Nature.com сайтына киргениңиз үчүн рахмат.Сиз колдонуп жаткан серепчинин версиясы чектелген CSS колдоосуна ээ.Мыкты тажрыйба үчүн жаңыртылган браузерди колдонууну сунуштайбыз (же Internet Explorerдеги Шайкештик режимин өчүрүү).Ал ортодо, үзгүлтүксүз колдоону камсыз кылуу үчүн биз сайтты стилдерсиз жана JavaScriptсиз көрсөтөбүз.
Иштөөчү механизмдер бардык жерде колдонулат жана өндүрүштө жана өнөр жай автоматташтырууда ар кандай операцияларды аткаруу үчүн туура дүүлүктүрүү күчүн же моментин колдонуу менен башкарылуучу кыймылды жаратат.Тезирээк, кичирээк жана эффективдүү дисктерге болгон муктаждык диск дизайнында инновацияларды жаратууда.Shape Memory Alloy (SMA) дисктери кадимки дисктерге караганда бир катар артыкчылыктарды, анын ичинде кубаттуу-салмактын жогорку катышын сунуштайт.Бул диссертацияда биологиялык системалардын канаттуу булчуңдарынын артыкчылыктарын жана СМАнын уникалдуу касиеттерин айкалыштырган эки канаттуу SMA негизиндеги кыймылдаткыч иштелип чыккан.Бул изилдөө эки модалдык SMA зымынын түзүлүшүнүн негизинде жаңы кыймылдаткычтын математикалык моделин иштеп чыгуу жана аны эксперименталдык түрдө сынап көрүү аркылуу мурунку SMA кыймылдаткычтарын изилдейт жана кеңейтет.SMA негизиндеги белгилүү дисктерге салыштырмалуу жаңы дисктин кыймылдаткыч күчү жок дегенде 5 эсе жогору (150 Нга чейин).Тиешелүү салмак жоготуу болжол менен 67% ды түзөт.Математикалык моделдердин сезгичтик анализинин натыйжалары дизайн параметрлерин тууралоо жана негизги параметрлерди түшүнүү үчүн пайдалуу.Бул изилдөө андан ары динамиканы андан ары жакшыртуу үчүн колдонула турган көп деңгээлдүү N-этап дискин сунуштайт.SMA негизиндеги дипвалерациялык булчуң кыймылдаткычтары имараттарды автоматташтыруудан баштап, дары жеткирүүнүн так системаларына чейин кеңири спектрге ээ.
Биологиялык системалар, мисалы, сүт эмүүчүлөрдүн булчуң структуралары көптөгөн кылдат кыймылдаткычтарды активдештире алат1.Сүт эмүүчүлөрдүн ар бири белгилүү бир максатка кызмат кылган ар кандай булчуң түзүлүштөрү бар.Бирок, сүт эмүүчүлөрдүн булчуң кыртышынын түзүлүшүнүн көп бөлүгүн эки кеңири категорияга бөлүүгө болот.Параллель жана пеннат.Аты айтып тургандай, тарамыштар жана башка бүктөөлөр менен параллелдүү булчуң борбордук тарамышка параллелдүү булчуң жипчелерине ээ.Булчуң жипчелеринин чынжырчасы тизилип, аларды курчап турган тутумдаштыргыч ткань менен функционалдуу түрдө байланышат.Бул булчуңдардын чоң экскурсия (пайыз кыскаруусу) бар деп айтылса да, алардын жалпы булчуң күчү абдан чектелген.Ал эми үч баштын музоо булчуңунда2 (каптал гастрокнемиус (GL)3, орто гастрокнемия (GM)4 жана солеус (SOL)) жана арткы санда (төрт баш баш)5,6 пеннат булчуң ткандары ар бир булчуңда кездешет7.Пиннаттуу түзүлүштө эки тараптуу булчуң булчуң жипчелери борбордук тарамыштын эки тарабында кыйгач бурчтарда (pinnate бурчтар) болот.Pennate латын сөзүнөн келип чыккан "penna", "калем" дегенди билдирет жана, сүрөттө көрсөтүлгөндөй.1 мамык сымал көрүнүшү бар.Пеннат булчуңдардын жипчелери кыскараак жана булчуңдун узунунан кеткен огуна бурчтуу.Пиннаттуу түзүлүшкө байланыштуу бул булчуңдардын жалпы кыймылдуулугу төмөндөйт, бул кыскартуу процессинин туурасынан жана узунунан компоненттерине алып келет.Башка жагынан алганда, бул булчуңдардын активдештирүү физиологиялык кесилишинин аянтын өлчөө жолуна байланыштуу жалпы булчуң күчүнүн жогорулашына алып келет.Демек, берилген кесилиш аянты үчүн пеннат булчуңдары параллелдүү жипчелери бар булчуңдарга караганда күчтүүрөөк жана жогорку күчтөрдү жаратат.Жеке жипчелер тарабынан пайда болгон күчтөр ошол булчуң тканында макроскопиялык деңгээлде булчуң күчтөрүн жаратат.Мындан тышкары, ал тез кичирейүү, чыңалуудан коргоо, жумшартуу сыяктуу уникалдуу касиеттерге ээ.Бул булчуң линиялары менен байланышкан жипченин жайгашуусунун уникалдуу өзгөчөлүктөрүн жана геометриялык татаалдыгын пайдалануу менен була киргизүү менен булчуң күчүн чыгаруунун ортосундагы мамилени өзгөртөт.
Бимодалдык булчуң архитектурасына карата болгон SMA негизиндеги кыймылдаткыч конструкцияларынын схемалык диаграммалары көрсөтүлгөн, мисалы (a), SMA зымдары менен иштетилген кол түрүндөгү түзүлүш эки дөңгөлөктүү автономдуу мобилдик роботко орнотулган тактилдик күчтүн өз ара аракеттенүүсүн билдирет9,10., (б) Антагонисттик жайгаштырылган SMA пружинасы бар орбиталык протез менен роботтук орбиталык протез.Протездик көздүн абалы көздүн булчуң булчуңунан келген сигнал менен башкарылат11, (c) SMA кыймылдаткычтары жогорку жыштык реакциясы жана өткөрүү жөндөмдүүлүгү төмөн болгондуктан, суу астындагы колдонмолор үчүн идеалдуу.Бул конфигурацияда SMA кыймылдаткычтары балыктардын кыймылын симуляциялоо аркылуу толкун кыймылын түзүү үчүн колдонулат, (d) SMA кыймылдаткычтары 10-каналдын ичиндеги SMA зымдарынын кыймылы менен башкарылуучу дюйм курт кыймылынын принцибинде иштей ала турган микро түтүктөрдү текшерүү роботун түзүү үчүн колдонулат, (e) булчуң жипчелеринин жыйрылышынын багытын көрсөтөт жана булчуң жипчелеринин жыйрылышынын багытын көрсөтөт. с пеннат булчуң түзүлүшүндө.
Колдонуулардын кеңири спектринен улам кыймылдаткычтар механикалык системалардын маанилүү бөлүгү болуп калды.Ошондуктан, кичирээк, тезирээк жана эффективдүү дисктерге муктаждык өтө маанилүү болуп калат.Артыкчылыктарына карабастан, салттуу дисктер кымбат жана көп убакытты талап кылат.Гидравликалык жана пневматикалык кыймылдаткычтар татаал жана кымбат жана эскирүү, майлоо көйгөйлөрү жана тетиктердин бузулушуна дуушар болушат.Суроо-талапка жооп иретинде, акылдуу материалдарга негизделген экономикалык жактан үнөмдүү, өлчөмдөрү оптималдаштырылган жана өркүндөтүлгөн кыймылдаткычтарды иштеп чыгууга көңүл бурулат.Учурдагы изилдөөлөр бул муктаждыкты канааттандыруу үчүн формалык эс тутум эритмеси (SMA) катмарлуу кыймылдаткычтарды карап жатат.Иерархиялык кыймылдаткычтар уникалдуу болуп саналат, анткени алар көптөгөн дискреттик кыймылдаткычтарды геометриялык татаал макро масштабдагы подсистемаларга бириктирип, кеңейтилген жана кеңейтилген функцияларды камсыз кылат.Бул жагынан алганда, жогоруда сүрөттөлгөн адамдын булчуң тканы мындай көп катмарлуу аракеттин эң сонун көп катмарлуу мисалы болуп саналат.Учурдагы изилдөө бир нече жеке диск элементтери (SMA зымдары) менен көп деңгээлдүү SMA драйвын сүрөттөйт, бул бимодалдык булчуңдардагы була ориентацияларына ылайыкташтырылган, бул дисктин жалпы иштешин жакшыртат.
Аткаруучунун негизги максаты - электр энергиясын айландыруу аркылуу күч жана жылыш сыяктуу механикалык кубаттуулукту өндүрүү.Форма эстутум эритмелери жогорку температурада формасын калыбына келтире турган "акылдуу" материалдардын классы болуп саналат.Жогорку жүктөмдөрдүн астында SMA зымынын температурасынын жогорулашы форманын калыбына келишине алып келет, натыйжада ар кандай түздөн-түз байланышкан акылдуу материалдарга салыштырмалуу энергиянын тыгыздыгы жогору болот.Ошол эле учурда, механикалык жүктөм астында, SMA морт болуп калат.Белгилүү бир шарттарда циклдик жүк механикалык энергияны өзүнө сиңирип, бошотуп, формасынын өзгөрүүчү гистеретикалык өзгөрүшүн көрсөтө алат.Бул уникалдуу касиеттери SMA сенсорлор, титирөөнү басаңдатуучу жана өзгөчө кыймылдаткычтар үчүн идеалдуу кылат12.Муну эске алуу менен, SMA негизиндеги дисктер боюнча көптөгөн изилдөөлөр жүргүзүлдү.Белгилей кетчү нерсе, SMA негизиндеги кыймылдаткычтар ар кандай тиркемелер үчүн котормо жана айлануу кыймылын камсыз кылуу үчүн иштелип чыккан13,14,15.Кээ бир айланма кыймылдаткычтар иштелип чыкканы менен, изилдөөчүлөр сызыктуу кыймылдаткычтарга өзгөчө кызыгышат.Бул сызыктуу жетектөөчү механизмдерди үч түргө бөлүүгө болот: бир өлчөмдүү, орун алмаштыруучу жана дифференциалдык кыймылдаткычтар 16 .Башында гибриддик дисктер SMA жана башка кадимки дисктер менен айкалышта түзүлгөн.SMA негизиндеги гибриддик сызыктуу кыймылдаткычтын бир мисалы - 100 Н жакын чыгаруу күчүн жана олуттуу жылышууну камсыз кылуу үчүн туруктуу кубаты бар SMA зымды колдонуу.
Толугу менен SMAга негизделген дисктердин алгачкы өнүгүүлөрүнүн бири SMA параллелдүү диск болгон.Бир нече SMA зымдарын колдонуу менен, SMA негизиндеги параллелдүү диск бардык SMA18 зымдарын параллелдүү жайгаштыруу менен дисктин кубаттуулугун жогорулатуу үчүн иштелип чыккан.Жүргүзүүчү механизмдерди параллель туташтыруу көбүрөөк кубаттуулукту гана талап кылбастан, бир зымдын чыгыш кубаттуулугун да чектейт.SMA негизиндеги кыймылдаткычтардын дагы бир кемчилиги - алар жетише турган чектелген саякат.Бул көйгөйдү чечүү үчүн, жылышууну жогорулатуу жана сызыктуу кыймылга жетишүү үчүн ийкемдүү ийкемдүү нурду камтыган SMA кабелдик нур түзүлдү, бирок жогорку күчтөрдү пайда кылган жок19.Форма эс тутумунун эритмелеринин негизинде роботтор үчүн жумшак деформациялануучу структуралар жана кездемелер негизинен таасирди күчөтүү үчүн иштелип чыккан20,21,22.Жогорку ылдамдык талап кылынган колдонмолор үчүн, микронасос менен башкарылуучу колдонмолор үчүн жука пленкалуу SMAларды колдонгон компакттуу насостор билдирилди23.Жука пленка SMA мембранасынын диск жыштыгы айдоочунун ылдамдыгын көзөмөлдөөдө негизги фактор болуп саналат.Ошондуктан, SMA сызыктуу кыймылдаткычтары SMA жазгы же таяк моторлоруна караганда жакшыраак динамикалык жоопко ээ.Жумшак робототехника жана кармагыч технологиясы SMA негизиндеги кыймылдаткычтарды колдонгон башка эки колдонмо.Мисалы, 25 Н мейкиндик кыскычында колдонулган стандарттуу кыймылдаткычты алмаштыруу үчүн формалык эс тутумдун эритмесинде параллелдүү кыймылдаткыч 24 иштелип чыккан.Башка учурда, SMA жумшак кыймылдаткычы 30 Н максималдуу тартуу күчүн чыгарууга жөндөмдүү камтылган матрицасы бар зымдын негизинде жасалган. Механикалык касиеттеринен улам SMAлар биологиялык кубулуштарды туураган кыймылдаткычтарды өндүрүү үчүн да колдонулат.Мындай өнүгүүнүн бири 12 клеткалуу роботту камтыйт, ал SMA менен сөөлжан сымал организмдин биомиметикасы болуп, отко синусоидалдык кыймылды жаратат26,27.
Мурда айтылгандай, учурдагы SMA негизиндеги кыймылдаткычтардан алынуучу максималдуу күчтүн чеги бар.Бул маселени чечүү үчүн, бул изилдөө biomimetic bimodal булчуң түзүлүшүн сунуш кылат.Форма эстутум эритме зым менен шартталган.Бул бир нече формалык эс эритме зымдарын камтыган классификация системасын камсыз кылат.Бүгүнкү күнгө чейин, адабияттарда окшош архитектурасы бар SMA негизиндеги кыймылдаткычтар билдирилген эмес.SMA негизделген бул уникалдуу жана роман системасы bimodal булчуң тегиздөө учурунда SMA жүрүм-турумун изилдөө үчүн иштелип чыккан.Учурдагы SMA негизиндеги кыймылдаткычтарга салыштырмалуу, бул изилдөөнүн максаты кичинекей көлөмдө кыйла жогору күчтөрдү пайда кылуу үчүн биомиметикалык дипвалератты кыймылдаткычты түзүү болгон.HVAC имараттарын автоматташтыруу жана башкаруу тутумдарында колдонулган кадимки кадамдык кыймылдаткыч менен башкарылуучу дисктерге салыштырмалуу, сунушталган SMA негизиндеги бимодалдык диск дизайны диск механизминин салмагын 67% га азайтат.Төмөндө "булчуң" жана "диск" терминдери синоним катары колдонулат.Бул изилдөө мындай дисктин мультифизикалык симуляциясын изилдейт.Мындай системалардын механикалык жүрүм-туруму эксперименталдык жана аналитикалык методдор менен изилденген.Күчтөрдүн жана температуранын бөлүштүрүлүшү 7 В кириш чыңалууда андан ары изилденди. Андан кийин негизги параметрлер менен чыгуучу күчтүн ортосундагы байланышты жакшыраак түшүнүү үчүн параметрдик анализ жүргүзүлдү.Акырында, иерархиялык кыймылдаткычтар болжолдонгон жана иерархиялык деңгээлдеги эффекттер протездик колдонуу үчүн магниттик эмес кыймылдаткычтар үчүн келечектеги потенциалдуу аймак катары сунушталган.Жогоруда айтылган изилдөөлөрдүн натыйжалары боюнча, бир баскычтуу архитектураны колдонуу SMA негизиндеги кыймылдаткычтарга караганда кеминде төрт-беш эсе көп күчтөрдү чыгарат.Кошумчалай кетсек, көп деңгээлдүү көп деңгээлдүү диск тарабынан жаралган ошол эле кыймылдаткыч күчү кадимки SMA негизиндеги дисктерге караганда он эсе көп экени далилденген.Изилдөө андан кийин ар кандай конструкциялар жана киргизүү өзгөрмөлөрүнүн ортосундагы сезгичтиктин анализин колдонуу менен негизги параметрлерди билдирет.SMA зымынын баштапкы узундугу (\(l_0\)), пиннат бурчу (\(\альфа\)) жана ар бир жеке жиптеги жалгыз жиптердин саны (n) кыймылдаткыч күчтүн чоңдугуна катуу терс таасирин тийгизет.күч, ал эми кириш чыңалуу (энергия) оң корреляцияланган болуп чыкты.
SMA зымы никель-титан (Ni-Ti) эритмелеринин үй-бүлөсүндө байкалган формалык эс тутум эффектин (SME) көрсөтөт.Эреже катары, SMAs температурага көз каранды эки фазаны көрсөтөт: төмөнкү температура фазасы жана жогорку температура фазасы.Эки фаза тең ар кандай кристаллдык структуралардын болушунан улам уникалдуу касиеттерге ээ.Аустенит фазасында (жогорку температура фазасы) трансформация температурасынан жогору болгон материал жогорку күчкө ээ жана жүк астында начар деформацияланат.Эритме дат баспас болоттон жасалгандай иштейт, ошондуктан ал жогорку кыймылдаткыч басымга туруштук бере алат.Ni-Ti эритмелеринин бул касиетинен пайдаланып, SMA зымдары кыймылдаткычты түзүү үчүн жантайт.Ар кандай параметрлердин жана ар кандай геометриянын таасири астында СМАнын жылуулук жүрүм-турумунун фундаменталдык механикасын түшүнүү үчүн тиешелүү аналитикалык моделдер иштелип чыккан.Эксперименттик жана аналитикалык натыйжалардын ортосунда жакшы макулдашуу алынды.
Эксперименталдык изилдөө SMA негизинде бимодалдык дисктин аткарууну баалоо үчүн сүрөттө 9a көрсөтүлгөн прототиби боюнча жүргүзүлгөн.Бул касиеттердин экөөсү, диск тарабынан түзүлгөн күч (булчуң күчү) жана SMA зымынын температурасы (SMA температурасы) эксперименталдык түрдө өлчөнгөн.Дисктеги зымдын бүткүл узундугу боюнча чыңалуу айырмасы өскөн сайын зымдын температурасы Джоуль ысытуу эффектисинин эсебинен жогорулайт.Киргизүү чыңалуусу 10 секунддук эки циклде (2а, б-сүрөттө кызыл чекиттер катары көрсөтүлгөн) ар бир циклдин ортосунда 15 с муздатуу мезгили менен колдонулган.Бөгөттөө күчү пьезоэлектрдик штамм өлчөгүчтүн жардамы менен өлчөнгөн жана SMA зымынын температурасынын бөлүштүрүлүшү илимий даражадагы жогорку резолюциядагы LWIR камерасынын жардамы менен реалдуу убакыт режиминде көзөмөлдөнгөн (2-таблицада колдонулган жабдуулардын мүнөздөмөлөрүн караңыз).жогорку чыңалуу фазасында зымдын температурасы монотондуу жогорулай турганын, бирок ток өтпөгөн учурда зымдын температурасы төмөндөй берерин көрсөтөт.Учурдагы эксперименталдык орнотууда, муздатуу фазасында SMA зымынын температурасы төмөндөгөн, бирок ал дагы эле чөйрөнүн температурасынан жогору болгон.fig боюнча.2e LWIR камерасынан алынган SMA зымындагы температуранын сүрөтүн көрсөтөт.Башка жагынан алганда, фиг.2а диск системасы тарабынан түзүлгөн бөгөттөө күчүн көрсөтөт.Булчуң күчү пружинаны калыбына келтирүүчү күчтөн ашканда, 9а-сүрөттө көрсөтүлгөндөй кыймылдуу кол кыймылдай баштайт.Иштетүү башталаары менен кыймылдуу кол сенсорго тийип, сүрөттө көрсөтүлгөндөй, дене күчүн жаратат.2c, d.Максималдуу температура \(84\,^{\circ}\hbox {C}\ жакын болгондо, максималдуу байкалган күч 105 Н.
График эки цикл учурунда SMA зымынын температурасынын жана SMA негизиндеги бимодалдык кыймылдаткыч тарабынан түзүлгөн күчтүн эксперименталдык натыйжаларын көрсөтөт.Киргизүү чыңалуусу эки 10 секунддук циклде (кызыл чекиттер катары көрсөтүлгөн) колдонулат, ар бир циклдин ортосунда 15 секунддук муздатуу мезгили.Тажрыйбалар үчүн колдонулган SMA зымы 0,51 мм диаметри Flexinol зымы Dynalloy, Inc. (a) График эки циклде алынган эксперименталдык күчтү көрсөтөт, (c, d) PACEline CFT/5kN пьезоэлектрдик күч өзгөрткүчүндөгү кыймылдуу кол кыймылдаткычтарынын иш-аракетинин эки көз карандысыз мисалын көрсөтөт, (b) SMA учурундагы максималдуу температураны көрсөтөт (b) FLIR ResearchIR программалык камсыздоо LWIR камерасы аркылуу SMA зымынан алынган температуранын сүрөтү.Эксперименттерде эске алынган геометриялык параметрлер таблицада келтирилген.бир.
Математикалык моделдин моделдөө натыйжалары жана эксперименттик натыйжалар 5-сүрөттө көрсөтүлгөндөй 7V кириш чыңалуу шартында салыштырылат.Параметрдик анализдин натыйжалары боюнча жана SMA зымынын ысып кетүү мүмкүнчүлүгүн болтурбоо үчүн кыймылдаткычка 11,2 Вт кубаттуулук берилген.Киргизүүчү чыңалуу катары 7V менен камсыз кылуу үчүн программалануучу туруктуу электр булагы колдонулган жана зым боюнча 1,6А ток өлчөнгөн.Ток колдонулганда кыймылдаткычтын күчү жана СДРдин температурасы жогорулайт.Киргизүү чыңалуусу 7В болгон учурда симуляциянын натыйжаларынан жана биринчи циклдин эксперименттик натыйжаларынан алынган максималдуу чыгуу күчү тиешелүүлүгүнө жараша 78 Н жана 96 Н.Экинчи циклде симуляциянын жана эксперименттин натыйжаларынын максималдуу чыгаруу күчү тиешелүүлүгүнө жараша 150 Н жана 105 Н болду.Окклюзия күчүн өлчөө менен эксперименталдык маалыматтардын ортосундагы дал келбестик окклюзия күчүн өлчөө үчүн колдонулган ыкмага байланыштуу болушу мүмкүн.Эксперименталдык натыйжалар 1-сүрөттө көрсөтүлгөн.5а блокировкалоочу күчтүн өлчөөсүнө туура келет, ал өз кезегинде жетектөөчү вал PACEline CFT/5kN пьезоэлектрдик күч өзгөрткүч менен байланышта болгондо өлчөнөт, сүрөттө көрсөтүлгөндөй.2с.Ошондуктан, кыймылдаткыч вал муздатуу зонасынын башында күч сенсору менен байланышта болбогондо, күч дароо нөлгө айланат, 2-сүрөттө көрсөтүлгөн.Мындан тышкары, кийинки циклдерде күчтүн пайда болушуна таасир этүүчү башка параметрлер муздатуу убактысынын маанилери жана мурунку циклдеги конвективдик жылуулук өткөрүмдүүлүк коэффициенти болуп саналат.fig.2б, 15 секунддук муздатуу мезгилинен кийин, SMA зымы бөлмө температурасына жеткен жок, ошондуктан биринчи циклге салыштырмалуу экинчи айдоо циклинде жогорку баштапкы температурага (\(25\, ^{\circ}\hbox {C}\)) ээ болгонун көрүүгө болот.Ошентип, биринчи цикл менен салыштырганда, экинчи жылытуу циклинде SMA зымынын температурасы баштапкы аустенит температурасына (\(A_s\)) эрте жетет жана өткөөл мезгилде узакка калат, натыйжада стресс жана күч пайда болот.Башка жагынан алып караганда, эксперименттер жана симуляциялар натыйжасында алынган жылытуу жана муздатуу циклдериндеги температуранын бөлүштүрүлүшү термографиялык анализдин мисалдарына жогорку сапаттык окшоштукка ээ.Эксперименттерден жана симуляциялардан алынган SMA зымынын жылуулук маалыматтарынын салыштырма анализи жылытуу жана муздатуу циклдеринде жана эксперименталдык маалыматтар үчүн алгылыктуу толеранттуулукта ырааттуулукту көрсөттү.Биринчи циклдин симуляциясынын жана эксперименттеринин натыйжаларынан алынган SMA зымынын максималдуу температурасы \(89\,^{\circ }\hbox {C}\) жана \(75\,^{\circ }\hbox { C }\), ал эми экинчи циклде SMA зымынын максималдуу температурасы \(94\куттук \^\} жана \{\rc\}, \{\rc\}, \{\rc\}, \{\rc\}, \{\rc\}, \{\rc\}, \{\}, \{\} circ }\ hbox {C}\).Негизги иштелип чыккан модель форманын эс тутумунун эффективдүүлүгүн тастыктайт.Бул кароодо чарчоонун жана ысып кетүүнүн ролу каралган эмес.Келечекте модель SMA зымынын стресс тарыхын камтуу үчүн жакшыртылып, аны инженердик колдонмолорго ылайыктуу кылат.Simulink блогунан алынган диск чыгуучу күч жана SMA температуралык графиктери 7 В кириш чыңалуу импульс шартында эксперименталдык маалыматтардын жол берилген жол берилген чегинде. Бул иштелип чыккан математикалык моделдин тууралыгын жана ишенимдүүлүгүн тастыктайт.
Математикалык модел MathWorks Simulink R2020b чөйрөсүндө Методдор бөлүмүндө сүрөттөлгөн негизги теңдемелерди колдонуу менен иштелип чыккан.fig боюнча.3b Simulink математика моделинин блок диаграммасын көрсөтөт.Модель 2а, б-сүрөттө көрсөтүлгөндөй 7V кириш чыңалуу импульсу үчүн симуляцияланган.Модельдештирүүдө колдонулган параметрлердин маанилери 1-таблицада келтирилген. Өтмө процесстерди моделдештирүүнүн натыйжалары 1 жана 1-сүрөттөрүндө берилген. 3а жана 4-сүрөттөр.4a,b SMA зымындагы индукцияланган чыңалууну жана убакыттын функциясы катары аткаруучу түзүүчү күчтү көрсөтөт. Тескери трансформация (ысытуу) учурунда, SMA зымынын температурасы, \(T < A_s^{\prime}\) (стресс менен модификацияланган аустенит фазасынын башталышынын температурасы), мартенситтин көлөмдүк бөлүгүнүн өзгөрүү ылдамдыгы (\(\чок{\xi }\)) нөлгө барабар болот. Тескери трансформация (ысытуу) учурунда, SMA зымынын температурасы, \(T < A_s^{\prime}\) (стресс менен модификацияланган аустенит фазасынын башталышынын температурасы), мартенситтин көлөмдүк бөлүгүнүн өзгөрүү ылдамдыгы (\(\чок{\ xi }\)) нөлгө барабар болот. Во время обратного превращения (нагрева), когда температура проволоки SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (температура начала аустенитной фазы, модифицированная напряжением), скорость изменения объемной доли мартенсита (\(\dot{\) ну. Тескери трансформация (ысытуу) учурунда, SMA зымынын температурасы, \(T < A_s^{\prime}\) (стресс менен модификацияланган аустениттин башталышынын температурасы), мартенциттин көлөмдүк бөлүгүнүн өзгөрүү ылдамдыгы (\(\dot{\xi }\ )) нөлгө барабар болот.在反向转变（加热）过程中，当SMA 线温度\(T < A_s^{\prime}\)（应力修正氏体修正奶氏体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) SMA негизиндеги дивалерациялык кыймылдаткычта температуранын бөлүштүрүлүшүн жана стресстен келип чыккан кошулуу температурасын көрсөткөн симуляциянын натыйжасы.Зымдын температурасы жылытуу стадиясында аустениттин өтүү температурасын кесип өткөндө, модификацияланган аустениттин өтүү температурасы жогорулай баштайт жана ушуга окшош эле, зымдын температурасы муздатуу стадиясында мартенситтин өтүү температурасынан өткөндө мартенситтин өтүү температурасы төмөндөйт.Актуация процессин аналитикалык моделдөө үчүн SMA.(Simulink моделинин ар бир подсистемасынын толук көрүнүшү үчүн кошумча файлдын тиркеме бөлүмүн караңыз.)
Параметрлердин ар кандай бөлүштүрүлүшү үчүн анализдин натыйжалары 7V кириш чыңалуусунун эки цикли үчүн (10 секунддук жылытуу циклдери жана 15 секунддук муздатуу циклдери) көрсөтүлгөн.(ac) жана (e) убакыт боюнча бөлүштүрүүнү сүрөттөйт, экинчи жагынан, (г) жана (f) температура менен бөлүштүрүүнү сүрөттөйт.Тиешелүү киргизүү шарттары үчүн байкалган максималдуу чыңалуу 106 МПа (345 МПа аз, зымдын өтүү күчү), күч 150 Н, максималдуу жылышуусу 270 мкм, мартенситтин минималдуу көлөмдүк бөлүгү 0,91.Экинчи жагынан, стресстин өзгөрүшү жана температура менен мартенситтин көлөмдүк үлүшүнүн өзгөрүшү гистерезис мүнөздөмөлөрүнө окшош.
Ушул эле түшүндүрмө аустенит фазасынан мартенситтик фазага түз трансформацияга (муздатуу) тиешелүү, мында SMA зымынын температурасы (T) жана стресс-модификацияланган мартенсит фазасынын акыркы температурасы (\(M_f^{\prime}\ )) эң сонун.fig боюнча.4d,f эки айдоо цикли үчүн SMA зымынын (T) температурасынын өзгөрүшүнө жараша SMA зымындагы индукцияланган стресстин (\(\сигма\)) жана мартенситтин көлөмдүк үлүшүнүн (\(\xi\)) өзгөрүшүн көрсөтөт.fig боюнча.3a-сүрөттө SMA зымынын температурасынын кириш чыңалуу импульсуна жараша убакыттын өзгөрүшү көрсөтүлгөн.Сүрөттөн көрүнүп тургандай, зымдын температурасы нөлдүк чыңалуудагы жылуулук булагын камсыз кылуу жана андан кийин конвективдик муздатуу аркылуу жогорулай берет.Жылытуу учурунда мартенситтин аустенит фазасына кайра трансформациясы SMA зымынын температурасы (T) стресс-түзөтүлгөн аустениттин ядролук температурасынан (\(A_s^{\prime}\)) өткөндө башталат.Бул фазада SMA зымы кысылып, кыймылдаткыч күч жаратат.Ошондой эле муздатуу учурунда, SMA зымынын температурасы (Т) стресс менен модификацияланган мартенсит фазасынын (\(M_s^{\prime}\)) ядролук температурасын кесип өткөндө аустенит фазасынан мартенситтик фазага оң өтүү байкалат.кыймылдаткыч күчү төмөндөйт.
SMA негизиндеги бимодалдык дисктин негизги сапаттык аспектилерин симуляциянын натыйжаларынан алууга болот.Чыңалуу импульс киргизилген учурда, SMA зымынын температурасы Джоуль жылытуу эффектинин эсебинен жогорулайт.Мартенситтин көлөмдүк бөлүгүнүн баштапкы мааниси (\(\xi\)) 1ге коюлган, анткени материал алгач толугу менен мартенситтик фазада.Зым ысый бергенде, SMA зымынын температурасы стресс-түзөтүлгөн аустенит нуклеациясынын температурасынан \(A_s^{\prime}\) ашып, натыйжада 4c-сүрөттө көрсөтүлгөндөй мартенситтин көлөмдүк бөлүгү төмөндөйт.Мындан тышкары, фиг.4e кыймылдаткычтын соккуларынын өз убагында бөлүштүрүлүшүн көрсөтөт, ал эми сүрөт.5 – кыймылдаткыч күч убакыттын функциясы катары.Тиешелүү теңдемелер системасы температураны, мартенситтин көлөмдүк бөлүгүн жана зымда пайда болгон стрессти камтыйт, натыйжада SMA зымынын кичирейиши жана кыймылдаткыч тарабынан түзүлгөн күч.Сүрөттө көрсөтүлгөндөй.4d,f, чыңалуунун температурага жараша өзгөрүшү жана мартенситтин көлөмдүк бөлүгүнүн температурага жараша өзгөрүшү 7 Вда симуляцияланган учурда СМАнын гистерезис мүнөздөмөлөрүнө туура келет.
Айдоо параметрлерин салыштыруу эксперименттер жана аналитикалык эсептөөлөр аркылуу алынган.Зымдар 10 секунд бою 7 В болгон импульстук кириш чыңалууга дуушар болгон, андан кийин эки цикл боюнча 15 секунд муздатылган (муздатуу фазасы).Пиннат бурчу \(40^{\circ}\) жана ар бир төөнөгүч бутундагы SMA зымынын баштапкы узундугу 83мм деп коюлган.(а) жүк клеткасы менен кыймылдаткыч күчүн өлчөө (б) термикалык инфракызыл камера менен зымдын температурасын көзөмөлдөө.
Физикалык параметрлердин кыймылдаткыч тарабынан пайда болгон күчкө тийгизген таасирин түшүнүү үчүн тандалган физикалык параметрлерге математикалык моделдин сезгичтигине анализ жүргүзүлүп, алардын таасири боюнча параметрлер рейтингге коюлган.Биринчиден, моделдин параметрлеринин үлгүлөрү бирдиктүү бөлүштүрүүнүн артынан эксперименталдык долбоорлоо принциптерин колдонуу менен жүргүзүлдү (сезимттиктин анализи боюнча кошумча бөлүмдү караңыз).Бул учурда, моделдин параметрлери киргизүү чыңалуу (\(V_{in}\)), баштапкы SMA зым узундугу (\(l_0\)), үч бурчтук бурч (\(\alpha\)), ийилүү пружинасы туруктуу (\( K_x\ )), конвективдүү жылуулук өткөрүмдүүлүк коэффициенти (\(h_T\)) жана унемодалдык бутактарынын санын (n) камтыйт.Кийинки кадамда, булчуңдардын эң жогорку күчү изилдөө долбоорлоо талабы катары тандалып алынган жана ар бир өзгөрмөлөр топтомунун күчкө параметрдик таасирлери алынган.Сезгичтик талдоо үчүн торнадо схемалары 6а-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, ар бир параметр үчүн корреляция коэффициенттеринен алынган.
(а) Модель параметрлеринин корреляция коэффициентинин маанилери жана алардын жогоруда аталган моделдик параметрлердин 2500 уникалдуу топторунун максималдуу чыгаруу күчүнө тийгизген таасири торнадо сюжетинде көрсөтүлгөн.График бир нече көрсөткүчтөрдүн даражалуу байланышын көрсөтөт.\(V_{in}\) оң корреляцияга ээ жалгыз параметр, ал эми \(l_0\) эң чоң терс корреляцияга ээ параметр экени түшүнүктүү.Ар кандай комбинациялардагы ар кандай параметрлердин эң жогорку булчуң күчүнө тийгизген таасири (б, в) көрсөтүлгөн.\(K_x\) 400дөн 800 Н/мге чейин жана n 4төн 24кө чейин диапазондо. Чыңалуу (\(V_{in}\)) 4Вдан 10Вга чейин өзгөрдү, зымдын узундугу (\(l_{0 } \)) 40тан 100 ммге чейин өзгөрдү, ал эми куйрук бурчу (\) (\alp \rc {6) \).
fig боюнча.6а ар бир параметр үчүн ар кандай корреляция коэффициенттеринин торнадо сюжетін көрсөтөт.fig.6a чыңалуу параметри (\(V_{in}\)) максималдуу чыгуу күчүнө түздөн-түз байланыштуу экенин көрүүгө болот, ал эми конвективдик жылуулук өткөрүмдүүлүк коэффициенти (\(h_T\)), жалын бурчу (\ ( \alpha\)), жылыш жазгы константасы ( \(K_x\)) чыгуучу күч менен терс корреляцияланган жана баштапкы узундуктун (\) MA жана S бутагынын баштапкы узундугу (\) n (\) n (\) l. күчтүү тескери корреляция Түз корреляция учурунда Чыңалуунун корреляция коэффициентинин (\(V_ {in}\)) чоңураак мааниси болгон учурда бул параметр кубаттуулуктун чыгышына эң чоң таасирин тийгизет.Дагы бир окшош анализ эки эсептөө мейкиндигинин ар кандай комбинацияларындагы ар кандай параметрлердин таасирин баалоо менен чоку күчүн өлчөйт, 6б, в-сүрөттө көрсөтүлгөн.\(V_{in}\) жана \(l_0\), \(\alpha\) жана \(l_0\) окшош калыптарга ээ жана график \(V_{in}\) жана \(\alpha\ ) жана \(\alpha\) окшош калыптарга ээ экенин көрсөтүп турат.\(l_0\) кичине маанилери жогорку чоку күчтөрүнө алып келет.Калган эки график 6а-сүрөткө дал келет, мында n жана \(K_x\) терс корреляцияда жана \(V_{in}\) оң корреляцияда.Бул талдоо диск системасынын чыгуу күчүн, соккусун жана эффективдүүлүгүн талаптарга жана колдонууга ылайыкташтыра турган таасир этүүчү параметрлерди аныктоого жана тууралоого жардам берет.
Учурдагы изилдөө иштери N деңгээли бар иерархиялык дисктерди киргизет жана изилдейт.7а-сүрөттө көрсөтүлгөндөй эки деңгээлдүү иерархияда, мында биринчи деңгээлдеги кыймылдаткычтын ар бир SMA зымынын ордуна, сүрөттө көрсөтүлгөндөй, бимодалдык түзүлүшкө жетишилет.9e.fig боюнча.7c SMA зымы узунунан багытта гана кыймылдаган кыймылдуу колдун (жардамчы кол) айланасында кантип оролгондугун көрсөтөт.Бирок, негизги кыймылдуу кол 1-этаптагы көп баскычтуу кыймылдаткычтын кыймылдуу колу сыяктуу эле кыймылын улантат.Адатта, N-этаптуу диск \(N-1\) баскычындагы SMA зымын биринчи баскычтагы диск менен алмаштыруу аркылуу түзүлөт.Натыйжада, ар бир бутак зымды кармап турган бутакты кошпогондо, биринчи баскычтагы дискти туурайт.Ушундай жол менен баштапкы кыймылдаткычтардын күчтөрүнөн бир нече эсе чоң күчтөрдү пайда кылган уяланган структуралар түзүлүшү мүмкүн.Бул изилдөөдө, ар бир деңгээл үчүн, 7d-сүрөттө таблица форматында көрсөтүлгөндөй, жалпы эффективдүү SMA зымынын 1 м узундугу эске алынган.Ар бир унимодалдык дизайндагы ар бир зым аркылуу өткөн ток жана ар бир SMA зым сегментиндеги алдын ала чыңалуу жана чыңалуу ар бир деңгээлде бирдей.Биздин аналитикалык моделибизге ылайык, чыгуучу күч деңгээл менен оң корреляцияланат, ал эми жылышуу терс корреляцияда.Ошол эле учурда, жылыш жана булчуң күчү ортосунда соода бар.Сүрөттө көрүнүп тургандай.7б, максималдуу күч эң көп катмарларда жетишилет, ал эми эң чоң жылышуу эң төмөнкү катмарда байкалат.Иерархиялык деңгээл \(N=5\) деп коюлганда, булчуңдардын эң жогорку күчү 2,58 кН болгон 2 байкалган сокку \(\upmu\)m менен табылган.Экинчи жагынан, биринчи баскычтагы кыймылдаткыч 277 \(\upmu\)м соккуда 150 Н күчтү пайда кылат.Көп деңгээлдүү кыймылдаткычтар чыныгы биологиялык булчуңдарды туурай алышат, мында формалык эс тутумдун эритмелерине негизделген жасалма булчуңдар так жана майдараак кыймылдар менен кыйла жогору күчтөрдү жаратууга жөндөмдүү.Бул кичирейтилген дизайндын чектөөлөрү, иерархия өскөн сайын кыймыл абдан азаят жана дискти өндүрүү процессинин татаалдыгы жогорулайт.
(a) Эки баскычтуу (\(N=2\)) катмарлуу формалык эстутум эритмесинин сызыктуу кыймылдаткыч системасы бимодалдык конфигурацияда көрсөтүлгөн.Сунушталган модель биринчи баскычтагы катмарлуу кыймылдаткычтагы SMA зымды башка бир баскычтуу катмарлуу кыймылдаткычка алмаштыруу аркылуу жетишилет.(c) Экинчи баскычтагы көп катмарлуу кыймылдаткычтын деформацияланган конфигурациясы.(б) Деңгээлдердин санына жараша күчтөрдүн жана жылыштардын бөлүштүрүлүшү сүрөттөлөт.Аткаруучунун эң жогорку күчү графиктеги масштабдын деңгээли менен оң, ал эми сокку шкала деңгээли менен терс корреляцияда экени аныкталган.Ар бир зымдагы ток жана алдын ала чыңалуу бардык деңгээлде туруктуу бойдон калат.(г) Таблица ар бир деңгээлдеги крандардын санын жана SMA зымынын (була) узундугун көрсөтөт.Зымдардын мүнөздөмөлөрү 1-индекс менен, ал эми экинчилик бутактардын саны (бир негизги бутка туташтырылган) индекстин эң чоң саны менен көрсөтүлөт.Мисалы, 5-деңгээлде, \(n_1\) ар бир бимодалык структурада бар SMA зымдарынын санын билдирет, ал эми \(n_5\) жардамчы буттардын санын билдирет (бирөө негизги бутка туташтырылган).
Фазалык өтүү менен байланышкан кристалл түзүмүндөгү макроскопиялык өзгөрүүлөрдү коштогон термомеханикалык касиеттерге көз каранды болгон формалык эс тутумга ээ SMAлардын жүрүм-турумун моделдөө үчүн көптөгөн изилдөөчүлөр тарабынан ар кандай ыкмалар сунушталган.Конститутивдүү методдорду түзүү табиятынан татаал.Эң көп колдонулган феноменологиялык модель Tanaka28 тарабынан сунушталган жана инженердик колдонмолордо кеңири колдонулат.Танака [28] тарабынан сунушталган феноменологиялык модель мартенситтин көлөмдүк үлүшү температуранын жана стресстин экспоненциалдык функциясы деп болжолдойт.Кийинчерээк, Лианг жана Роджерс29 жана Бринсон30 моделге бир аз өзгөртүүлөрдү киргизип, фазалык өтүү динамикасы чыңалуу менен температуранын косинус функциясы катары кабыл алынган моделди сунуш кылышкан.Бекер жана Бринсон ыктыярдуу жүктөө шарттарында, ошондой эле жарым-жартылай өтүүдө SMA материалдарынын жүрүм-турумун моделдөө үчүн фаза диаграммасына негизделген кинетикалык моделди сунушташты.Banerjee32 Elahinia жана Ahmadian33 тарабынан иштелип чыккан эркиндиктин бир даражадагы манипуляторун имитациялоо үчүн Беккер жана Бринсон31 фазалык диаграмма динамикалык ыкмасын колдонот.Температура менен чыңалуунун монотондук эмес өзгөрүшүн эсепке алган фазалык диаграммаларга негизделген кинетикалык методдорду инженердик колдонмолордо ишке ашыруу кыйын.Элахиния жана Ахмадиан учурдагы феноменологиялык моделдердин бул кемчиликтерине көңүл буруп, ар кандай татаал жүктөө шарттарында формалык эс тутумдун жүрүм-турумун талдоо жана аныктоо үчүн кеңейтилген феноменологиялык моделди сунушташат.
SMA зымынын структуралык модели SMA зымынын стрессин (\(\сигма\)), штаммдын (\(\эпсилон\)), температурасын (T) жана мартенситтин көлөмдүк бөлүгүн (\(\xi\)) берет.Феноменологиялык конституциялык модель алгач Танака28 тарабынан сунушталып, кийинчерээк Лян29 жана Бринсон30 тарабынан кабыл алынган.Теңдеменин туундусу төмөнкү формага ээ:
мында E - фазага көз каранды SMA Янгдын модулу \(\displaystyle E=\xi E_M + (1-\xi )E_A\) жана \(E_A\) жана \(E_M\) аркылуу алынган Янгдын модулу, тиешелүүлүгүнө жараша, аустениттик жана мартенситтик фазалар, ал эми коэффициенти - бул \_\T менен берилген жылуулук кеңейүү.Фазага өтүү салымынын фактору \(\Омега = -E \epsilon _L\) жана \(\epsilon _L\) - SMA зымындагы максималдуу калыбына келтирилүүчү штамм.
Фаза динамикасынын теңдемеси Танака28 тарабынан сунушталган экспоненциалдык функциянын ордуна Лян29 тарабынан иштелип чыккан жана кийинчерээк Бринсон30 тарабынан кабыл алынган косинус функциясы менен дал келет.Фазалык өтүү модели Элахиния жана Ахмадиан34 тарабынан сунушталган жана Лианг29 жана Бринсон30 тарабынан берилген фазалык өтүү шарттарынын негизинде өзгөртүлгөн моделдин кеңейтилиши болуп саналат.Бул фазалык өтүү модели үчүн колдонулган шарттар татаал термомеханикалык жүктөмдө жарактуу.Убакыттын ар бир моментинде түзүүчү теңдемени моделдөөдө мартенситтин көлөмдүк үлүшүнүн мааниси эсептелет.
Жылытуу шарттарында мартенситтин аустенитке айланышы менен туюнтулган башкаруучу кайра трансформация теңдемеси төмөнкүдөй:
мында \(\xi\) - мартенситтин көлөмдүк үлүшү, \(\xi _M\) - ысытууга чейин алынган мартенситтин көлөмдүк үлүшү, \(\displaystyle a_A = \pi /(A_f – A_s)\), \ ( \displaystyle b_A = -a_A/C_A\) жана \(C_A_A/C_A\) жана \(C_Aro\) im (C_Aro\) температура \MAs жана \(C_Aro\) im(C_Aro\) \MAs жана ысытууга чейин \(A_f\) – тиешелүүлүгүнө жараша аустенит фазасынын башталышы жана аягы, температура.
Муздатуу шартында аустениттин мартенситке фазалык айланышы менен берилген түз өзгөрүүнү башкаруу теңдемеси:
мында \(\xi _A\) муздатуудан мурда алынган мартенситтин көлөмдүк үлүшү, \(\displaystyle a_M = \pi /(M_s – M_f)\), \(\displaystyle b_M = -a_M/C_M\) жана \ ( C_M \) – ийри сызыктарды орнотуу параметрлери, T – SMA зымынын баштапкы температурасы, \(_ M зымынын баштапкы температурасы, \(_ M) жана ly.
(3) жана (4) теңдемелери дифференциялангандан кийин тескери жана түз өзгөртүү теңдемелери төмөнкү формага жөнөкөйлөштүрүлөт:
Алдыга жана артка трансформация учурунда \(\eta _{\sigma}\) жана \(\eta _{T}\) ар кандай маанилерди алышат.\(\eta _{\sigma}\) жана \(\eta _{T}\) менен байланышкан негизги теңдемелер алынган жана кошумча бөлүмдө кеңири талкууланган.
SMA зымынын температурасын жогорулатуу үчүн зарыл болгон жылуулук энергиясы Джоуль жылытуу эффектинен келип чыгат.SMA зымы сиңирген же бөлүп чыгарган жылуулук энергиясы трансформациянын жашыруун жылуулугу менен көрсөтүлөт.SMA зымындагы жылуулуктун жоготуусу мажбурланган конвекциядан келип чыгат жана нурлануунун анча деле маанилүү эмес таасирин эске алганда, жылуулук энергия балансынын теңдемеси төмөнкүдөй:
Бул жерде \(m_{зым}\) - SMA зымынын жалпы массасы, \(c_{p}\) - SMAнын салыштырма жылуулук сыйымдуулугу, \(V_{in}\) - зымга берилген чыңалуу, \(R_{ohm} \ ) - фазага көз каранды каршылык SMA, төмөнкүчө аныкталат;\(R_{ohm} = (l/A_{крест})[\xi r_M + (1-\xi )r_A]\ ) мында \(r_M\ ) жана \(r_A\) тиешелүүлүгүнө жараша мартенсит жана аустениттеги SMA фазасынын каршылыгы, \(A_{c}\) зымдын беттик аянты, эс тутумдун бардык аянты \D (S) болуп саналат.Зымдын жашыруун өтүү жылуулугу, T жана \(T_{\infty}\) тиешелүүлүгүнө жараша SMA зымынын жана чөйрөнүн температуралары.
Форма эстутумундагы эритме зымы иштетилгенде, зым кысылып, бимодалдык дизайндын ар бир тармагында була күчү деп аталган күч пайда болот.SMA зымынын ар бир тилкесиндеги жипчелердин күчтөрү биргелешип, 9e-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, кыймылга келтирүүчү булчуң күчүн түзөт.Ийкемдүү пружинанын болушуна байланыштуу N-көп кабаттуу кыймылдаткычтын жалпы булчуң күчү:
Теңдемеге \(N = 1\) алмаштыруу менен, биринчи баскычтагы бимодалдык дисктин прототипинин булчуң күчүн төмөнкүчө алууга болот:
мында n - унимооддук буттардын саны, \(F_m\) диск тарабынан пайда болгон булчуң күчү, \(F_f\) - SMA зымындагы жиптин күчү, \(K_x\) - ийкемдүүлүк.пружина, \(\альфа\) - үч бурчтуктун бурчу, \(x_0\) - SMA кабелин алдын ала чыңалган абалда кармап туруу үчүн ийилген пружинанын баштапкы жылышы, жана \(\Дельта x\) - кыймылдаткыч кыймылы.
Дисктин жалпы жылышы же кыймылы (\(\Delta x\)) чыңалууга (\(\сигма\)) жана штаммга (\(\epsilon\)) N-этаптын SMA зымына жараша, диск орнотулган (чыгаруунун кошумча бөлүгүн караңыз):
Кинематикалык теңдемелер дисктин деформациясынын (\(\эпсилон\)) менен жылышынын же жылышынын (\(\Дельта х\)) ортосундагы байланышты берет.Арб зымынын баштапкы Arb зымдын узундугуна (\(l_0\)) жана зымдын узундугуна (l) жараша t каалаган убакта бир унимодалдык бутактагы деформациясы төмөнкүдөй:
мында \(l = \sqrt{l_0^2 +(\Delta x_1)^2 – 2 l_0 (\Delta x_1) \cos \alpha _1}\) 8-сүрөттө көрсөтүлгөндөй \(\Delta\)ABB 'де косинус формуласын колдонуу жолу менен алынат. Биринчи баскычтагы диск үчүн (\)(N\)_ta \(1) x\\ ), жана \(\альфа _1\) \(\альфа \) болуп саналат 8-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, убакытты (11) теңдемеден дифференциялоо жана l маанисин алмаштыруу менен, деформация ылдамдыгын төмөнкүчө жазууга болот:
мында \(l_0\) - SMA зымынын баштапкы узундугу, l - бир унимодалдык бутактагы t каалаган убактагы зымдын узундугу, \(\epsilon\) - SMA зымында иштелип чыккан деформация жана \(\альфа \) - үч бурчтуктун бурчу , \(\Delta x\) - дисктин жылышы (8-сүрөттө көрсөтүлгөндөй).
Бардык n бир чокулуу структуралар (бул сүрөттө \(n=6\)) кириш чыңалуу катары \(V_{in}\) менен катар туташтырылган.I этап: нөлдүк чыңалуу шарттарында бимодалдык конфигурациядагы SMA зымынын схемалык диаграммасы II этап: Кызыл сызык менен көрсөтүлгөндөй, тескери конвертациядан улам SMA зымы кысылган жерде башкарылуучу түзүлүш көрсөтүлөт.
Концепциянын далили катары, эксперименталдык натыйжалар менен негизги теңдемелердин симуляцияланган алынышын сыноо үчүн SMA негизиндеги бимодальдик диск иштелип чыккан.Бимодалдык сызыктуу кыймылдаткычтын CAD модели 1-сүрөттө көрсөтүлгөн.9а.Башка жагынан алганда, фиг.9c бимодалдык структурасы бар эки тегиздик SMA негизиндеги кыймылдаткычты колдонуу менен айлануучу призматикалык байланыш үчүн сунушталган жаңы дизайнды көрсөтөт.Диск компоненттери Ultimaker 3 Extended 3D принтеринде кошумча өндүрүш аркылуу даярдалган.Компоненттерди 3D басып чыгаруу үчүн колдонулган материал поликарбонат болуп саналат, ал ысыкка чыдамдуу материалдар үчүн ылайыктуу, анткени ал күчтүү, бышык жана айнек өтүү температурасы жогору (110-113 \(^{\circ }\) C).Мындан тышкары, Dynalloy, Inc. Flexinol форма эс тутумунун эритме зымы эксперименттерде колдонулган, ал эми Flexinol зымына туура келген материалдык касиеттери симуляцияларда колдонулган.Бир нече SMA зымдары булчуңдардын бимодалдык түзүлүшүндө болгон жипчелер катары жайгаштырылган, бул көп катмарлуу кыймылдаткычтар тарабынан өндүрүлгөн жогорку күчтөрдү алуу үчүн, 9b, d-сүрөттө көрсөтүлгөн.
9а-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, кыймылдуу кол SMA зымынан түзүлгөн курч бурч бурч (\(\альфа\)) деп аталат.Терминалдык кыскычтар сол жана оң кыскычтарга тиркелген менен, SMA зымы каалаган бимодалык бурчта кармалат.Жазгы туташтыргычта өткөрүлүүчү ийкемдүү жазгы түзүлүш SMA жипчелеринин санына (n) жараша ар кандай ийкемдүү жазгы узартуу топторун тууралоо үчүн иштелип чыккан.Мындан тышкары, кыймылдуу бөлүктөрүнүн жайгашкан жери SMA зымы мажбурлап конвекция муздатуу үчүн тышкы чөйрөгө дуушар болуп иштелип чыккан.Алынуучу монтаждын үстүнкү жана астыңкы плиталары салмакты азайтуу үчүн иштелип чыккан экструдиялык кесүүлөр менен SMA зымын муздак кармоого жардам берет.Мындан тышкары, CMA зымынын эки учу, тиешелүүлүгүнө жараша, сол жана оң терминалдарга бир кысылуу аркылуу бекитилет.Үстүнкү жана астыңкы плиталардын ортосундагы боштукту сактоо үчүн кыймылдуу монтаждын бир учуна плунжер бекитилет.Плунжер ошондой эле SMA зымы иштетилгенде бөгөттөөчү күчтү өлчөө үчүн контакт аркылуу сенсорго бөгөттөөчү күч колдонуу үчүн колдонулат.
Бимодалдык булчуң структурасы SMA электрдик ырааттуу туташтырылган жана кириш импульс чыңалуусу менен иштейт.Чыңалуунун импульс циклинде, чыңалуу берилгенде жана SMA зымы аустениттин баштапкы температурасынан жогору ысытылганда, ар бир жиптеги зымдын узундугу кыскарат.Бул артка тартуу кыймылдуу кол подборкасын иштетет.Ошол эле циклде чыңалуу нөлгө барабар болгондо, ысытылган SMA зымы мартенситтин бетинин температурасынан төмөн муздаган, ошону менен өзүнүн баштапкы абалына кайтып келген.Стресс нөлдүк шартта, SMA зымы биринчи жолу ыксыз пружинага пассивдүү түрдө тартылып, мартенситтик абалга жетет.SMA зымы өтүүчү бурама SMA зымына чыңалуу импульсун берүү менен түзүлгөн кысуудан улам жылыйт (SPA аустенит фазасына жетет), бул кыймылдуу рычагдын ишке киришине алып келет.SMA зымы тартылып алынганда, ийкемдүү пружина пружинаны андан ары созуу аркылуу карама-каршы күчтү жаратат.Импульстук чыңалуудагы стресс нөлгө барабар болгондо, SMA зымы аргасыз конвекциялык муздатуудан улам узарып, формасын өзгөртүп, кош мартенситтик фазага жетет.
Сунушталган SMA негизиндеги сызыктуу кыймылдаткыч системасы бимодалык конфигурацияга ээ, анда SMA зымдары бурчтуу.(а) прототиптин CAD моделин сүрөттөйт, анда прототип үчүн кээ бир компоненттер жана алардын маанилери айтылат, (b, d) иштелип чыккан эксперименталдык прототип35.(б) прототиптин жогорку көрүнүшүн электрдик туташуулар жана бурмалуу пружиналар жана колдонулган тензометрлер менен көрсөтсө, (г) орнотуунун перспективалуу көрүнүшүн көрсөтөт.(e) t каалаган убакта бимодалдык жайгаштырылган SMA зымдары менен сызыктуу кыймылдаткыч системасынын диаграммасы, була жана булчуң күчү багытын жана курсун көрсөтүү.(c) 2-DOF айлануучу призматикалык байланыш эки тегиздик SMA негизиндеги кыймылдаткычты жайылтуу үчүн сунушталган.Көрсөтүлгөндөй, шилтеме сызыктуу кыймылды ылдыйкы дисктен жогорку колго өткөрүп, айлануучу байланышты түзөт.Экинчи жагынан, жуп призманын кыймылы көп катмарлуу биринчи баскычтагы дисктин кыймылы менен бирдей.
Эксперименталдык изилдөө SMA негизинде бимодалдык дисктин аткарууну баалоо үчүн, 9b-сүрөттө көрсөтүлгөн прототиби боюнча жүргүзүлгөн.10а-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, эксперименталдык орнотуу SMA зымдарына кириш чыңалуу менен камсыз кылуу үчүн программалануучу туруктуу ток менен жабдуудан турган.Сүрөттө көрсөтүлгөндөй.10b, Graphtec GL-2000 маалымат логгеринин жардамы менен бөгөттөө күчүн өлчөө үчүн пьезоэлектрдик штамм өлчөгүч (PACEline CFT/5kN) колдонулган.Маалыматтар андан ары изилдөө үчүн хост тарабынан жазылат.Чыңалууну өлчөөчү приборлор жана зарядды күчөткүчтөр чыңалуу сигналын өндүрүү үчүн туруктуу энергия менен жабдууну талап кылат.Тиешелүү сигналдар пьезоэлектрдик күчтүн сенсорунун сезгичтигине жана 2-таблицада сүрөттөлгөн башка параметрлерге ылайык кубаттуулуктун чыгышына айландырылат. Чыңалуу импульсу колдонулганда, SMA зымынын температурасы жогорулап, SMA зымынын кысуусуна алып келет, бул кыймылдаткычтын күчтүн пайда болушуна алып келет.7 В кириш чыңалуу импульсу менен булчуң күчүн чыгаруунун эксперименталдык натыйжалары 1-сүрөттө көрсөтүлгөн.2а.
(а) Экспериментте кыймылдаткыч тарабынан түзүлгөн күчтү өлчөө үчүн SMA негизиндеги сызыктуу кыймылдаткыч системасы орнотулган.Жүктөөчү клетка бөгөттөөчү күчтү өлчөйт жана 24 В туруктуу ток булагы менен иштейт.GW Instek программалоочу туруктуу ток булагы аркылуу кабелдин бүт узундугуна 7 В чыңалуусу түшүрүлгөн.SMA зымы ысыктан улам кичирейет, ал эми кыймылдуу кол жүктөөчү клетка менен байланышып, бөгөттөөчү күчтү көрсөтөт.Жүктөө уячасы GL-2000 маалымат журналына туташтырылган жана маалыматтар андан ары иштетүү үчүн хостто сакталат.(б) Булчуң күчүн өлчөө үчүн эксперименталдык түзүлүштүн компоненттеринин чынжырын көрсөткөн диаграмма.
Форма эс тутумунун эритмелери жылуулук энергиясы менен дүүлүктүрүлөт, ошондуктан температура форманы эстөө кубулушун изилдөө үчүн маанилүү параметр болуп калат.Эксперименталдык түрдө, 11а-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, SMA негизиндеги divalerate кыймылдаткычынын прототиби боюнча термикалык сүрөттөө жана температураны өлчөөлөр аткарылды.Программалануучу DC булагы 11b-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, эксперименталдык орнотууда SMA зымдарына киргизүү чыңалуусун колдонду.SMA зымынын температурасынын өзгөрүшү реалдуу убакыт режиминде жогорку чечим LWIR камерасы (FLIR A655sc) аркылуу өлчөнгөн.Хост кийинки кайра иштетүү үчүн маалыматтарды жаздыруу үчүн ResearchIR программасын колдонот.Чыңалуу импульсу колдонулганда, SMA зымынын температурасы жогорулап, SMA зымынын кичирейишине алып келет.fig боюнча.2b-сүрөттө SMA зымынын температурасынын 7V кириш чыңалуусу үчүн убакытка карата эксперименталдык натыйжалары көрсөтүлгөн.
Посттун убактысы: 28-сентябрдан 2022-жылга чейин