî yên ku ji bo kêmkirina giraniyê hatine çêkirin sar bimînin.Digel vê yekê, her du dawiya têla CMA-yê bi rêzê, bi rêgezek li termînalên çep û rastê ve têne rast kirin.Plungerek bi yek dawiya kombûna gerok ve tê girêdan da ku paqijiya di navbera lewheyên jorîn û jêrîn de biparêze.Plunger di heman demê de tê bikar anîn da ku hêzek astengkirinê li ser senzorê bi têkiliyek were sepandin da ku dema ku têla SMA tê çalak kirin hêza astengkirinê bipîve.
Struktura masûlkeya bimodal SMA bi elektrîkî bi rêz ve girêdayî ye û ji hêla voltaja pêlêdana têketinê ve tê hêz kirin.Di dema çerxa nebza voltajê de, dema ku voltaj tê sepandin û têla SMA li ser germahiya destpêkê ya austenît tê germ kirin, dirêjahiya têlê di her stûnê de kurt dibe.Ev paşvekişandin binesaziya milê guhêzbar çalak dike.Dema ku voltaja di heman çerxê de sifir bû, têla SMA ya germkirî li binê germahiya rûbera martensite hate sar kirin, bi vî rengî vedigere rewşa xweya bingehîn.Di bin şert û mercên stresê yên sifir de, têla SMA pêşî bi pasîf bi biharek bias ve tê dirêj kirin da ku bigihîje rewşa martensîtî ya detwinned.Pişka ku têla SMA jê re derbas dibe, ji ber pêlêdana ku bi sepandina pêleka voltajê li têla SMA-yê ve hatî çêkirin dimeşe (SPA digihîje qonaxa austenite), ku dibe sedema çalakkirina levera guhezbar.Dema ku têl SMA tê paşvekişandin, bihara bias bi dirêjkirina biharê hêzek dijber diafirîne.Dema ku tansiyona di voltaja impulsê de bibe sifir, têla SMA dirêj dibe û ji ber sarbûna konveksiyonê ya bi zorê şeklê xwe diguhezîne, digihîje qonaxek martensîtî ya ducar.
Pergala aktûatorê xêzkirî ya li ser bingeha SMA-ya pêşniyarkirî xwedan vesazkirinek bimodal e ku tê de têlên SMA têne goşe kirin.(a) modelek CAD ya prototîpê nîşan dide, ku ji bo prototîpê hin beşan û wateyên wan vedibêje, (b, d) prototîpa ceribandina pêşkeftî35 temsîl dike.Dema ku (b) bi girêdanên elektrîkê û kaniyên bias û pîvanên tîrêjê ve têne bikar anîn dîmenek jorîn a prototîpê nîşan dide, (d) dîmenek perspektîfê ya sazkirinê nîşan dide.(e) Diagrama pergalek aktîvkirina xêzikî ya bi têlên SMA-yê yên ku di her kêliyê de bi modalîkî têne danîn, rê û rêça fîber û hêza masûlkeyê nîşan dide.(c) Têkiliyek prizmatîk a zivirî ya 2-DOF ji bo bicîhkirina çalakgerek SMA-ya du-firoke hate pêşniyar kirin.Wekî ku tê xuyang kirin, girêdan tevgera xêzikî ji ajokera jêrîn berbi milê jorîn vediguhezîne, pêwendiyek zivirî diafirîne.Ji hêla din ve, tevgera cotê prisman wekî tevgera ajokera qonaxa yekem a pirreng e.
Lêkolînek ezmûnî li ser prototîpa ku di Xiflteya 9b de hatî xuyang kirin hate kirin da ku performansa ajokerek bimodal a li ser bingeha SMA binirxîne.Wekî ku di Figure 10a de tê xuyang kirin, sazkirina ceribandinê ji dabînkerek hêzek DC-ya bernamekirî pêk tê da ku voltaja têketinê ji têlên SMA re peyda bike.Wekî ku di jimarê de tê nîşandan.10b, pîvanek tengahiyê ya piezoelektrîkî (PACEline CFT / 5kN) hate bikar anîn da ku hêza astengkirinê bi karanîna danûstendinek daneya Graphtec GL-2000 bipîve.Daneyên ji hêla mêvandar ve ji bo lêkolîna bêtir têne tomar kirin.Pîvan û amplifikatorên barkirinê hewceyê dabînkirina hêzek domdar hewce dike ku nîşanek voltajê hilberîne.Nîşaneyên peywendîdar li gorî hesasiyeta senora hêza piezoelektrîkî û pîvanên din ên ku di Tabloya 2-ê de têne diyar kirin têne veguheztin derketinên hêzê. Dema ku pêleka voltajê tê sepandin, germahiya têla SMA zêde dibe, û dibe sedema ku têl SMA biqelişe, ku dibe sedem ku aktûator hêzê çêbike.Encamên ceribandinê yên derketina hêza masûlkeyê bi pêleka voltaja têketinê ya 7 V di jimarê de têne xuyang kirin.2a.
(a) Di ceribandinê de pergalek çalakkerê xêzik-based SMA hate saz kirin da ku hêza ku ji hêla çalakker ve hatî hilberandin bipîve.Hucreya barkirinê hêza astengkirinê dipîve û ji hêla dabînkirina hêzek 24 V DC ve tê hêz kirin.Di dirêjahiya kabloyê de daketinek voltaja 7 V bi karanîna dabînkirina hêza DC ya bernamekirî ya GW Instek hate sepandin.Têla SMA ji ber germê piçûk dibe, û milê guhêzbar bi hucreya barkirinê re têkilî dike û hêzek asteng dike.Hucreya barkirinê bi danekêşana GL-2000 ve girêdayî ye û dane ji bo pêvajoyek din li ser mêvandar têne hilanîn.(b) Diagram ku zincîra pêkhateyên sazûmana ceribandinê ya ji bo pîvandina hêza masûlkeyê nîşan dide.
Alîgirên bîranînê yên şikil ji hêla enerjiya germî ve têne heyecan kirin, ji ber vê yekê germahî dibe parametreyek girîng ji bo lêkolîna fenomena bîranîna şikil.Bi ceribandinê, wekî ku di Xiflteya 11a de tê xuyang kirin, pîvandina germahiyê û pîvandina germahiyê li ser prototîpek çalakkerek divalerate ya li ser bingeha SMA-yê hate kirin.Çavkaniyek DC ya bernamekirî voltaja têketinê li têlên SMA-yê di sazûmana ceribandinê de sepandiye, wekî ku di Figure 11b de tê xuyang kirin.Guherîna germahiya têla SMA-yê di wextê rast de bi karanîna kamerayek LWIR-ê ya rezîliya bilind (FLIR A655sc) hate pîvandin.Mêvan nermalava ResearchIR bikar tîne da ku daneyan ji bo paş-pêvajoya din tomar bike.Dema ku nebza voltajê tê sepandin, germahiya têl SMA zêde dibe, dibe sedema ku têl SMA piçûk bibe.Li ser hêjîrê.Xiflteya 2b encamên ceribandî yên germahiya têl SMA beramberî demê ji bo pêleka voltaja têketina 7V nîşan dide.
Dema şandinê: Sep-28-2022