Nature.com ला भेट दिल्याबद्दल धन्यवाद.तुम्ही वापरत असलेल्या ब्राउझर आवृत्तीमध्ये मर्यादित CSS सपोर्ट आहे.सर्वोत्तम अनुभवासाठी, आम्ही शिफारस करतो की तुम्ही अद्ययावत ब्राउझर वापरा (किंवा इंटरनेट एक्सप्लोररमध्ये सुसंगतता मोड अक्षम करा).दरम्यान, सतत समर्थन सुनिश्चित करण्यासाठी, आम्ही साइटला शैली आणि JavaScript शिवाय रेंडर करू.
अॅक्ट्युएटर सर्वत्र वापरले जातात आणि उत्पादन आणि औद्योगिक ऑटोमेशनमध्ये विविध ऑपरेशन्स करण्यासाठी योग्य उत्तेजन शक्ती किंवा टॉर्क लागू करून नियंत्रित गती निर्माण करतात.वेगवान, लहान आणि अधिक कार्यक्षम ड्राइव्हची गरज ड्राइव्ह डिझाइनमध्ये नाविन्य आणत आहे.शेप मेमरी अलॉय (SMA) ड्राइव्हस् पारंपारिक ड्राईव्हच्या तुलनेत अनेक फायदे देतात, ज्यात उच्च पॉवर-टू-वेट गुणोत्तर समाविष्ट आहे.या प्रबंधात, दोन पंख असलेला SMA-आधारित अॅक्ट्युएटर विकसित करण्यात आला होता जो जैविक प्रणालींच्या पंख असलेल्या स्नायूंचे फायदे आणि SMA चे अद्वितीय गुणधर्म एकत्र करतो.हा अभ्यास bimodal SMA वायर व्यवस्थेवर आधारित नवीन अॅक्ट्युएटरचे गणितीय मॉडेल विकसित करून आणि प्रायोगिकरित्या त्याची चाचणी करून मागील SMA अॅक्ट्युएटर्सचा शोध आणि विस्तार करतो.SMA वर आधारित ज्ञात ड्राइव्हच्या तुलनेत, नवीन ड्राइव्हची क्रियाशीलता शक्ती किमान 5 पट जास्त आहे (150 N पर्यंत).संबंधित वजन कमी होणे सुमारे 67% आहे.गणितीय मॉडेल्सच्या संवेदनशीलतेच्या विश्लेषणाचे परिणाम डिझाइन पॅरामीटर्स ट्यून करण्यासाठी आणि मुख्य पॅरामीटर्स समजून घेण्यासाठी उपयुक्त आहेत.हा अभ्यास पुढे एक बहु-स्तरीय Nth स्टेज ड्राइव्ह सादर करतो ज्याचा उपयोग गतीशीलता वाढविण्यासाठी केला जाऊ शकतो.SMA-आधारित डिपव्हॅलेरेट स्नायू अ‍ॅक्ट्युएटरमध्ये बिल्डिंग ऑटोमेशनपासून ते अचूक औषध वितरण प्रणालीपर्यंत विस्तृत अनुप्रयोग आहेत.
जीवशास्त्रीय प्रणाली, जसे की सस्तन प्राण्यांची स्नायू संरचना, अनेक सूक्ष्म अॅक्ट्युएटर सक्रिय करू शकतात.सस्तन प्राण्यांची स्नायूंची रचना भिन्न असते, प्रत्येक विशिष्ट उद्देशाने काम करतो.तथापि, सस्तन प्राण्यांच्या स्नायूंच्या ऊतींची बरीचशी रचना दोन व्यापक श्रेणींमध्ये विभागली जाऊ शकते.समांतर आणि पेननेट.हॅमस्ट्रिंग्ज आणि इतर फ्लेक्सर्समध्ये, नावाप्रमाणेच, समांतर स्नायूमध्ये मध्यवर्ती कंडराच्या समांतर स्नायू तंतू असतात.स्नायू तंतूंची साखळी त्यांच्या सभोवतालच्या संयोजी ऊतकांद्वारे कार्यशीलपणे जोडलेली असते.जरी या स्नायूंना मोठ्या प्रमाणात भ्रमण (टक्केवारी कमी करणे) आहे असे म्हटले जात असले तरी, त्यांच्या एकूण स्नायूंची ताकद खूपच मर्यादित आहे.याउलट, ट्रायसेप्स वासराचे स्नायू 2 (लॅटरल गॅस्ट्रोक्नेमियस (GL)3, मेडियल गॅस्ट्रोक्नेमियस (GM) 4 आणि सोलियस (SOL)) आणि एक्स्टेंसर फेमोरिस (क्वाड्रिसेप्स) 5,6 पेनेट स्नायू ऊतक प्रत्येक स्नायू7 मध्ये आढळतात.पिनेट संरचनेत, द्विपेनेट स्नायूमधील स्नायू तंतू मध्यवर्ती कंडराच्या दोन्ही बाजूंना तिरकस कोनांवर (पिनेट कोन) असतात.पेन्नेट हा लॅटिन शब्द "पेन्ना" पासून आला आहे, ज्याचा अर्थ "पेन" आहे आणि अंजीरमध्ये दर्शविल्याप्रमाणे.1 चे पंखासारखे स्वरूप आहे.पेनेट स्नायूंचे तंतू लहान असतात आणि स्नायूंच्या अनुदैर्ध्य अक्षाला कोन असतात.पिनेट संरचनेमुळे, या स्नायूंची एकूण गतिशीलता कमी होते, ज्यामुळे शॉर्टनिंग प्रक्रियेच्या ट्रान्सव्हर्स आणि रेखांशाचा घटक होतो.दुसरीकडे, फिजियोलॉजिकल क्रॉस-सेक्शनल एरिया ज्या पद्धतीने मोजला जातो त्यामुळे या स्नायूंच्या सक्रियतेमुळे एकूण स्नायूंची ताकद वाढते.म्हणून, दिलेल्या क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्रासाठी, पेनेट स्नायू मजबूत असतील आणि समांतर तंतू असलेल्या स्नायूंपेक्षा उच्च शक्ती निर्माण करतील.वैयक्तिक तंतूंद्वारे व्युत्पन्न केलेल्या शक्ती त्या स्नायूंच्या ऊतीमध्ये मॅक्रोस्कोपिक स्तरावर स्नायू शक्ती निर्माण करतात.याव्यतिरिक्त, त्यात जलद संकोचन, तन्य नुकसानापासून संरक्षण, कुशनिंग यासारखे अद्वितीय गुणधर्म आहेत.हे फायबर इनपुट आणि स्नायू पॉवर आउटपुटमधील संबंध बदलते आणि स्नायूंच्या क्रियांच्या रेषांशी संबंधित फायबर व्यवस्थेची अद्वितीय वैशिष्ट्ये आणि भौमितिक जटिलतेचे शोषण करते.
बिमोडल मस्कुलर आर्किटेक्चरच्या संबंधात विद्यमान SMA-आधारित अॅक्ट्युएटर डिझाइनचे योजनाबद्ध आकृत्या दाखवल्या आहेत, उदाहरणार्थ (a), स्पर्शशक्तीच्या परस्परसंवादाचे प्रतिनिधित्व करते ज्यामध्ये SMA वायर्सद्वारे कार्य केलेले हाताच्या आकाराचे उपकरण दुचाकी स्वायत्त मोबाइल रोबोट9,10 वर आरोहित केले जाते., (b) रोबोटिक ऑर्बिटल प्रोस्थेसिस ज्यामध्ये विरोधी स्थीत SMA स्प्रिंग-लोडेड ऑर्बिटल प्रोस्थेसिस आहे.कृत्रिम डोळ्याची स्थिती डोळ्याच्या 11 च्या नेत्रस्नायूच्या सिग्नलद्वारे नियंत्रित केली जाते, (c) SMA अॅक्ट्युएटर त्यांच्या उच्च वारंवारता प्रतिसादामुळे आणि कमी बँडविड्थमुळे पाण्याखालील अनुप्रयोगांसाठी आदर्श आहेत.या कॉन्फिगरेशनमध्ये, माशांच्या हालचालीचे अनुकरण करून वेव्ह मोशन तयार करण्यासाठी SMA ऍक्च्युएटर्सचा वापर केला जातो, (d) SMA ऍक्च्युएटर्सचा वापर सूक्ष्म पाइप तपासणी रोबोट तयार करण्यासाठी केला जातो जो इंच वर्म मोशन तत्त्वाचा वापर करू शकतो, चॅनेल 10 च्या आत SMA वायर्सच्या हालचालीद्वारे नियंत्रित केला जातो, (e) स्नायू तंतूंच्या आकुंचनाची दिशा दाखवते, (d) SMA तंतूंच्या आकुंचनाची दिशा दाखवते. पेननेट स्नायूंच्या संरचनेत स्नायू तंतूंच्या स्वरूपात res व्यवस्था केली जाते.
ऍक्च्युएटर त्यांच्या विस्तृत अनुप्रयोगांमुळे यांत्रिक प्रणालींचा एक महत्त्वाचा भाग बनले आहेत.म्हणून, लहान, वेगवान आणि अधिक कार्यक्षम ड्राइव्हची आवश्यकता गंभीर बनते.त्यांचे फायदे असूनही, पारंपारिक ड्राइव्ह महाग आणि देखभाल करण्यासाठी वेळ घेणारे असल्याचे सिद्ध झाले आहे.हायड्रॉलिक आणि वायवीय अॅक्ट्युएटर जटिल आणि महाग आहेत आणि ते परिधान, स्नेहन समस्या आणि घटक अपयशाच्या अधीन आहेत.मागणीच्या प्रतिसादात, स्मार्ट सामग्रीवर आधारित किफायतशीर, आकार-अनुकूलित आणि प्रगत अॅक्ट्युएटर विकसित करण्यावर लक्ष केंद्रित केले आहे.चालू संशोधन ही गरज पूर्ण करण्यासाठी शेप मेमरी अलॉय (SMA) स्तरित अॅक्ट्युएटर्सकडे पाहत आहे.श्रेणीबद्ध अॅक्ट्युएटर्स अद्वितीय आहेत कारण ते वाढीव आणि विस्तारित कार्यक्षमता प्रदान करण्यासाठी भौमितिकदृष्ट्या जटिल मॅक्रो स्केल उपप्रणालींमध्ये अनेक स्वतंत्र अॅक्ट्युएटर एकत्र करतात.या संदर्भात, वर वर्णन केलेले मानवी स्नायू ऊतक अशा बहुस्तरीय क्रियांचे उत्कृष्ट बहुस्तरीय उदाहरण प्रदान करते.सध्याचा अभ्यास बिमोडल स्नायूंमध्ये उपस्थित असलेल्या फायबर ओरिएंटेशनशी संरेखित अनेक वैयक्तिक ड्राइव्ह घटकांसह (SMA वायर्स) बहु-स्तरीय SMA ड्राइव्हचे वर्णन करतो, जे एकूण ड्राइव्ह कार्यप्रदर्शन सुधारते.
अॅक्ट्युएटरचा मुख्य उद्देश विद्युत उर्जेचे रूपांतर करून यांत्रिक उर्जा उत्पादन जसे की शक्ती आणि विस्थापन निर्माण करणे हा आहे.शेप मेमरी अलॉय हे "स्मार्ट" मटेरियलचे वर्ग आहेत जे उच्च तापमानात त्यांचा आकार पुनर्संचयित करू शकतात.उच्च भारांच्या अंतर्गत, SMA वायरच्या तापमानात वाढ झाल्यामुळे आकार पुनर्प्राप्ती होते, परिणामी विविध थेट बंधित स्मार्ट सामग्रीच्या तुलनेत उच्च क्रिया ऊर्जा घनता होते.त्याच वेळी, यांत्रिक भारांखाली, SMA ठिसूळ होतात.काही विशिष्ट परिस्थितींमध्ये, चक्रीय भार यांत्रिक ऊर्जा शोषून आणि सोडू शकतो, उलट करता येण्याजोगा हिस्टेरेटिक आकार बदल दर्शवितो.हे अद्वितीय गुणधर्म SMA ला सेन्सर्स, कंपन डॅम्पिंग आणि विशेषत: अॅक्ट्युएटर १२ साठी आदर्श बनवतात.हे लक्षात घेऊन, SMA-आधारित ड्राइव्हमध्ये बरेच संशोधन झाले आहे.हे लक्षात घ्यावे की SMA-आधारित ऍक्च्युएटर विविध अनुप्रयोगांसाठी अनुवादात्मक आणि रोटरी गती प्रदान करण्यासाठी डिझाइन केलेले आहेत13,14,15.जरी काही रोटरी अॅक्ट्युएटर विकसित केले गेले असले तरी, संशोधकांना रेखीय अॅक्ट्युएटरमध्ये विशेष रस आहे.हे रेखीय अॅक्ट्युएटर तीन प्रकारच्या अॅक्ट्युएटरमध्ये विभागले जाऊ शकतात: एक-आयामी, विस्थापन आणि विभेदक अॅक्ट्युएटर 16.सुरुवातीला, SMA आणि इतर पारंपारिक ड्राइव्हच्या संयोगाने हायब्रिड ड्राइव्ह तयार केले गेले.SMA-आधारित हायब्रीड रेखीय अॅक्ट्युएटरचे असेच एक उदाहरण म्हणजे DC मोटरसह SMA वायरचा वापर सुमारे 100 N चे आउटपुट फोर्स आणि लक्षणीय विस्थापन17.
संपूर्णपणे SMA वर आधारित ड्राइव्हमधील पहिल्या घडामोडींपैकी एक SMA समांतर ड्राइव्ह होता.एकाधिक SMA वायर्स वापरून, SMA-आधारित समांतर ड्राइव्ह सर्व SMA18 तारांना समांतर ठेवून ड्राइव्हची उर्जा क्षमता वाढवण्यासाठी डिझाइन केले आहे.अॅक्ट्युएटर्सच्या समांतर कनेक्शनसाठी केवळ अधिक शक्तीची आवश्यकता नसते, परंतु एकाच वायरची आउटपुट शक्ती देखील मर्यादित करते.SMA आधारित अ‍ॅक्ट्युएटर्सचा आणखी एक तोटा म्हणजे ते साध्य करू शकणारा मर्यादित प्रवास.या समस्येचे निराकरण करण्यासाठी, विस्थापन वाढविण्यासाठी आणि रेखीय गती प्राप्त करण्यासाठी एक विक्षेपित लवचिक बीम असलेली SMA केबल बीम तयार केली गेली, परंतु उच्च शक्ती निर्माण केली नाही19.आकाराच्या मेमरी मिश्रधातूंवर आधारित रोबोट्ससाठी सॉफ्ट डिफॉर्मेबल स्ट्रक्चर्स आणि फॅब्रिक्स प्रामुख्याने प्रभाव प्रवर्धन 20,21,22 साठी विकसित केले गेले आहेत.ज्या ऍप्लिकेशन्ससाठी उच्च गती आवश्यक आहे, तेथे सूक्ष्म पंप चालविलेल्या ऍप्लिकेशन्ससाठी पातळ फिल्म SMAs वापरून कॉम्पॅक्ट चालित पंप नोंदवले गेले आहेत23.ड्रायव्हरचा वेग नियंत्रित करण्यासाठी पातळ फिल्म SMA झिल्लीची ड्राइव्ह वारंवारता हा एक महत्त्वाचा घटक आहे.त्यामुळे, SMA स्प्रिंग किंवा रॉड मोटर्सपेक्षा SMA लिनियर मोटर्सना चांगला डायनॅमिक प्रतिसाद असतो.सॉफ्ट रोबोटिक्स आणि ग्रिपिंग टेक्नॉलॉजी हे दोन इतर ऍप्लिकेशन्स आहेत जे SMA-आधारित ऍक्च्युएटर वापरतात.उदाहरणार्थ, 25 एन स्पेस क्लॅम्पमध्ये वापरलेले मानक अॅक्ट्युएटर बदलण्यासाठी, आकार मेमरी अॅलॉय समांतर अॅक्ट्युएटर 24 विकसित केले गेले.दुसर्‍या प्रकरणात, SMA सॉफ्ट अॅक्ट्युएटर 30 N ची जास्तीत जास्त खेचण्याची शक्ती निर्माण करण्यास सक्षम असलेल्या एम्बेडेड मॅट्रिक्ससह वायरच्या आधारे तयार केले गेले होते. त्यांच्या यांत्रिक गुणधर्मांमुळे, जैविक घटनांची नक्कल करणारे अॅक्ट्युएटर तयार करण्यासाठी SMA चा वापर केला जातो.अशाच एका विकासामध्ये 12-सेल रोबोटचा समावेश आहे जो SMA सह गांडुळासारख्या जीवाचा बायोमिमेटिक आहे ज्यामुळे अग्नि26,27 वर साइनसॉइडल गती निर्माण होते.
आधी सांगितल्याप्रमाणे, विद्यमान SMA-आधारित अॅक्ट्युएटर्सकडून मिळू शकणार्‍या कमाल शक्तीची मर्यादा आहे.या समस्येचे निराकरण करण्यासाठी, हा अभ्यास बायोमिमेटिक बिमोडल स्नायू रचना सादर करतो.आकार मेमरी मिश्र धातु वायर द्वारे चालविले.हे वर्गीकरण प्रणाली प्रदान करते ज्यामध्ये अनेक आकार मेमरी मिश्रित तारांचा समावेश आहे.आजपर्यंत, साहित्यात समान आर्किटेक्चर असलेले कोणतेही SMA-आधारित अॅक्ट्युएटर नोंदवले गेले नाहीत.SMA वर आधारित ही अनोखी आणि नवीन प्रणाली बिमोडल स्नायू संरेखन दरम्यान SMA च्या वर्तनाचा अभ्यास करण्यासाठी विकसित केली गेली आहे.विद्यमान SMA-आधारित अॅक्ट्युएटर्सच्या तुलनेत, या अभ्यासाचे उद्दिष्ट एक बायोमिमेटिक डिपव्हॅलेरेट अॅक्ट्युएटर तयार करणे हे होते जेणेकरुन लहान व्हॉल्यूममध्ये लक्षणीय उच्च शक्ती निर्माण करा.HVAC बिल्डिंग ऑटोमेशन आणि कंट्रोल सिस्टीममध्ये वापरल्या जाणार्‍या पारंपारिक स्टेपर मोटर चालित ड्राइव्हच्या तुलनेत, प्रस्तावित SMA-आधारित बिमोडल ड्राइव्ह डिझाइन ड्राइव्ह यंत्रणेचे वजन 67% कमी करते.खालील मध्ये, "स्नायू" आणि "ड्राइव्ह" शब्द एकमेकांच्या बदल्यात वापरले जातात.हा अभ्यास अशा ड्राइव्हच्या मल्टीफिजिक्स सिम्युलेशनची तपासणी करतो.अशा प्रणालींच्या यांत्रिक वर्तनाचा प्रायोगिक आणि विश्लेषणात्मक पद्धतींनी अभ्यास केला गेला आहे.7 V च्या इनपुट व्होल्टेजवर बल आणि तापमान वितरणाची पुढील तपासणी करण्यात आली. त्यानंतर, मुख्य पॅरामीटर्स आणि आउटपुट फोर्समधील संबंध अधिक चांगल्या प्रकारे समजून घेण्यासाठी पॅरामेट्रिक विश्लेषण केले गेले.शेवटी, श्रेणीबद्ध अॅक्ट्युएटर्सची कल्पना केली गेली आहे आणि कृत्रिम अनुप्रयोगांसाठी नॉन-चुंबकीय अॅक्ट्युएटर्ससाठी संभाव्य भविष्यातील क्षेत्र म्हणून श्रेणीबद्ध स्तरावरील प्रभाव प्रस्तावित केले गेले आहेत.उपरोक्त अभ्यासाच्या परिणामांनुसार, सिंगल-स्टेज आर्किटेक्चरचा वापर नोंदवलेल्या SMA-आधारित अॅक्ट्युएटर्सपेक्षा कमीतकमी चार ते पाच पट जास्त शक्ती निर्माण करतो.याव्यतिरिक्त, बहु-स्तरीय मल्टी-लेव्हल ड्राइव्हद्वारे व्युत्पन्न केलेले समान ड्राइव्ह फोर्स पारंपारिक SMA-आधारित ड्राइव्हच्या दहापट जास्त असल्याचे दर्शविले गेले आहे.अभ्यास नंतर विविध डिझाइन आणि इनपुट व्हेरिएबल्समधील संवेदनशीलता विश्लेषण वापरून मुख्य पॅरामीटर्सचा अहवाल देतो.SMA वायरची प्रारंभिक लांबी (\(l_0\)), पिनेट अँगल (\(\alpha\)) आणि प्रत्येक स्वतंत्र स्ट्रँडमधील सिंगल स्ट्रँडची संख्या (n) यांचा प्रेरक शक्तीच्या विशालतेवर तीव्र नकारात्मक प्रभाव पडतो.सामर्थ्य, तर इनपुट व्होल्टेज (ऊर्जा) सकारात्मक सहसंबंधित असल्याचे दिसून आले.
SMA वायर निकेल-टायटॅनियम (Ni-Ti) मिश्रधातूंच्या कुटुंबात दिसणारा आकार मेमरी प्रभाव (SME) प्रदर्शित करते.सामान्यतः, SMAs दोन तापमान अवलंबून टप्पे प्रदर्शित करतात: कमी तापमानाचा टप्पा आणि उच्च तापमानाचा टप्पा.वेगवेगळ्या क्रिस्टल स्ट्रक्चर्सच्या उपस्थितीमुळे दोन्ही टप्प्यांमध्ये अद्वितीय गुणधर्म आहेत.ऑस्टेनाईट फेजमध्ये (उच्च तापमानाचा टप्पा) ट्रान्सफॉर्मेशन तापमानापेक्षा जास्त आहे, सामग्री उच्च शक्ती दर्शवते आणि लोड अंतर्गत खराब विकृत आहे.मिश्रधातू स्टेनलेस स्टीलसारखे वागते, म्हणून ते उच्च अॅक्ट्युएशन दाब सहन करण्यास सक्षम आहे.Ni-Ti मिश्रधातूंच्या या गुणधर्माचा फायदा घेऊन, SMA तारांना तिरकस करून अॅक्ट्युएटर बनवले जाते.विविध पॅरामीटर्स आणि विविध भूमितींच्या प्रभावाखाली SMA च्या थर्मल वर्तनाचे मूलभूत यांत्रिकी समजून घेण्यासाठी योग्य विश्लेषणात्मक मॉडेल विकसित केले जातात.प्रायोगिक आणि विश्लेषणात्मक परिणामांमध्ये चांगला करार झाला.
SMA वर आधारित बिमोडल ड्राइव्हच्या कार्यक्षमतेचे मूल्यांकन करण्यासाठी अंजीर 9a मध्ये दर्शविलेल्या प्रोटोटाइपवर प्रायोगिक अभ्यास करण्यात आला.यापैकी दोन गुणधर्म, ड्राइव्ह (स्नायू बल) द्वारे व्युत्पन्न होणारे बल आणि SMA वायरचे तापमान (SMA तापमान) प्रायोगिकरित्या मोजले गेले.ड्राइव्हमधील वायरच्या संपूर्ण लांबीच्या बाजूने व्होल्टेजचा फरक वाढल्याने, जौल हीटिंग इफेक्टमुळे वायरचे तापमान वाढते.इनपुट व्होल्टेज दोन 10-s चक्रांमध्ये लागू केले गेले (Fig. 2a, b मध्ये लाल ठिपके म्हणून दाखवले आहे) प्रत्येक चक्र दरम्यान 15-s शीतकरण कालावधीसह.पीझोइलेक्ट्रिक स्ट्रेन गेज वापरून ब्लॉकिंग फोर्स मोजले गेले आणि वैज्ञानिक-श्रेणी उच्च-रिझोल्यूशन LWIR कॅमेरा वापरून SMA वायरचे तापमान वितरण रिअल टाइममध्ये परीक्षण केले गेले (टेबल 2 मध्ये वापरलेल्या उपकरणांची वैशिष्ट्ये पहा).दर्शविते की उच्च व्होल्टेज टप्प्यात, वायरचे तापमान नीरसपणे वाढते, परंतु जेव्हा विद्युत प्रवाह वाहत नाही, तेव्हा वायरचे तापमान कमी होत राहते.सध्याच्या प्रायोगिक सेटअपमध्ये, थंड होण्याच्या टप्प्यात SMA वायरचे तापमान घसरले, परंतु तरीही ते सभोवतालच्या तापमानापेक्षा जास्त होते.अंजीर वर.2e LWIR कॅमेऱ्यातून घेतलेल्या SMA वायरवरील तापमानाचा स्नॅपशॉट दाखवतो.दुसरीकडे, अंजीर मध्ये.2a ड्राइव्ह सिस्टीमद्वारे व्युत्पन्न केलेली ब्लॉकिंग फोर्स दाखवते.जेव्हा स्प्रिंगच्या पुनर्संचयित शक्तीपेक्षा स्नायू शक्ती ओलांडते, तेव्हा आकृती 9a मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे जंगम हात हलू लागतो.क्रिया सुरू होताच, जंगम हात सेन्सरच्या संपर्कात येतो, अंजीरमध्ये दर्शविल्याप्रमाणे शरीराची शक्ती तयार करतो.2क, डी.जेव्हा कमाल तापमान \(84\,^{\circ}\hbox {C}\) जवळ असते, तेव्हा कमाल निरीक्षण बल 105 N असते.
आलेख SMA वायरच्या तापमानाचे प्रायोगिक परिणाम आणि SMA-आधारित बिमोडल ऍक्च्युएटरद्वारे दोन चक्रांदरम्यान निर्माण केलेले बल दर्शवितो.इनपुट व्होल्टेज दोन 10 सेकंदांच्या चक्रांमध्ये (लाल ठिपके म्हणून दर्शविले जाते) प्रत्येक सायकल दरम्यान 15 सेकंदांच्या कूल डाउन कालावधीसह लागू केले जाते.प्रयोगांसाठी वापरलेली SMA वायर Dynalloy, Inc. ची 0.51 मिमी व्यासाची फ्लेक्सिनॉल वायर होती. (a) आलेख दोन चक्रांमध्ये मिळालेले प्रायोगिक बल दाखवतो, (c, d) PACEline CFT/5kN piezograph ची कमाल तापमानाच्या दरम्यान आर्म अ‍ॅक्ट्युएटर हलविण्याच्या क्रियेची दोन स्वतंत्र उदाहरणे दाखवतो, SMA ची कमाल तापमान वेळ दाखवतो. दोन चक्र, (e) FLIR ResearchIR सॉफ्टवेअर LWIR कॅमेरा वापरून SMA वायरमधून घेतलेला तापमान स्नॅपशॉट दाखवतो.प्रयोगांमध्ये विचारात घेतलेले भौमितिक मापदंड तक्त्यामध्ये दिले आहेत.एक
गणितीय मॉडेलचे सिम्युलेशन परिणाम आणि प्रायोगिक परिणामांची तुलना आकृती 5 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे 7V च्या इनपुट व्होल्टेजच्या स्थितीत केली जाते.पॅरामेट्रिक विश्लेषणाच्या परिणामांनुसार आणि एसएमए वायरच्या अतिउष्णतेची शक्यता टाळण्यासाठी, अॅक्ट्युएटरला 11.2 डब्ल्यूची शक्ती पुरवली गेली.इनपुट व्होल्टेज म्हणून 7V पुरवण्यासाठी प्रोग्राम करण्यायोग्य DC पॉवर सप्लाय वापरला गेला आणि संपूर्ण वायरवर 1.6A चा करंट मोजला गेला.जेव्हा विद्युत प्रवाह लागू होतो तेव्हा ड्राइव्हद्वारे निर्माण होणारी शक्ती आणि SDR चे तापमान वाढते.7V च्या इनपुट व्होल्टेजसह, सिम्युलेशन परिणाम आणि पहिल्या चक्राच्या प्रायोगिक परिणामांमधून प्राप्त होणारी कमाल आउटपुट शक्ती अनुक्रमे 78 N आणि 96 N आहे.दुसऱ्या चक्रात, सिम्युलेशन आणि प्रायोगिक परिणामांची कमाल आउटपुट शक्ती अनुक्रमे 150 N आणि 105 N होती.ऑक्लुजन फोर्स मापन आणि प्रायोगिक डेटा यांच्यातील विसंगती ऑक्लुजन फोर्स मोजण्यासाठी वापरलेल्या पद्धतीमुळे असू शकते.अंजीर मध्ये दर्शविलेले प्रायोगिक परिणाम.5a लॉकिंग फोर्सच्या मापनाशी संबंधित आहे, जे अंजीर मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, PACEline CFT/5kN पायझोइलेक्ट्रिक फोर्स ट्रान्सड्यूसरच्या संपर्कात असताना ड्राईव्ह शाफ्टचे मोजमाप केले गेले.2से.म्हणून, जेव्हा कूलिंग झोनच्या सुरूवातीस ड्राइव्ह शाफ्ट फोर्स सेन्सरच्या संपर्कात नसतो, तेव्हा अंजीर 2d मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे फोर्स लगेच शून्य होते.याव्यतिरिक्त, पुढील चक्रांमध्ये शक्तीच्या निर्मितीवर परिणाम करणारे इतर मापदंड म्हणजे कूलिंग वेळेची मूल्ये आणि मागील चक्रातील संवहनी उष्णता हस्तांतरणाचे गुणांक.अंजीर पासून.2b, हे पाहिले जाऊ शकते की 15 सेकंदाच्या कूलिंग कालावधीनंतर, SMA वायर खोलीच्या तपमानावर पोहोचले नाही आणि त्यामुळे पहिल्या सायकलच्या तुलनेत दुसर्‍या ड्रायव्हिंग सायकलमध्ये प्रारंभिक तापमान (\(40\,^{\circ }\hbox {C}\)) जास्त होते (\(25\, ^{\circ}\hbox})).अशा प्रकारे, पहिल्या चक्राच्या तुलनेत, दुस-या हीटिंग सायकल दरम्यान SMA वायरचे तापमान प्रारंभिक ऑस्टेनाइट तापमान (\(A_s\)) पूर्वी पोहोचते आणि संक्रमण कालावधीत जास्त काळ टिकते, परिणामी तणाव आणि शक्ती निर्माण होते.दुसरीकडे, प्रयोग आणि सिम्युलेशनमधून प्राप्त झालेल्या हीटिंग आणि कूलिंग सायकल दरम्यान तापमान वितरणामध्ये थर्मोग्राफिक विश्लेषणाच्या उदाहरणांशी उच्च गुणात्मक समानता असते.प्रयोग आणि सिम्युलेशनमधील SMA वायर थर्मल डेटाच्या तुलनात्मक विश्लेषणाने हीटिंग आणि कूलिंग सायकल दरम्यान आणि प्रायोगिक डेटासाठी स्वीकार्य सहिष्णुतेमध्ये सुसंगतता दर्शविली.SMA वायरचे कमाल तापमान, सिम्युलेशन आणि पहिल्या सायकलच्या प्रयोगांच्या परिणामांवरून मिळवलेले, \(89\,^{\circ }\hbox {C}\) आणि \(75\,^{\circ }\hbox { C }\, अनुक्रमे ) आहे, आणि दुसऱ्या चक्रात SMA वायरचे कमाल तापमान \\\{4}C ^ (\9\{4}C) आणि SMA वायरचे कमाल तापमान \9\{4}C आहे. 3\,^{\circ }\ hbox {C}\).मूलभूतपणे विकसित मॉडेल आकार मेमरी प्रभावाच्या प्रभावाची पुष्टी करते.या पुनरावलोकनात थकवा आणि ओव्हरहाटिंगची भूमिका विचारात घेतली गेली नाही.भविष्यात, SMA वायरचा ताण इतिहास समाविष्ट करण्यासाठी मॉडेलमध्ये सुधारणा केली जाईल, ज्यामुळे ते अभियांत्रिकी अनुप्रयोगांसाठी अधिक योग्य होईल.सिम्युलिंक ब्लॉकमधून मिळवलेले ड्राइव्ह आउटपुट फोर्स आणि SMA तापमान प्लॉट्स 7 V च्या इनपुट व्होल्टेज पल्सच्या स्थितीत प्रायोगिक डेटाच्या स्वीकार्य सहनशीलतेमध्ये आहेत. हे विकसित गणितीय मॉडेलच्या अचूकतेची आणि विश्वासार्हतेची पुष्टी करते.
गणितीय मॉडेल MathWorks Simulink R2020b वातावरणात पद्धती विभागात वर्णन केलेल्या मूलभूत समीकरणांचा वापर करून विकसित केले गेले.अंजीर वर.3b सिमुलिंक गणित मॉडेलचा ब्लॉक आकृती दर्शवितो.अंजीर 2a, b मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे मॉडेल 7V इनपुट व्होल्टेज पल्ससाठी सिम्युलेट केले होते.सिम्युलेशनमध्ये वापरलेल्या पॅरामीटर्सची मूल्ये तक्ता 1 मध्ये सूचीबद्ध आहेत. क्षणिक प्रक्रियांच्या सिम्युलेशनचे परिणाम आकृती 1 आणि 1 मध्ये सादर केले आहेत. आकृती 3a आणि 4. अंजीर मध्ये.4a,b SMA वायरमधील प्रेरित व्होल्टेज आणि वेळेचे कार्य म्हणून अॅक्ट्युएटरद्वारे व्युत्पन्न केलेले बल दाखवते. रिव्हर्स ट्रान्सफॉर्मेशन (हीटिंग) दरम्यान, जेव्हा SMA वायर तापमान, \(T < A_s^{\prime}\) (तणाव-सुधारित ऑस्टेनाइट फेज प्रारंभ तापमान), मार्टेन्साइट व्हॉल्यूम अपूर्णांक (\(\dot{\xi }\)) बदलण्याचा दर शून्य असेल. रिव्हर्स ट्रान्सफॉर्मेशन (हीटिंग) दरम्यान, जेव्हा SMA वायर तापमान, \(T < A_s^{\prime}\) (तणाव-सुधारित ऑस्टेनाइट फेज स्टार्ट तापमान), मार्टेन्साइट व्हॉल्यूम अपूर्णांक (\(\dot{\ xi }\)) बदलण्याचा दर शून्य असेल. Во время обратного превращения (нагрева), когда температура проволоки SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (температура начала аустенитура начала аустенитура начала аустенитура проволоки SMA, ением), скорость изменения объемной доли мартенсита (\(\dot{\ xi }\)) будет равно нулю. रिव्हर्स ट्रान्सफॉर्मेशन (हीटिंग) दरम्यान, जेव्हा SMA वायरचे तापमान, \(T < A_s^{\prime}\) (तणाव-सुधारित ऑस्टेनाइट ऑनसेट तापमान), मार्टेन्साइट व्हॉल्यूम अपूर्णांक (\(\dot{\ xi }\ )) बदलण्याचा दर शून्य असेल.在反向转变（加热）过程中，当SMA 线温度\(T < A_s^{\prime}\)（应力修正奥氏体狗正奥氏力修正奥氏体狸鸭，氏力修正奥氏体狸鸭体积分数的变化率（\(\dot{\ xi }\)) 将为零.在 反向 转变 （加热） 中 ， 当 当 线 温度 \ (t При обратном превращении (нагреве) при температуре проволоки СПФ \(T < A_s^{\prime}\) (температура зарождения аустенитура зарождения аустенитной фазания аустенитной фазина) скорость изменения объемной доли мартенсита (\( \dot{\ xi }\)) будет равно нулю. SMA वायर \(T < A_s^{\prime}\) तापमानात रिव्हर्स ट्रान्सफॉर्मेशन (हीटिंग) दरम्यान (ऑस्टेनाइट फेजच्या न्यूक्लिएशनचे तापमान, तणावासाठी दुरुस्त केलेले), मार्टेन्साइट (\( \dot{\ xi }\)) च्या व्हॉल्यूम फ्रॅक्शनमधील बदलाचा दर शून्याच्या बरोबरीचा असेल.म्हणून, ताण बदलाचा दर (\(\dot{\sigma}\)) फक्त समीकरण (1) वापरून ताण दर (\(\dot{\epsilon}\)) आणि तापमान ग्रेडियंट (\(\dot{T} \) ) वर अवलंबून असेल.तथापि, जसजसे SMA वायर तापमानात वाढते आणि ओलांडते (\(A_s^{\prime}\)), ऑस्टेनाइट फेज तयार होण्यास सुरुवात होते, आणि (\(\dot{\xi}\)) समीकरणाचे दिलेले मूल्य (3) घेतले जाते.म्हणून, व्होल्टेजच्या बदलाचा दर (\(\dot{\sigma}\)) संयुक्तपणे \(\dot{\epsilon}, \dot{T}\) द्वारे नियंत्रित केला जातो आणि \(\dot{\xi}\) सूत्र (1) मध्ये दिलेल्या समान असेल.हे आकृती 4a, b मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, हीटिंग सायकल दरम्यान वेळ-विविध ताणतणाव आणि सक्तीच्या नकाशांमध्ये पाहिलेले ग्रेडियंट बदल स्पष्ट करते.
(a) SMA-आधारित divalerate actuator मध्ये तापमान वितरण आणि तणाव-प्रेरित जंक्शन तापमान दर्शवणारे सिम्युलेशन परिणाम.जेव्हा वायर तापमान गरम अवस्थेत ऑस्टेनाइट संक्रमण तापमान ओलांडते, तेव्हा सुधारित ऑस्टेनाइट संक्रमण तापमान वाढू लागते आणि त्याचप्रमाणे, जेव्हा वायर रॉडचे तापमान थंड अवस्थेत मार्टेन्सिटिक संक्रमण तापमान ओलांडते, तेव्हा मार्टेन्सिटिक संक्रमण तापमान कमी होते.ऍक्च्युएशन प्रक्रियेच्या विश्लेषणात्मक मॉडेलिंगसाठी SMA.(सिमुलिंक मॉडेलच्या प्रत्येक उपप्रणालीच्या तपशीलवार दृश्यासाठी, पूरक फाइलचा परिशिष्ट विभाग पहा.)
7V इनपुट व्होल्टेज (10 सेकंद वॉर्म अप सायकल आणि 15 सेकंद कूल डाउन सायकल) च्या दोन चक्रांसाठी वेगवेगळ्या पॅरामीटर वितरणासाठी विश्लेषणाचे परिणाम दर्शविले जातात.(ac) आणि (e) कालांतराने वितरणाचे चित्रण करताना, दुसरीकडे, (d) आणि (f) तापमानासह वितरणाचे चित्रण करतात.संबंधित इनपुट परिस्थितीसाठी, जास्तीत जास्त पाळलेला ताण 106 MPa (345 MPa पेक्षा कमी, वायर उत्पादन शक्ती), बल 150 N आहे, कमाल विस्थापन 270 µm आहे आणि किमान मार्टेन्सिटिक व्हॉल्यूम अपूर्णांक 0.91 आहे.दुसरीकडे, तणावातील बदल आणि तपमानासह मार्टेन्साइटच्या व्हॉल्यूम अंशामध्ये बदल हिस्टेरेसिस वैशिष्ट्यांसारखेच आहेत.
हेच स्पष्टीकरण ऑस्टेनाइट फेजपासून मार्टेन्साईट फेजपर्यंतच्या डायरेक्ट ट्रान्सफॉर्मेशन (कूलिंग) वर लागू होते, जेथे SMA वायर तापमान (T) आणि स्ट्रेस-सुधारित मार्टेन्साईट फेजचे शेवटचे तापमान (\(M_f^{\prime}\ )) उत्कृष्ट आहे.अंजीर वर.4d,f दोन्ही ड्रायव्हिंग सायकलसाठी SMA वायर (T) च्या तापमानातील बदलाचे कार्य म्हणून प्रेरित ताण (\(\sigma\)) आणि SMA वायरमधील मार्टेन्साइट (\(\xi\)) च्या व्हॉल्यूम अपूर्णांकातील बदल दर्शविते.अंजीर वर.आकृती 3a इनपुट व्होल्टेज पल्सवर अवलंबून SMA वायरच्या तापमानात बदल दर्शविते.आकृतीवरून पाहिल्याप्रमाणे, वायरचे तापमान शून्य व्होल्टेजवर उष्णता स्त्रोत प्रदान करून आणि त्यानंतरच्या संवहनी शीतकरणामुळे वाढतच राहते.गरम करताना, जेव्हा एसएमए वायर तापमान (T) ताण-सुधारित ऑस्टेनाइट न्यूक्लिएशन तापमान (\(A_s^{\prime}\)) ओलांडते तेव्हा ऑस्टेनाइट टप्प्यात मार्टेन्साइटचे पुनर्परिवर्तन सुरू होते.या टप्प्यात, SMA वायर संकुचित केली जाते आणि अॅक्ट्युएटर शक्ती निर्माण करतो.तसेच कूलिंग दरम्यान, जेव्हा SMA वायर (T) चे तापमान ताण-सुधारित मार्टेन्साईट फेज (\(M_s^{\prime}\)) च्या न्यूक्लिएशन तापमानाला ओलांडते तेव्हा ऑस्टेनाइट फेजपासून मार्टेन्साईट टप्प्यात सकारात्मक संक्रमण होते.चालक शक्ती कमी होते.
SMA वर आधारित बिमोडल ड्राइव्हचे मुख्य गुणात्मक पैलू सिम्युलेशन परिणामांमधून मिळू शकतात.व्होल्टेज पल्स इनपुटच्या बाबतीत, जौल हीटिंग इफेक्टमुळे एसएमए वायरचे तापमान वाढते.मार्टेन्साइट व्हॉल्यूम अपूर्णांक (\(\xi\)) चे प्रारंभिक मूल्य 1 वर सेट केले आहे, कारण सामग्री सुरुवातीला पूर्णपणे मार्टेन्सिटिक टप्प्यात आहे.वायर सतत तापत राहिल्याने, SMA वायरचे तापमान ताण-दुरुस्त ऑस्टेनाइट न्यूक्लिएशन तापमान \(A_s^{\prime}\) पेक्षा जास्त होते, परिणामी आकृती 4c मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, मार्टेन्साइट व्हॉल्यूम अपूर्णांक कमी होतो.याव्यतिरिक्त, अंजीर मध्ये.4e वेळेत आणि अंजीर मध्ये अॅक्ट्युएटरच्या स्ट्रोकचे वितरण दर्शविते.5 - वेळेचे कार्य म्हणून प्रेरक शक्ती.समीकरणांच्या संबंधित प्रणालीमध्ये तापमान, मार्टेन्साइट व्हॉल्यूम अपूर्णांक आणि वायरमध्ये विकसित होणारा ताण यांचा समावेश होतो, परिणामी SMA वायर संकुचित होते आणि अॅक्ट्युएटरद्वारे निर्माण होणारे बल.अंजीर मध्ये दाखवल्याप्रमाणे.4d,f, तापमानासह व्होल्टेज भिन्नता आणि तापमानासह मार्टेन्साईट व्हॉल्यूम अपूर्णांक भिन्नता 7 V वर सिम्युलेटेड केसमध्ये SMA च्या हिस्टेरेसिस वैशिष्ट्यांशी संबंधित आहेत.
ड्रायव्हिंग पॅरामीटर्सची तुलना प्रयोग आणि विश्लेषणात्मक गणनांद्वारे प्राप्त केली गेली.तारांना 10 सेकंदांसाठी 7 V च्या स्पंदित इनपुट व्होल्टेजच्या अधीन केले गेले, त्यानंतर दोन चक्रांमध्ये 15 सेकंदांसाठी (कूलिंग फेज) थंड केले गेले.पिनेट कोन \(40^{\circ}\) वर सेट केला आहे आणि प्रत्येक पिन लेगमधील SMA वायरची प्रारंभिक लांबी 83mm वर सेट केली आहे.(a) लोड सेलसह प्रेरक शक्ती मोजणे (b) थर्मल इन्फ्रारेड कॅमेरासह वायर तापमानाचे निरीक्षण करणे.
ड्राइव्हद्वारे तयार केलेल्या शक्तीवर भौतिक पॅरामीटर्सचा प्रभाव समजून घेण्यासाठी, निवडलेल्या भौतिक पॅरामीटर्ससाठी गणितीय मॉडेलच्या संवेदनशीलतेचे विश्लेषण केले गेले आणि पॅरामीटर्स त्यांच्या प्रभावानुसार रँक केले गेले.प्रथम, मॉडेल पॅरामीटर्सचे सॅम्पलिंग प्रायोगिक डिझाइन तत्त्वे वापरून केले गेले जे एकसमान वितरणाचे अनुसरण करतात (संवेदनशीलता विश्लेषणावरील पूरक विभाग पहा).या प्रकरणात, मॉडेल पॅरामीटर्समध्ये इनपुट व्होल्टेज (\(V_{in}\)), प्रारंभिक SMA वायरची लांबी (\(l_0\)), त्रिकोण कोन (\(\alpha\)), बायस स्प्रिंग कॉन्स्टंट (\( K_x\ )), संवहनी उष्णता हस्तांतरण गुणांक (\(h_T\)) आणि युनी शाखांची संख्या समाविष्ट आहे.पुढील चरणात, अभ्यास डिझाइनची आवश्यकता म्हणून शिखर स्नायू सामर्थ्य निवडले गेले आणि सामर्थ्यावरील व्हेरिएबल्सच्या प्रत्येक संचाचे पॅरामेट्रिक प्रभाव प्राप्त झाले.आकृती 6a मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, संवेदनशीलता विश्लेषणासाठी टोर्नेडो प्लॉट्स प्रत्येक पॅरामीटरसाठी सहसंबंध गुणांकांमधून घेतले गेले.
(a) मॉडेल पॅरामीटर्सची सहसंबंध गुणांक मूल्ये आणि वरील मॉडेल पॅरामीटर्सच्या 2500 अद्वितीय गटांच्या कमाल आउटपुट फोर्सवर त्यांचा प्रभाव टॉर्नॅडो प्लॉटमध्ये दर्शविला आहे.आलेख अनेक निर्देशकांचा रँक सहसंबंध दर्शवितो.हे स्पष्ट आहे की \(V_{in}\) हा सकारात्मक सहसंबंध असलेला एकमेव पॅरामीटर आहे आणि \(l_0\) हा सर्वात जास्त नकारात्मक सहसंबंध असलेला पॅरामीटर आहे.शिखर स्नायूंच्या सामर्थ्यावर विविध संयोजनांमध्ये विविध पॅरामीटर्सचा प्रभाव (b, c) मध्ये दर्शविला आहे.\(K_x\) 400 ते 800 N/m आणि n ची श्रेणी 4 ते 24 पर्यंत आहे. व्होल्टेज (\(V_{in}\)) 4V वरून 10V मध्ये बदलले आहे, वायरची लांबी (\(l_{0 } \)) 40 ते 100 मिमी पर्यंत बदलली आहे, आणि शेपटीचा कोन \0 (\0 ^ 2 ^ varied) \\ (\0 ^ {6) पासून बदलला आहे. \circ }\).
अंजीर वर.6a पीक ड्राईव्ह फोर्स डिझाइन आवश्यकतांसह प्रत्येक पॅरामीटरसाठी विविध सहसंबंध गुणांकांचा टोर्नॅडो प्लॉट दर्शवितो.अंजीर पासून.6a हे पाहिले जाऊ शकते की व्होल्टेज पॅरामीटर (\(V_{in}\)) थेट कमाल आउटपुट फोर्सशी संबंधित आहे, आणि संवहनी उष्णता हस्तांतरण गुणांक (\(h_T\)), फ्लेम एंगल (\ ( \alpha\)), विस्थापन स्प्रिंग कॉन्स्टंट ( \(K_x\)) S ची प्रारंभिक लांबी (w\l) सहसंबंधित आहे , आणि युनिमोडल शाखांची संख्या (n) एक मजबूत व्यस्त सहसंबंध दर्शवते थेट सहसंबंधाच्या बाबतीत व्होल्टेज सहसंबंध गुणांक (\(V_ {in}\)) च्या उच्च मूल्याच्या बाबतीत हे दर्शवते की या पॅरामीटरचा पॉवर आउटपुटवर सर्वात जास्त प्रभाव पडतो.आकृती 6b, c मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, आणखी एक समान विश्लेषण दोन कॉम्प्युटेशनल स्पेसच्या वेगवेगळ्या संयोजनांमध्ये भिन्न पॅरामीटर्सच्या प्रभावाचे मूल्यमापन करून शिखर शक्तीचे मोजमाप करते.\(V_{in}\) आणि \(l_0\), \(\alpha\) आणि \(l_0\) सारखे पॅटर्न आहेत आणि आलेख दाखवतो की \(V_{in}\) आणि \(\alpha\) आणि \(\alpha\) समान नमुने आहेत.\(l_0\) ची लहान मूल्ये उच्च शिखर फोर्समध्ये परिणाम करतात.इतर दोन प्लॉट आकृती 6a शी सुसंगत आहेत, जेथे n आणि \(K_x\) ऋणात्मक परस्परसंबंधित आहेत आणि \(V_{in}\) सकारात्मक परस्परसंबंधित आहेत.हे विश्लेषण परिणामकारक पॅरामीटर्स परिभाषित आणि समायोजित करण्यात मदत करते ज्याद्वारे आउटपुट फोर्स, स्ट्रोक आणि ड्राइव्ह सिस्टमची कार्यक्षमता आवश्यकता आणि अनुप्रयोगाशी जुळवून घेता येते.
वर्तमान संशोधन कार्य एन स्तरांसह श्रेणीबद्ध ड्राइव्हचा परिचय आणि तपासणी करते.अंजीर 7a मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे दोन-स्तरीय पदानुक्रमात, जेथे प्रथम स्तराच्या अॅक्ट्युएटरच्या प्रत्येक SMA वायरऐवजी, अंजीरमध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, बिमोडल व्यवस्था प्राप्त केली जाते.9e.अंजीर वर.7c फक्त अनुदैर्ध्य दिशेने फिरणाऱ्या जंगम हाताच्या (सहायक हात) भोवती SMA वायर कशी जखम झाली आहे हे दाखवते.तथापि, प्राथमिक जंगम हात पहिल्या टप्प्यातील मल्टी-स्टेज अ‍ॅक्ट्युएटरच्या जंगम हाताप्रमाणेच फिरत राहतो.सामान्यतः, \(N-1\) स्टेज SMA वायरला पहिल्या-स्टेज ड्राइव्हसह बदलून N-स्टेज ड्राइव्ह तयार केली जाते.परिणामी, प्रत्येक शाखा पहिल्या टप्प्यातील ड्राइव्हचे अनुकरण करते, त्या शाखेचा अपवाद वगळता जो वायर स्वतःच धरतो.अशा प्रकारे, नेस्टेड स्ट्रक्चर्स तयार केली जाऊ शकतात जी प्राथमिक ड्राइव्हच्या शक्तींपेक्षा कित्येक पटीने जास्त शक्ती तयार करतात.या अभ्यासात, प्रत्येक स्तरासाठी, 1 मीटरची एकूण प्रभावी SMA वायर लांबी विचारात घेण्यात आली होती, जसे की चित्र 7d मध्ये सारणी स्वरूपात दाखवले आहे.प्रत्येक युनिमोडल डिझाईनमधील प्रत्येक वायरमधून येणारा विद्युतप्रवाह आणि प्रत्येक SMA वायर विभागातील परिणामी प्रीस्ट्रेस आणि व्होल्टेज प्रत्येक स्तरावर समान असतात.आमच्या विश्लेषणात्मक मॉडेलनुसार, आउटपुट फोर्स सकारात्मकपणे पातळीशी संबंधित आहे, तर विस्थापन नकारात्मकपणे सहसंबंधित आहे.त्याच वेळी, विस्थापन आणि स्नायूंची ताकद यांच्यात व्यापार बंद झाला.अंजीर मध्ये पाहिल्याप्रमाणे.7b, जास्तीत जास्त शक्ती सर्वात मोठ्या स्तरांमध्ये प्राप्त होत असताना, सर्वात कमी स्तरामध्ये सर्वात मोठे विस्थापन दिसून येते.पदानुक्रम पातळी \(N=5\) वर सेट केल्यावर, 2 निरीक्षण स्ट्रोक \(\upmu\)m सह 2.58 kN चे शिखर स्नायू बल आढळले.दुसरीकडे, पहिल्या टप्प्यातील ड्राइव्ह 277 \(\upmu\)m च्या स्ट्रोकवर 150 N चे बल निर्माण करते.बहु-स्तरीय अॅक्ट्युएटर वास्तविक जैविक स्नायूंची नक्कल करण्यास सक्षम आहेत, जेथे आकार मेमरी मिश्र धातुंवर आधारित कृत्रिम स्नायू अचूक आणि बारीक हालचालींसह लक्षणीय उच्च शक्ती निर्माण करण्यास सक्षम आहेत.या मिनिएच्युराइज्ड डिझाईनची मर्यादा अशी आहे की पदानुक्रम जसजसा वाढत जातो तसतशी हालचाल मोठ्या प्रमाणात कमी होते आणि ड्राइव्ह उत्पादन प्रक्रियेची जटिलता वाढते.
(a) द्वि-स्टेज (\(N=2\)) स्तरित आकाराची मेमरी अलॉय लिनियर अॅक्ट्युएटर प्रणाली बिमोडल कॉन्फिगरेशनमध्ये दर्शविली आहे.प्रस्तावित मॉडेल पहिल्या स्टेजच्या लेयर्ड अॅक्ट्युएटरमधील एसएमए वायरला दुसऱ्या सिंगल स्टेज लेयर्ड अॅक्ट्युएटरने बदलून साध्य केले जाते.(c) दुसऱ्या टप्प्यातील मल्टीलेअर अॅक्ट्युएटरचे विकृत कॉन्फिगरेशन.(b) स्तरांच्या संख्येवर अवलंबून शक्ती आणि विस्थापनांचे वितरण वर्णन केले आहे.असे आढळून आले आहे की अॅक्ट्युएटरची शिखर शक्ती ग्राफवरील स्केल पातळीशी सकारात्मकपणे संबंधित आहे, तर स्ट्रोक स्केल पातळीशी नकारात्मकरित्या संबंधित आहे.प्रत्येक वायरमधील वर्तमान आणि प्री-व्होल्टेज सर्व स्तरांवर स्थिर राहतात.(d) टेबल प्रत्येक स्तरावर नळांची संख्या आणि SMA वायरची (फायबर) लांबी दर्शवते.तारांची वैशिष्ट्ये अनुक्रमणिका 1 द्वारे दर्शविली जातात आणि दुय्यम शाखांची संख्या (प्राथमिक पायाशी जोडलेली एक) सबस्क्रिप्टमधील सर्वात मोठ्या संख्येद्वारे दर्शविली जाते.उदाहरणार्थ, लेव्हल ५ वर, \(n_1\) प्रत्येक बिमोडल स्ट्रक्चरमध्ये असलेल्या SMA वायरच्या संख्येचा संदर्भ देते आणि \(n_5\) सहायक पायांच्या संख्येचा संदर्भ देते (मुख्य पायाशी जोडलेले एक).
अनेक संशोधकांनी आकार स्मृतीसह SMA चे वर्तन मॉडेल करण्यासाठी विविध पद्धती प्रस्तावित केल्या आहेत, जे फेज संक्रमणाशी संबंधित क्रिस्टल स्ट्रक्चरमधील मॅक्रोस्कोपिक बदलांसह थर्मोमेकॅनिकल गुणधर्मांवर अवलंबून असतात.संवैधानिक पद्धती तयार करणे स्वाभाविकपणे गुंतागुंतीचे आहे.तनाका28 द्वारे सर्वात सामान्यपणे वापरले जाणारे अभूतपूर्व मॉडेल प्रस्तावित आहे आणि अभियांत्रिकी अनुप्रयोगांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते.तनाका [२८] द्वारे प्रस्तावित केलेले अभूतपूर्व मॉडेल असे गृहीत धरते की मार्टेन्साइटचा खंड अंश हे तापमान आणि तणावाचे घातांकीय कार्य आहे.नंतर, लिआंग आणि रॉजर्स29 आणि ब्रिन्सन30 यांनी एक मॉडेल प्रस्तावित केले ज्यामध्ये फेज ट्रांझिशन डायनॅमिक्स हे व्होल्टेज आणि तापमानाचे कोसाइन फंक्शन असल्याचे गृहीत धरले होते, मॉडेलमध्ये किंचित बदल केले गेले.बेकर आणि ब्रिन्सन यांनी अनियंत्रित लोडिंग स्थितीत तसेच आंशिक संक्रमणे अंतर्गत SMA सामग्रीचे वर्तन मॉडेल करण्यासाठी फेज डायग्राम आधारित गतिज मॉडेलचा प्रस्ताव दिला.बॅनर्जी 32 बेकर आणि ब्रिन्सन 31 फेज डायग्राम डायनॅमिक्स पद्धतीचा वापर करून इलाहिनिया आणि अहमदियन 33 द्वारे विकसित केलेल्या स्वातंत्र्य मॅनिपुलेटरच्या एकल डिग्रीचे अनुकरण करतात.फेज डायग्रामवर आधारित कायनेटिक पद्धती, जे तापमानासह व्होल्टेजमधील नॉनमोनोटोनिक बदल लक्षात घेतात, अभियांत्रिकी अनुप्रयोगांमध्ये लागू करणे कठीण आहे.एलाखिनिया आणि अहमदियन विद्यमान अभूतपूर्व मॉडेल्सच्या या कमतरतांकडे लक्ष वेधतात आणि कोणत्याही जटिल लोडिंग परिस्थितीत आकार मेमरी वर्तनाचे विश्लेषण आणि व्याख्या करण्यासाठी विस्तारित घटनात्मक मॉडेल प्रस्तावित करतात.
SMA वायरचे स्ट्रक्चरल मॉडेल SMA वायरचे ताण (\(\सिग्मा\)), स्ट्रेन (\(\epsilon\)), तापमान (T), आणि मार्टेन्साइट व्हॉल्यूम अपूर्णांक (\(\xi\)) देते.अपूर्व घटक मॉडेल प्रथम तनाका28 यांनी प्रस्तावित केले होते आणि नंतर लिआंग29 आणि ब्रिन्सन30 यांनी स्वीकारले होते.समीकरणाचे व्युत्पन्न फॉर्म आहे:
जेथे E हा फेज अवलंबित SMA यंगचा मॉड्यूलस वापरून प्राप्त केलेला \(\displaystyle E=\xi E_M + (1-\xi )E_A\) आणि \(E_A\) आणि \(E_M\) हे यंगचे मॉड्यूलस दर्शवणारे अनुक्रमे ऑस्टेनिटिक आणि मार्टेन्सिटिक फेज आहेत, आणि coe\\ द्वारे दर्शविले गेलेले सिझन आहे.फेज संक्रमण योगदान घटक \(\Omega = -E \epsilon _L\) आहे आणि \(\epsilon _L\) SMA वायरमध्ये जास्तीत जास्त पुनर्प्राप्त करण्यायोग्य ताण आहे.
फेज डायनॅमिक्स समीकरण हे Tanaka28 ने प्रस्तावित केलेल्या घातांकीय कार्याऐवजी Liang29 ने विकसित केलेल्या आणि नंतर Brinson30 ने स्वीकारलेल्या कोसाइन फंक्शनशी एकरूप आहे.फेज ट्रान्झिशन मॉडेल हे एलाखिनिया आणि अहमदियन34 यांनी प्रस्तावित केलेल्या मॉडेलचा विस्तार आहे आणि लिआंग29 आणि ब्रिन्सन30 यांनी दिलेल्या फेज संक्रमण परिस्थितीच्या आधारे सुधारित केले आहे.या फेज ट्रान्झिशन मॉडेलसाठी वापरल्या जाणार्‍या अटी जटिल थर्मोमेकॅनिकल लोड अंतर्गत वैध आहेत.घटक समीकरणाचे मॉडेलिंग करताना वेळेच्या प्रत्येक क्षणी, मार्टेन्साइटच्या व्हॉल्यूम अपूर्णांकाचे मूल्य मोजले जाते.
गव्हर्निंग रिट्रान्सफॉर्मेशन समीकरण, गरम परिस्थितीत मार्टेन्साईट ते ऑस्टेनाइटच्या परिवर्तनाद्वारे व्यक्त केलेले, खालीलप्रमाणे आहे:
जेथे \(\xi\) मार्टेन्साईटचा व्हॉल्यूम अपूर्णांक आहे, \(\xi _M\) हा मार्टेन्साईटचा व्हॉल्यूम अपूर्णांक आहे जो गरम करण्यापूर्वी मिळवलेला आहे, \(\displaystyle a_A = \pi /(A_f – A_s)\), \ ( \displaystyle b_A = -a_A/C_A\) आणि \(C_A, T_A, तापमान डब्ल्यू (C_A) तापमान, S_A, तापमान s\) आणि \(A_f\) - ऑस्टेनाइट टप्प्याची सुरूवात आणि शेवट, अनुक्रमे, तापमान.
थेट परिवर्तन नियंत्रण समीकरण, कूलिंग परिस्थितीत ऑस्टेनाइट ते मार्टेन्साइटचे फेज ट्रान्सफॉर्मेशन द्वारे दर्शविले जाते, हे आहे:
जेथे \(\xi _A\) हा थंड होण्यापूर्वी मिळवलेला मार्टेन्साईटचा व्हॉल्यूम अंश आहे, \(\displaystyle a_M = \pi /(M_s – M_f)\), \(\displaystyle b_M = -a_M/C_M\) आणि \ ( C_M \) – वक्र फिटिंग पॅरामीटर्स, T – SMA वायर (T - SMA फायनल आणि M_ फायनल टेंपरेचर\)\(T – SMA वायर\) अंतिम तापमान आणि एम. , अनुक्रमे.
समीकरणे (3) आणि (4) वेगळे केल्यानंतर, व्यस्त आणि थेट परिवर्तन समीकरणे खालील फॉर्ममध्ये सरलीकृत केली जातात:
फॉरवर्ड आणि बॅकवर्ड ट्रान्सफॉर्मेशन दरम्यान \(\eta _{\sigma}\) आणि \(\eta _{T}\) भिन्न मूल्ये घेतात.\(\eta _{\sigma}\) आणि \(\eta _{T}\) शी संबंधित मूलभूत समीकरणे काढली गेली आहेत आणि अतिरिक्त विभागात तपशीलवार चर्चा केली आहे.
SMA वायरचे तापमान वाढवण्यासाठी लागणारी थर्मल एनर्जी जौल हीटिंग इफेक्टमधून येते.एसएमए वायरद्वारे शोषलेली किंवा सोडलेली थर्मल ऊर्जा परिवर्तनाच्या सुप्त उष्णतेद्वारे दर्शविली जाते.SMA वायरमधील उष्णतेचे नुकसान सक्तीच्या संवहनामुळे होते आणि किरणोत्सर्गाचा नगण्य प्रभाव पाहता, उष्णता उर्जा संतुलन समीकरण खालीलप्रमाणे आहे:
जेथे \(m_{wire}\) SMA वायरचे एकूण वस्तुमान आहे, \(c_{p}\) SMA ची विशिष्ट उष्णता क्षमता आहे, \(V_{in}\) वायरवर लागू होणारा व्होल्टेज आहे, \(R_{ohm} \ ) – फेज-अवलंबित प्रतिरोध SMA, म्हणून परिभाषित केले आहे;\(R_{ohm} = (l/A_{क्रॉस})[\xi r_M + (1-\xi )r_A]\ ) जेथे \(r_M\ ) आणि \(r_A\) अनुक्रमे मार्टेन्साईट आणि ऑस्टेनाइटमध्ये SMA फेज रेझिस्टिव्हिटी आहेत, \(A_{c}\) हे \\ s मधील पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ आहे.वायरच्या संक्रमणाची सुप्त उष्णता, T आणि \(T_{\infty}\) हे अनुक्रमे SMA वायर आणि वातावरणाचे तापमान आहेत.
जेव्हा आकार मेमरी अॅलॉय वायर कार्यान्वित होते, तेव्हा वायर संकुचित होते, बिमोडल डिझाइनच्या प्रत्येक शाखेत फायबर फोर्स म्हणतात.SMA वायरच्या प्रत्येक स्ट्रँडमधील तंतूंचे बल एकत्रितपणे कार्य करण्यासाठी स्नायू शक्ती तयार करतात, जसे चित्र 9e मध्ये दाखवले आहे.बायसिंग स्प्रिंगच्या उपस्थितीमुळे, Nth मल्टीलेयर अॅक्ट्युएटरची एकूण स्नायू शक्ती आहे:
\(N = 1\) समीकरण (7) मध्ये बदलून, पहिल्या टप्प्यातील बिमोडल ड्राइव्ह प्रोटोटाइपच्या स्नायूंची ताकद खालीलप्रमाणे मिळू शकते:
जेथे n ही युनिमोडल पायांची संख्या आहे, \(F_m\) हे ड्राइव्हद्वारे निर्माण होणारे स्नायू बल आहे, \​(F_f\) SMA वायरमधील फायबर ताकद आहे, \(K_x\) बायस कडकपणा आहे.स्प्रिंग, \(\अल्फा\) हा त्रिकोणाचा कोन आहे, \(x_0\) एसएमए केबलला प्री-टेन्शन स्थितीत ठेवण्यासाठी बायस स्प्रिंगचा प्रारंभिक ऑफसेट आहे आणि \(\Delta x\) हा अॅक्ट्युएटर ट्रॅव्हल आहे.
ड्राईव्हचे एकूण विस्थापन किंवा हालचाल (\(\Delta x\)) Nth स्टेजच्या SMA वायरवरील व्होल्टेज (\(\sigma\)) आणि स्ट्रेन (\(\epsilon\)) यावर अवलंबून, ड्राइव्ह सेट केले आहे (चित्र पहा. आउटपुटचा अतिरिक्त भाग):
किनेमॅटिक समीकरणे ड्राइव्ह विकृती (\(\epsilon\)) आणि विस्थापन किंवा विस्थापन (\(\Delta x\)) यांच्यातील संबंध देतात.सुरुवातीच्या Arb वायर लांबी (\(l_0\)) आणि वायरची लांबी (l) च्या फंक्शनच्या रूपात Arb वायरचे विकृतीकरण एका युनिमोडल शाखेत कोणत्याही वेळी t खालीलप्रमाणे आहे:
जेथे \ (l = \ sqrt {l_0^2 +(\ डेल्टा x_1)^2 - 2 l_0 (\ डेल्टा x_1) \ कॉस \ अल्फा _1} \) \ (\ डेल्टा \) मध्ये दर्शविल्यानुसार \ (\ डेल्टा \) \) मध्ये दर्शविल्यानुसार \ (\ डेल्टा \) \) \ (\ डेल्टा एक्स \), आणि \ (\ अल्फा _1 \) आकृती 8 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे \ (\ अल्फा \) आहे, समीकरण (11) पासून वेळ वेगळे करून आणि एलचे मूल्य बदलून, ताण दर लिहिला जाऊ शकतो:
जिथे \(l_0\) ही SMA वायरची प्रारंभिक लांबी आहे, l ही एका युनिमोडल शाखेत कधीही t वायरची लांबी आहे, \(\epsilon\) SMA वायरमध्ये विकसित झालेली विकृती आहे, आणि \(\alpha \) हा त्रिकोणाचा कोन आहे, \(\Delta x\) Figure (8) मध्ये दाखवलेला ड्राइव्ह ऑफसेट आहे.
सर्व n सिंगल-पीक स्ट्रक्चर्स (\(n=6\) या आकृतीमध्ये) इनपुट व्होल्टेज म्हणून \(V_{in}\) सह मालिकेत जोडलेले आहेत.स्टेज I: शून्य व्होल्टेज परिस्थितीत बिमोडल कॉन्फिगरेशनमध्ये SMA वायरचे योजनाबद्ध आकृती स्टेज II: लाल रेषेने दाखविल्याप्रमाणे, व्यस्त रूपांतरणामुळे SMA वायर संकुचित होते तेथे एक नियंत्रित रचना दर्शविली जाते.
संकल्पनेचा पुरावा म्हणून, प्रायोगिक परिणामांसह अंतर्निहित समीकरणांच्या सिम्युलेटेड व्युत्पत्तीची चाचणी करण्यासाठी एसएमए-आधारित बिमोडल ड्राइव्ह विकसित केली गेली.बिमोडल रेखीय अॅक्ट्युएटरचे CAD मॉडेल अंजीर मध्ये दाखवले आहे.9अ.दुसरीकडे, अंजीर मध्ये.9c बिमोडल स्ट्रक्चरसह दोन-प्लेन SMA-आधारित अॅक्ट्युएटर वापरून रोटेशनल प्रिझमॅटिक कनेक्शनसाठी प्रस्तावित नवीन डिझाइन दाखवते.अल्टिमेकर 3 विस्तारित 3D प्रिंटरवर अॅडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग वापरून ड्राइव्हचे घटक तयार केले गेले.घटकांच्या 3D प्रिंटिंगसाठी वापरलेली सामग्री पॉली कार्बोनेट आहे जी उष्णता प्रतिरोधक सामग्रीसाठी योग्य आहे कारण ती मजबूत, टिकाऊ आहे आणि उच्च काचेचे संक्रमण तापमान (110-113 \(^{\circ }\) C).याव्यतिरिक्त, Dynalloy, Inc. फ्लेक्सिनॉल आकार मेमरी मिश्र धातुची तार प्रयोगांमध्ये वापरली गेली आणि फ्लेक्सिनॉल वायरशी संबंधित भौतिक गुणधर्म सिम्युलेशनमध्ये वापरण्यात आले.अंजीर 9b, d मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, मल्टीलेयर अॅक्ट्युएटर्सद्वारे उत्पादित उच्च शक्ती प्राप्त करण्यासाठी स्नायूंच्या द्विमोडल व्यवस्थेमध्ये अनेक SMA तारांची मांडणी केली जाते.
आकृती 9a मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, जंगम आर्म एसएमए वायरने तयार केलेल्या तीव्र कोनाला कोन (\(\alpha\)) म्हणतात.डाव्या आणि उजव्या क्लॅम्प्सला टर्मिनल क्लॅम्प्स जोडलेले असताना, एसएमए वायर इच्छित बिमोडल कोनात धरली जाते.स्प्रिंग कनेक्टरवर ठेवलेले बायस स्प्रिंग डिव्हाइस SMA फायबरच्या संख्येनुसार (n) भिन्न बायस स्प्रिंग एक्स्टेंशन ग्रुप्स समायोजित करण्यासाठी डिझाइन केलेले आहे.याशिवाय, फिरत्या भागांचे स्थान डिझाइन केले आहे जेणेकरून SMA वायर सक्तीच्या संवहन कूलिंगसाठी बाह्य वातावरणाच्या संपर्कात येईल.वेगळे करण्यायोग्य असेंब्लीच्या वरच्या आणि खालच्या प्लेट्स वजन कमी करण्यासाठी डिझाइन केलेल्या एक्सट्रूडेड कटआउट्ससह SMA वायर थंड ठेवण्यास मदत करतात.याशिवाय, CMA वायरची दोन्ही टोके क्रंपच्या सहाय्याने अनुक्रमे डाव्या आणि उजव्या टर्मिनल्सवर निश्चित केली जातात.वरच्या आणि खालच्या प्लेट्समधील क्लिअरन्स राखण्यासाठी जंगम असेंब्लीच्या एका टोकाला प्लंजर जोडलेले आहे.SMA वायर कार्यान्वित झाल्यावर ब्लॉकिंग फोर्स मोजण्यासाठी संपर्काद्वारे सेन्सरवर ब्लॉकिंग फोर्स लागू करण्यासाठी प्लंगरचा वापर केला जातो.
बिमोडल स्नायू संरचना SMA ही मालिका विद्युतीयरित्या जोडलेली आहे आणि इनपुट पल्स व्होल्टेजद्वारे समर्थित आहे.व्होल्टेज पल्स सायकल दरम्यान, जेव्हा व्होल्टेज लागू केले जाते आणि एसएमए वायर ऑस्टेनाइटच्या सुरुवातीच्या तापमानापेक्षा जास्त गरम केली जाते, तेव्हा प्रत्येक स्ट्रँडमधील वायरची लांबी लहान केली जाते.हे मागे घेणे जंगम आर्म सबसॅम्बली सक्रिय करते.जेव्हा त्याच चक्रात व्होल्टेज शून्य केले जाते, तेव्हा गरम झालेले SMA वायर मार्टेन्साईट पृष्ठभागाच्या तपमानाच्या खाली थंड होते, ज्यामुळे त्याच्या मूळ स्थितीकडे परत येते.शून्य तणावाच्या परिस्थितीत, SMA वायर प्रथम निष्क्रीयपणे पूर्वाग्रही स्प्रिंगद्वारे ताणली जाते आणि निर्धारित मार्टेन्सिटिक अवस्थेपर्यंत पोहोचते.स्क्रू, ज्याद्वारे एसएमए वायर जातो, एसएमए वायरवर व्होल्टेज पल्स लागू करून तयार केलेल्या कॉम्प्रेशनमुळे हलतो (एसपीए ऑस्टेनाइट टप्प्यावर पोहोचतो), ज्यामुळे जंगम लीव्हरची क्रिया होते.SMA वायर मागे घेतल्यावर, बायस स्प्रिंग स्प्रिंगला आणखी ताणून एक विरोधी शक्ती निर्माण करते.जेव्हा आवेग व्होल्टेजमधील ताण शून्य होतो, तेव्हा SMA वायर लांबते आणि सक्तीच्या संवहन कूलिंगमुळे त्याचा आकार बदलतो, दुहेरी मार्टेन्सिटिक टप्प्यात पोहोचतो.
प्रस्तावित SMA-आधारित रेखीय अॅक्ट्युएटर प्रणालीमध्ये एक बिमोडल कॉन्फिगरेशन आहे ज्यामध्ये SMA वायर्स कोन आहेत.(a) प्रोटोटाइपचे CAD मॉडेल चित्रित करते, जे काही घटक आणि प्रोटोटाइपसाठी त्यांचे अर्थ नमूद करते, (b, d) विकसित प्रायोगिक प्रोटोटाइप 35 चे प्रतिनिधित्व करते.(b) इलेक्ट्रिकल कनेक्शन आणि बायस स्प्रिंग्स आणि स्ट्रेन गेज वापरलेल्या प्रोटोटाइपचे शीर्ष दृश्य दाखवते, (d) सेटअपचे दृष्टीकोन दर्शवते.(e) फायबर आणि स्नायूंच्या ताकदीची दिशा आणि मार्ग दर्शविणारी, SMA वायर्ससह bimodally कोणत्याही वेळी t ठेवलेल्या रेखीय कार्यप्रणालीचा आकृती.(c) दोन-प्लेन SMA-आधारित अॅक्ट्युएटर तैनात करण्यासाठी 2-DOF रोटेशनल प्रिझमॅटिक कनेक्शन प्रस्तावित केले आहे.दर्शविल्याप्रमाणे, दुवा तळाच्या ड्राइव्हपासून वरच्या हातापर्यंत रेखीय गती प्रसारित करते, एक रोटेशनल कनेक्शन तयार करते.दुसरीकडे, प्रिझमच्या जोडीची हालचाल मल्टीलेयर फर्स्ट स्टेज ड्राइव्हच्या हालचालीसारखीच असते.
SMA वर आधारित बिमोडल ड्राइव्हच्या कार्यक्षमतेचे मूल्यांकन करण्यासाठी अंजीर 9b मध्ये दर्शविलेल्या प्रोटोटाइपवर प्रायोगिक अभ्यास केला गेला.आकृती 10a मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, प्रायोगिक सेटअपमध्ये SMA वायर्सना इनपुट व्होल्टेज पुरवण्यासाठी प्रोग्राम करण्यायोग्य DC पॉवर सप्लायचा समावेश आहे.अंजीर मध्ये दाखवल्याप्रमाणे.10b, ग्राफ्टेक GL-2000 डेटा लॉगर वापरून ब्लॉकिंग फोर्स मोजण्यासाठी पायझोइलेक्ट्रिक स्ट्रेन गेज (PACEline CFT/5kN) वापरला गेला.पुढील अभ्यासासाठी होस्टद्वारे डेटा रेकॉर्ड केला जातो.स्ट्रेन गेज आणि चार्ज अॅम्प्लीफायर्सना व्होल्टेज सिग्नल तयार करण्यासाठी सतत वीजपुरवठा आवश्यक असतो.तक्ता 2 मध्ये वर्णन केल्याप्रमाणे पीझोइलेक्ट्रिक फोर्स सेन्सर आणि इतर पॅरामीटर्सच्या संवेदनशीलतेनुसार संबंधित सिग्नल पॉवर आउटपुटमध्ये रूपांतरित केले जातात. जेव्हा व्होल्टेज पल्स लागू केले जाते, तेव्हा SMA वायरचे तापमान वाढते, ज्यामुळे SMA वायर कॉम्प्रेस होते, ज्यामुळे अॅक्ट्युएटर सक्तीने जनरेट करते.7 V च्या इनपुट व्होल्टेज पल्सद्वारे स्नायूंच्या ताकदीच्या आउटपुटचे प्रायोगिक परिणाम अंजीरमध्ये दर्शविले आहेत.2अ.
(a) अॅक्ट्युएटरद्वारे निर्माण होणारे बल मोजण्यासाठी प्रयोगात SMA-आधारित रेखीय अॅक्ट्युएटर प्रणाली स्थापित केली गेली.लोड सेल ब्लॉकिंग फोर्स मोजतो आणि 24 V DC पॉवर सप्लायद्वारे समर्थित आहे.GW Instek प्रोग्राम करण्यायोग्य DC पॉवर सप्लाय वापरून केबलच्या संपूर्ण लांबीवर 7 V व्होल्टेज ड्रॉप लागू करण्यात आला.SMA वायर उष्णतेमुळे संकुचित होते आणि जंगम हात लोड सेलशी संपर्क साधतो आणि ब्लॉकिंग फोर्स लावतो.लोड सेल GL-2000 डेटा लॉगरशी कनेक्ट केलेला आहे आणि पुढील प्रक्रियेसाठी डेटा होस्टवर संग्रहित केला जातो.(b) स्नायूंची ताकद मोजण्यासाठी प्रायोगिक सेटअपच्या घटकांची साखळी दर्शविणारा आकृती.
आकार स्मृती मिश्र धातु थर्मल उर्जेद्वारे उत्तेजित होतात, म्हणून आकार मेमरी घटनेचा अभ्यास करण्यासाठी तापमान एक महत्त्वाचे पॅरामीटर बनते.प्रायोगिकरित्या, चित्र 11a मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, थर्मल इमेजिंग आणि तापमान मोजमाप SMA-आधारित डिव्हॅलेरेट अॅक्ट्युएटरवर केले गेले.आकृती 11b मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, प्रायोगिक सेटअपमध्ये प्रोग्राम करण्यायोग्य DC स्त्रोताने SMA वायर्सवर इनपुट व्होल्टेज लागू केले.उच्च रिझोल्यूशन LWIR कॅमेरा (FLIR A655sc) वापरून SMA वायरचे तापमान बदल वास्तविक वेळेत मोजले गेले.पुढील पोस्ट-प्रोसेसिंगसाठी डेटा रेकॉर्ड करण्यासाठी होस्ट रिसर्चआयआर सॉफ्टवेअर वापरतो.जेव्हा व्होल्टेज पल्स लागू होते, तेव्हा SMA वायरचे तापमान वाढते, ज्यामुळे SMA वायर संकुचित होते.अंजीर वर.आकृती 2b 7V इनपुट व्होल्टेज पल्ससाठी वेळ विरूद्ध SMA वायर तापमानाचे प्रायोगिक परिणाम दर्शविते.