Terima kasih kerana melawat Nature.com.Versi penyemak imbas yang anda gunakan mempunyai sokongan CSS yang terhad.Untuk pengalaman terbaik, kami mengesyorkan agar anda menggunakan penyemak imbas yang dikemas kini (atau lumpuhkan Mod Keserasian dalam Internet Explorer).Sementara itu, untuk memastikan sokongan berterusan, kami akan menjadikan tapak tanpa gaya dan JavaScript.
Penggerak digunakan di mana-mana dan mencipta gerakan terkawal dengan menggunakan daya pengujaan atau tork yang betul untuk melaksanakan pelbagai operasi dalam pembuatan dan automasi industri.Keperluan untuk pemacu yang lebih pantas, lebih kecil dan lebih cekap memacu inovasi dalam reka bentuk pemacu.Pemacu Shape Memory Alloy (SMA) menawarkan beberapa kelebihan berbanding pemacu konvensional, termasuk nisbah kuasa-kepada-berat yang tinggi.Dalam disertasi ini, penggerak berasaskan SMA dua bulu telah dibangunkan yang menggabungkan kelebihan otot berbulu sistem biologi dan sifat unik SMA.Kajian ini meneroka dan memanjangkan penggerak SMA terdahulu dengan membangunkan model matematik penggerak baharu berdasarkan susunan wayar SMA bimodal dan mengujinya secara eksperimen.Berbanding dengan pemacu yang diketahui berdasarkan SMA, daya penggerak pemacu baharu adalah sekurang-kurangnya 5 kali lebih tinggi (sehingga 150 N).Penurunan berat badan yang sepadan adalah kira-kira 67%.Hasil analisis sensitiviti model matematik berguna untuk menala parameter reka bentuk dan memahami parameter utama.Kajian ini seterusnya mempersembahkan pemacu peringkat Nth pelbagai peringkat yang boleh digunakan untuk meningkatkan lagi dinamik.Penggerak otot dipvalerat berasaskan SMA mempunyai pelbagai aplikasi, daripada membina automasi kepada sistem penghantaran ubat ketepatan.
Sistem biologi, seperti struktur otot mamalia, boleh mengaktifkan banyak penggerak halus1.Mamalia mempunyai struktur otot yang berbeza, masing-masing mempunyai tujuan tertentu.Walau bagaimanapun, kebanyakan struktur tisu otot mamalia boleh dibahagikan kepada dua kategori yang luas.Selari dan panji.Dalam hamstring dan fleksor lain, seperti namanya, otot selari mempunyai gentian otot selari dengan tendon pusat.Rantaian gentian otot berbaris dan dihubungkan secara fungsional oleh tisu penghubung di sekelilingnya.Walaupun otot ini dikatakan mempunyai pengembaraan yang besar (peratusan pemendekan), kekuatan otot keseluruhannya sangat terhad.Sebaliknya, dalam otot betis triceps2 (gastrocnemius lateral (GL)3, gastrocnemius medial (GM)4 dan soleus (SOL)) dan extensor femoris (quadriceps)5,6 tisu otot pennate terdapat pada setiap otot7.Dalam struktur pinnate, gentian otot dalam otot bipennate terdapat pada kedua-dua belah tendon pusat pada sudut serong (sudut pinnate).Pennate berasal dari perkataan Latin "penna", yang bermaksud "pen", dan, seperti yang ditunjukkan dalam rajah.1 mempunyai rupa seperti bulu.Gentian otot pennate lebih pendek dan bersudut ke paksi membujur otot.Disebabkan oleh struktur pinnate, mobiliti keseluruhan otot ini berkurangan, yang membawa kepada komponen melintang dan membujur proses pemendekan.Sebaliknya, pengaktifan otot-otot ini membawa kepada kekuatan otot keseluruhan yang lebih tinggi kerana cara luas keratan rentas fisiologi diukur.Oleh itu, untuk kawasan keratan rentas tertentu, otot pennate akan lebih kuat dan akan menghasilkan daya yang lebih tinggi daripada otot dengan gentian selari.Daya yang dihasilkan oleh gentian individu menjana daya otot pada tahap makroskopik dalam tisu otot tersebut.Di samping itu, ia mempunyai ciri unik seperti pengecutan cepat, perlindungan terhadap kerosakan tegangan, kusyen.Ia mengubah hubungan antara input gentian dan output kuasa otot dengan mengeksploitasi ciri unik dan kerumitan geometri susunan gentian yang dikaitkan dengan garis tindakan otot.
Ditunjukkan ialah gambar rajah skema reka bentuk penggerak berasaskan SMA sedia ada berhubung dengan seni bina otot bimodal, contohnya (a), yang mewakili interaksi daya sentuhan di mana peranti berbentuk tangan yang digerakkan oleh wayar SMA dipasang pada robot mudah alih autonomi beroda dua9,10., (b) Prostesis orbit robotik dengan prostesis orbital pegas SMA yang diletakkan secara antagonis.Kedudukan mata prostetik dikawal oleh isyarat daripada otot okular mata11, (c) Penggerak SMA sesuai untuk aplikasi dalam air kerana tindak balas frekuensi tinggi dan lebar jalur yang rendah.Dalam konfigurasi ini, penggerak SMA digunakan untuk mencipta gerakan gelombang dengan mensimulasikan pergerakan ikan, (d) Penggerak SMA digunakan untuk mencipta robot pemeriksa paip mikro yang boleh menggunakan prinsip gerakan cacing inci, dikawal oleh pergerakan wayar SMA di dalam saluran 10, (e) menunjukkan arah penguncupan gentian otot dan menjana daya pengecutan di dalam tisu gastrocnemius yang tersusun dalam otot serat otot pennate, (f).
Penggerak telah menjadi bahagian penting dalam sistem mekanikal kerana pelbagai aplikasinya.Oleh itu, keperluan untuk pemacu yang lebih kecil, lebih pantas dan lebih cekap menjadi kritikal.Walaupun kelebihannya, pemacu tradisional telah terbukti mahal dan memakan masa untuk diselenggara.Penggerak hidraulik dan pneumatik adalah kompleks dan mahal dan tertakluk kepada kehausan, masalah pelinciran dan kegagalan komponen.Sebagai tindak balas kepada permintaan, tumpuan adalah untuk membangunkan penggerak yang kos efektif, dioptimumkan saiz dan termaju berdasarkan bahan pintar.Penyelidikan yang sedang dijalankan sedang melihat penggerak berlapis aloi memori bentuk (SMA) untuk memenuhi keperluan ini.Penggerak hierarki adalah unik kerana ia menggabungkan banyak penggerak diskret ke dalam subsistem skala makro yang kompleks secara geometri untuk menyediakan kefungsian yang meningkat dan diperluaskan.Dalam hal ini, tisu otot manusia yang diterangkan di atas memberikan contoh berbilang lapisan yang sangat baik bagi penggerak berbilang lapisan tersebut.Kajian semasa menerangkan pemacu SMA berbilang peringkat dengan beberapa elemen pemacu individu (wayar SMA) diselaraskan dengan orientasi gentian yang terdapat dalam otot bimodal, yang meningkatkan prestasi pemacu keseluruhan.
Tujuan utama penggerak adalah untuk menjana keluaran kuasa mekanikal seperti daya dan sesaran dengan menukar tenaga elektrik.Aloi ingatan bentuk ialah kelas bahan "pintar" yang boleh memulihkan bentuknya pada suhu tinggi.Di bawah beban yang tinggi, peningkatan suhu wayar SMA membawa kepada pemulihan bentuk, menghasilkan ketumpatan tenaga penggerak yang lebih tinggi berbanding dengan pelbagai bahan pintar terikat secara langsung.Pada masa yang sama, di bawah beban mekanikal, SMA menjadi rapuh.Di bawah keadaan tertentu, beban kitaran boleh menyerap dan membebaskan tenaga mekanikal, mempamerkan perubahan bentuk histeritik boleh balik.Ciri unik ini menjadikan SMA sesuai untuk penderia, redaman getaran dan terutamanya penggerak12.Dengan pemikiran ini, terdapat banyak penyelidikan ke dalam pemacu berasaskan SMA.Perlu diingatkan bahawa penggerak berasaskan SMA direka untuk menyediakan gerakan translasi dan berputar untuk pelbagai aplikasi13,14,15.Walaupun beberapa penggerak berputar telah dibangunkan, penyelidik amat berminat dengan penggerak linear.Penggerak linear ini boleh dibahagikan kepada tiga jenis penggerak: penggerak satu dimensi, anjakan dan pembezaan 16 .Pada mulanya, pemacu hibrid dicipta dalam kombinasi dengan SMA dan pemacu konvensional lain.Satu contoh penggerak linear hibrid berasaskan SMA ialah penggunaan wayar SMA dengan motor DC untuk memberikan daya keluaran sekitar 100 N dan anjakan ketara17.
Salah satu perkembangan pertama dalam pemacu berdasarkan SMA sepenuhnya ialah pemacu selari SMA.Menggunakan berbilang wayar SMA, pemacu selari berasaskan SMA direka untuk meningkatkan keupayaan kuasa pemacu dengan meletakkan semua wayar SMA18 secara selari.Sambungan selari penggerak bukan sahaja memerlukan lebih banyak kuasa, tetapi juga mengehadkan kuasa keluaran wayar tunggal.Satu lagi kelemahan penggerak berasaskan SMA ialah perjalanan terhad yang boleh mereka capai.Untuk menyelesaikan masalah ini, rasuk kabel SMA telah dicipta yang mengandungi rasuk fleksibel terpesong untuk meningkatkan anjakan dan mencapai gerakan linear, tetapi tidak menghasilkan daya yang lebih tinggi19.Struktur dan fabrik boleh ubah bentuk lembut untuk robot berdasarkan aloi ingatan bentuk telah dibangunkan terutamanya untuk penguatan impak20,21,22.Untuk aplikasi yang memerlukan kelajuan tinggi, pam didorong padat telah dilaporkan menggunakan SMA filem nipis untuk aplikasi didorong pam mikro23.Kekerapan pemacuan membran SMA filem nipis adalah faktor utama dalam mengawal kelajuan pemandu.Oleh itu, motor linear SMA mempunyai tindak balas dinamik yang lebih baik daripada motor spring atau rod SMA.Robotik lembut dan teknologi mencengkam ialah dua aplikasi lain yang menggunakan penggerak berasaskan SMA.Sebagai contoh, untuk menggantikan penggerak standard yang digunakan dalam pengapit ruang 25 N, penggerak selari aloi memori bentuk 24 telah dibangunkan.Dalam kes lain, penggerak lembut SMA telah dibuat berdasarkan wayar dengan matriks terbenam yang mampu menghasilkan daya tarikan maksimum 30 N. Oleh kerana sifat mekanikalnya, SMA juga digunakan untuk menghasilkan penggerak yang meniru fenomena biologi.Satu perkembangan sedemikian termasuk robot 12-sel yang merupakan biomimetik organisma seperti cacing tanah dengan SMA untuk menghasilkan gerakan sinusoidal ke api26,27.
Seperti yang dinyatakan sebelum ini, terdapat had kepada daya maksimum yang boleh diperolehi daripada penggerak berasaskan SMA sedia ada.Untuk menangani isu ini, kajian ini membentangkan struktur otot bimodal biomimetik.Didorong oleh dawai aloi memori bentuk.Ia menyediakan sistem klasifikasi yang merangkumi beberapa wayar aloi memori bentuk.Sehingga kini, tiada penggerak berasaskan SMA dengan seni bina yang serupa telah dilaporkan dalam kesusasteraan.Sistem unik dan baru berdasarkan SMA ini dibangunkan untuk mengkaji tingkah laku SMA semasa penjajaran otot bimodal.Berbanding dengan penggerak berasaskan SMA sedia ada, matlamat kajian ini adalah untuk mencipta penggerak dipvalerat biomimetik untuk menjana daya yang jauh lebih tinggi dalam volum yang kecil.Berbanding dengan pemacu pemacu motor stepper konvensional yang digunakan dalam automasi dan sistem kawalan bangunan HVAC, reka bentuk pemacu bimodal berasaskan SMA yang dicadangkan mengurangkan berat mekanisme pemacu sebanyak 67%.Dalam yang berikut, istilah "otot" dan "memandu" digunakan secara bergantian.Kajian ini menyiasat simulasi multifizik pemacu sedemikian.Tingkah laku mekanikal sistem sedemikian telah dikaji dengan kaedah eksperimen dan analisis.Pengagihan daya dan suhu telah disiasat selanjutnya pada voltan masukan 7 V. Selepas itu, analisis parametrik telah dijalankan untuk lebih memahami hubungan antara parameter utama dan daya keluaran.Akhirnya, penggerak hierarki telah dibayangkan dan kesan tahap hierarki telah dicadangkan sebagai kawasan masa depan yang berpotensi untuk penggerak bukan magnet untuk aplikasi prostetik.Menurut hasil kajian yang dinyatakan di atas, penggunaan seni bina satu peringkat menghasilkan daya sekurang-kurangnya empat hingga lima kali lebih tinggi daripada penggerak berasaskan SMA yang dilaporkan.Di samping itu, daya pemacu yang sama yang dijana oleh pemacu pelbagai peringkat berbilang peringkat telah ditunjukkan lebih daripada sepuluh kali ganda daripada pemacu berasaskan SMA konvensional.Kajian kemudian melaporkan parameter utama menggunakan analisis sensitiviti antara reka bentuk yang berbeza dan pembolehubah input.Panjang awal wayar SMA (\(l_0\)), sudut pinnate (\(\alpha\)) dan bilangan helai tunggal (n) dalam setiap helai individu mempunyai kesan negatif yang kuat ke atas magnitud daya penggerak.kekuatan, manakala voltan masukan (tenaga) ternyata berkorelasi positif.
Kawat SMA mempamerkan kesan ingatan bentuk (SME) yang dilihat dalam keluarga aloi nikel-titanium (Ni-Ti).Biasanya, SMA mempamerkan dua fasa bergantung kepada suhu: fasa suhu rendah dan fasa suhu tinggi.Kedua-dua fasa mempunyai sifat unik kerana kehadiran struktur kristal yang berbeza.Dalam fasa austenit (fasa suhu tinggi) yang wujud di atas suhu penjelmaan, bahan mempamerkan kekuatan tinggi dan kurang cacat di bawah beban.Aloi berkelakuan seperti keluli tahan karat, jadi ia mampu menahan tekanan penggerak yang lebih tinggi.Mengambil kesempatan daripada sifat aloi Ni-Ti ini, wayar SMA dicondongkan untuk membentuk penggerak.Model analisis yang sesuai dibangunkan untuk memahami mekanik asas kelakuan terma SMA di bawah pengaruh pelbagai parameter dan pelbagai geometri.Persetujuan yang baik diperolehi antara keputusan eksperimen dan analisis.
Satu kajian eksperimen telah dijalankan ke atas prototaip yang ditunjukkan dalam Rajah 9a untuk menilai prestasi pemacu bimodal berdasarkan SMA.Dua daripada sifat ini, daya yang dihasilkan oleh pemacu (daya otot) dan suhu wayar SMA (suhu SMA), diukur secara eksperimen.Apabila perbezaan voltan meningkat sepanjang keseluruhan panjang wayar dalam pemacu, suhu wayar meningkat disebabkan oleh kesan pemanasan Joule.Voltan masukan digunakan dalam dua kitaran 10-s (ditunjukkan sebagai titik merah dalam Rajah 2a, b) dengan tempoh penyejukan 15-s antara setiap kitaran.Daya penyekat diukur menggunakan tolok terikan piezoelektrik, dan taburan suhu wayar SMA dipantau dalam masa nyata menggunakan kamera LWIR resolusi tinggi gred saintifik (lihat ciri peralatan yang digunakan dalam Jadual 2).menunjukkan bahawa semasa fasa voltan tinggi, suhu wayar meningkat secara monoton, tetapi apabila tiada arus mengalir, suhu wayar terus jatuh.Dalam persediaan percubaan semasa, suhu wayar SMA menurun semasa fasa penyejukan, tetapi ia masih melebihi suhu ambien.Pada rajah.2e menunjukkan syot kilat suhu pada wayar SMA yang diambil daripada kamera LWIR.Sebaliknya, dalam rajah.2a menunjukkan daya sekatan yang dihasilkan oleh sistem pemacu.Apabila daya otot melebihi daya pemulihan spring, lengan boleh alih, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 9a, mula bergerak.Sebaik sahaja penggerak bermula, lengan boleh alih bersentuhan dengan penderia, mewujudkan daya badan, seperti yang ditunjukkan dalam rajah.2c, d.Apabila suhu maksimum menghampiri \(84\,^{\circ}\hbox {C}\), daya cerapan maksimum ialah 105 N.
Graf menunjukkan keputusan eksperimen suhu wayar SMA dan daya yang dijana oleh penggerak bimodal berasaskan SMA semasa dua kitaran.Voltan masukan digunakan dalam dua kitaran 10 saat (ditunjukkan sebagai titik merah) dengan tempoh bertenang 15 saat antara setiap kitaran.Wayar SMA yang digunakan untuk eksperimen ialah dawai Flexinol berdiameter 0.51 mm dari Dynalloy, Inc. (a) Graf menunjukkan daya eksperimen yang diperolehi sepanjang dua kitaran, (c, d) menunjukkan dua contoh bebas tindakan penggerak lengan bergerak pada PACEline CFT/5kN transduser daya piezoelektrik, (b) graf keseluruhan yang diambil adalah suhu SMA daripada dawai SMA yang diambil (b) sepanjang graf yang diambil daripada suhu SMA. menggunakan kamera LWIR perisian FLIR ResearchIR.Parameter geometri yang diambil kira dalam eksperimen diberikan dalam Jadual.satu.
Keputusan simulasi model matematik dan keputusan eksperimen dibandingkan di bawah keadaan voltan masukan 7V, seperti ditunjukkan dalam Rajah.5.Mengikut keputusan analisis parametrik dan untuk mengelakkan kemungkinan terlalu panas wayar SMA, kuasa 11.2 W dibekalkan kepada penggerak.Bekalan kuasa DC boleh atur cara digunakan untuk membekalkan 7V sebagai voltan masukan, dan arus 1.6A diukur merentasi wayar.Daya yang dijana oleh pemacu dan suhu SDR meningkat apabila arus dikenakan.Dengan voltan masukan 7V, daya keluaran maksimum yang diperoleh daripada keputusan simulasi dan keputusan eksperimen kitaran pertama ialah 78 N dan 96 N, masing-masing.Dalam kitaran kedua, daya keluaran maksimum bagi hasil simulasi dan eksperimen ialah 150 N dan 105 N, masing-masing.Percanggahan antara ukuran daya oklusi dan data eksperimen mungkin disebabkan oleh kaedah yang digunakan untuk mengukur daya oklusi.Keputusan eksperimen ditunjukkan dalam rajah.5a sepadan dengan ukuran daya penguncian, yang seterusnya diukur apabila aci pemacu bersentuhan dengan transduser daya piezoelektrik PACEline CFT/5kN, seperti yang ditunjukkan dalam rajah.2s.Oleh itu, apabila aci pemacu tidak bersentuhan dengan penderia daya pada permulaan zon penyejukan, daya serta-merta menjadi sifar, seperti ditunjukkan dalam Rajah 2d.Di samping itu, parameter lain yang mempengaruhi pembentukan daya dalam kitaran berikutnya ialah nilai masa penyejukan dan pekali pemindahan haba perolakan dalam kitaran sebelumnya.Daripada rajah.2b, dapat dilihat bahawa selepas tempoh penyejukan selama 15 saat, wayar SMA tidak mencapai suhu bilik dan oleh itu mempunyai suhu awal yang lebih tinggi (\(40\,^{\circ }\hbox {C}\)) dalam kitaran pemanduan kedua berbanding dengan kitaran pertama (\(25\, ^{\circ}\hbox {C}\)).Oleh itu, berbanding dengan kitaran pertama, suhu wayar SMA semasa kitaran pemanasan kedua mencapai suhu austenit awal (\(A_s\)) lebih awal dan kekal dalam tempoh peralihan lebih lama, mengakibatkan tegasan dan daya.Sebaliknya, taburan suhu semasa kitaran pemanasan dan penyejukan yang diperoleh daripada eksperimen dan simulasi mempunyai persamaan kualitatif yang tinggi dengan contoh daripada analisis termografi.Analisis perbandingan data terma wayar SMA daripada eksperimen dan simulasi menunjukkan konsistensi semasa kitaran pemanasan dan penyejukan serta dalam toleransi yang boleh diterima untuk data eksperimen.Suhu maksimum wayar SMA, yang diperoleh daripada hasil simulasi dan eksperimen kitaran pertama, ialah \(89\,^{\circ }\hbox {C}\) dan \(75\,^{\circ }\hbox { C }\, masing-masing ), dan dalam kitaran kedua suhu maksimum wayar SMA ialah \(94\,^) {\circ }3,\^ {\circ }3. C}\).Model yang dibangunkan secara asasnya mengesahkan kesan kesan ingatan bentuk.Peranan keletihan dan terlalu panas tidak dipertimbangkan dalam ulasan ini.Pada masa hadapan, model itu akan ditambah baik untuk memasukkan sejarah tegasan wayar SMA, menjadikannya lebih sesuai untuk aplikasi kejuruteraan.Daya keluaran pemacu dan plot suhu SMA yang diperoleh daripada blok Simulink berada dalam toleransi yang dibenarkan bagi data eksperimen di bawah keadaan nadi voltan input 7 V. Ini mengesahkan ketepatan dan kebolehpercayaan model matematik yang dibangunkan.
Model matematik telah dibangunkan dalam persekitaran MathWorks Simulink R2020b menggunakan persamaan asas yang diterangkan dalam bahagian Kaedah.Pada rajah.3b menunjukkan gambar rajah blok model matematik Simulink.Model ini telah disimulasikan untuk denyut voltan input 7V seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2a, b.Nilai-nilai parameter yang digunakan dalam simulasi disenaraikan dalam Jadual 1. Keputusan simulasi proses sementara dibentangkan dalam Rajah 1 dan 1. Rajah 3a dan 4. Dalam rajah.4a,b menunjukkan voltan teraruh dalam wayar SMA dan daya yang dihasilkan oleh penggerak sebagai fungsi masa. Semasa penjelmaan songsang (pemanasan), apabila suhu wayar SMA, \(T <A_s^{\prime}\) (suhu permulaan fasa austenit diubah suai tekanan), kadar perubahan pecahan isipadu martensit (\(\dot{\xi }\)) akan menjadi sifar. Semasa penjelmaan songsang (pemanasan), apabila suhu wayar SMA, \(T <A_s^{\prime}\) (suhu permulaan fasa austenit diubah suai tekanan), kadar perubahan pecahan isipadu martensit (\(\dot{\ xi }\)) akan menjadi sifar. Во время обратного превращения (нагрева), когда температура проволоки SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (температура начала аустература проволоки SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (температура начала аустенипидино, мпература начала аустенипинадина жением), скорость изменения объемной доли мартенсита (\(\dot{\ xi }\)) будет равно нулю. Semasa penjelmaan songsang (pemanasan), apabila suhu wayar SMA, \(T <A_s^{\prime}\) (suhu permulaan austenit diubah suai tekanan), kadar perubahan pecahan isipadu martensit (\(\dot{\ xi }\ )) akan menjadi sifar.在反向转变（加热）过程中，当SMA 线温度\(T < A_s^{\prime}\)（应力修正奥氏佷度相氏体度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 При обратном превращении (нагреве) при температуре проволоки СПФ \(T < A_s^{\prime}\) (температура зарождения зарождения проволоки СПФ \(T < A_s^{\prime}\) (температура зарождения зарождения аустенипятножникрай е) скорость изменения объемной доли мартенсита (\( \dot{\ xi }\)) будет равно нулю. Semasa penjelmaan songsang (pemanasan) pada suhu wayar SMA \(T <A_s^{\prime}\) (suhu nukleasi fasa austenit, diperbetulkan untuk tegasan), kadar perubahan dalam pecahan isipadu martensit (\( \dot{\ xi }\)) akan sama dengan sifar.Oleh itu, kadar perubahan tegasan (\(\dot{\sigma}\)) akan bergantung kepada kadar terikan (\(\dot{\epsilon}\)) dan kecerunan suhu (\(\dot{T} \) ) sahaja dengan menggunakan persamaan (1).Walau bagaimanapun, apabila wayar SMA meningkat dalam suhu dan bersilang (\(A_s^{\prime}\)), fasa austenit mula terbentuk, dan (\(\dot{\xi}\)) diambil sebagai nilai yang diberikan bagi persamaan ( 3).Oleh itu, kadar perubahan voltan (\(\dot{\sigma}\)) dikawal bersama oleh \(\dot{\epsilon}, \dot{T}\) dan \(\dot{\xi}\) adalah sama dengan yang diberikan dalam formula (1).Ini menerangkan perubahan kecerunan yang diperhatikan dalam peta tegasan dan daya perubahan masa semasa kitaran pemanasan, seperti ditunjukkan dalam Rajah 4a, b.
(a) Hasil simulasi menunjukkan taburan suhu dan suhu simpang akibat tegasan dalam penggerak divalerat berasaskan SMA.Apabila suhu wayar melintasi suhu peralihan austenit dalam peringkat pemanasan, suhu peralihan austenit yang diubah suai mula meningkat, dan begitu juga, apabila suhu rod wayar melintasi suhu peralihan martensit dalam peringkat penyejukan, suhu peralihan martensit berkurangan.SMA untuk pemodelan analisis proses penggerak.(Untuk paparan terperinci bagi setiap subsistem model Simulink, lihat bahagian lampiran fail tambahan.)
Keputusan analisis untuk taburan parameter yang berbeza ditunjukkan untuk dua kitaran voltan input 7V (kitaran pemanasan 10 saat dan kitaran penyejukan 15 saat).Manakala (ac) dan (e) menggambarkan taburan sepanjang masa, sebaliknya, (d) dan (f) menggambarkan taburan dengan suhu.Untuk keadaan input masing-masing, tegasan maksimum yang diperhatikan ialah 106 MPa (kurang daripada 345 MPa, kekuatan alah wayar), daya ialah 150 N, anjakan maksimum ialah 270 µm, dan pecahan volum martensit minimum ialah 0.91.Sebaliknya, perubahan tegasan dan perubahan pecahan isipadu martensit dengan suhu adalah serupa dengan ciri histerisis.
Penjelasan yang sama berlaku untuk transformasi langsung (penyejukan) daripada fasa austenit kepada fasa martensit, di mana suhu wayar SMA (T) dan suhu akhir fasa martensit diubah suai tegasan (\(M_f^{\prime}\ )) adalah sangat baik.Pada rajah.4d,f menunjukkan perubahan dalam tegasan teraruh (\(\sigma\)) dan pecahan isipadu martensit (\(\xi\)) dalam wayar SMA sebagai fungsi perubahan suhu wayar SMA (T), untuk kedua-dua kitaran pemanduan.Pada rajah.Rajah 3a menunjukkan perubahan suhu wayar SMA dengan masa bergantung kepada nadi voltan masukan.Seperti yang dapat dilihat dari rajah, suhu wayar terus meningkat dengan menyediakan sumber haba pada voltan sifar dan penyejukan perolakan seterusnya.Semasa pemanasan, perubahan semula martensit kepada fasa austenit bermula apabila suhu wayar SMA (T) melintasi suhu nukleasi austenit yang diperbetulkan tegasan (\(A_s^{\prime}\)).Semasa fasa ini, wayar SMA dimampatkan dan penggerak menghasilkan daya.Juga semasa penyejukan, apabila suhu wayar SMA (T) melintasi suhu nukleasi fasa martensit diubah suai tegasan (\(M_s^{\prime}\)) terdapat peralihan positif daripada fasa austenit ke fasa martensit.daya pemacu berkurangan.
Aspek kualitatif utama pemacu bimodal berdasarkan SMA boleh diperoleh daripada hasil simulasi.Dalam kes input nadi voltan, suhu wayar SMA meningkat disebabkan oleh kesan pemanasan Joule.Nilai awal pecahan isipadu martensit (\(\xi\)) ditetapkan kepada 1, kerana bahan pada mulanya berada dalam fasa martensit sepenuhnya.Apabila wayar terus menjadi panas, suhu wayar SMA melebihi suhu nukleasi austenit diperbetulkan tegasan \(A_s^{\prime}\), mengakibatkan penurunan pecahan isipadu martensit, seperti ditunjukkan dalam Rajah 4c.Di samping itu, dalam rajah.4e menunjukkan taburan lejang penggerak dalam masa, dan dalam rajah.5 – daya penggerak sebagai fungsi masa.Sistem persamaan yang berkaitan termasuk suhu, pecahan isipadu martensit, dan tegasan yang berkembang dalam wayar, mengakibatkan pengecutan wayar SMA dan daya yang dijana oleh penggerak.Seperti yang ditunjukkan dalam rajah.4d,f, variasi voltan dengan suhu dan variasi pecahan isipadu martensit dengan suhu sepadan dengan ciri histerisis SMA dalam kes simulasi pada 7 V.
Perbandingan parameter pemanduan diperoleh melalui eksperimen dan pengiraan analitikal.Wayar telah tertakluk kepada voltan input berdenyut 7 V selama 10 saat, kemudian disejukkan selama 15 saat (fasa penyejukan) dalam dua kitaran.Sudut pinnate ditetapkan kepada \(40^{\circ}\) dan panjang awal wayar SMA dalam setiap kaki pin tunggal ditetapkan kepada 83mm.(a) Mengukur daya penggerak dengan sel beban (b) Memantau suhu wayar dengan kamera inframerah terma.
Untuk memahami pengaruh parameter fizikal ke atas daya yang dihasilkan oleh pemacu, analisis kepekaan model matematik kepada parameter fizikal yang dipilih telah dijalankan, dan parameter tersebut telah disenaraikan mengikut pengaruhnya.Pertama, pensampelan parameter model dilakukan menggunakan prinsip reka bentuk eksperimen yang mengikuti pengedaran seragam (lihat Bahagian Tambahan mengenai Analisis Sensitiviti).Dalam kes ini, parameter model termasuk voltan input (\(V_{in}\)), panjang wayar SMA awal (\(l_0\)), sudut segi tiga (\(\alpha\)), pemalar spring pincang (\( K_x\ )), pekali pemindahan haba perolakan (\(h_T\)) dan bilangan cawangan unimodal (n).Dalam langkah seterusnya, kekuatan otot puncak telah dipilih sebagai keperluan reka bentuk kajian dan kesan parametrik setiap set pembolehubah terhadap kekuatan diperolehi.Plot puting beliung untuk analisis kepekaan diperoleh daripada pekali korelasi bagi setiap parameter, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 6a.
(a) Nilai pekali korelasi parameter model dan kesannya ke atas daya keluaran maksimum 2500 kumpulan unik parameter model di atas ditunjukkan dalam plot tornado.Graf menunjukkan korelasi kedudukan beberapa penunjuk.Jelas sekali bahawa \(V_{in}\) ialah satu-satunya parameter dengan korelasi positif, dan \(l_0\) ialah parameter dengan korelasi negatif tertinggi.Kesan pelbagai parameter dalam pelbagai kombinasi pada kekuatan otot puncak ditunjukkan dalam (b, c).\(K_x\) berjulat dari 400 hingga 800 N/m dan n berjulat dari 4 hingga 24. Voltan (\(V_{in}\)) berubah daripada 4V kepada 10V, panjang wayar (\(l_{0 } \)) ditukar daripada 40 hingga 100 mm, dan sudut ekor (\) \\ alphabet (\) \ ubah-ubah (\) \\ alpha.
Pada rajah.6a menunjukkan plot tornado pelbagai pekali korelasi untuk setiap parameter dengan keperluan reka bentuk daya pacuan puncak.Daripada rajah.6a dapat dilihat bahawa parameter voltan (\(V_{in}\)) berkait secara langsung dengan daya keluaran maksimum, dan pekali pemindahan haba perolakan (\(h_T\)), sudut nyalaan (\ ( \alpha\)), pemalar spring anjakan ( \(K_x\)) berkorelasi negatif dengan daya keluaran dan dawai awalan (\) a(l) bagi dawai awal (\) a(l) bagi SMA. korelasi songsang yang kuat Dalam kes korelasi langsung Dalam kes nilai pekali korelasi voltan yang lebih tinggi (\(V_ {dalam}\)) menunjukkan bahawa parameter ini mempunyai kesan yang paling besar pada output kuasa.Satu lagi analisis yang serupa mengukur daya puncak dengan menilai kesan parameter berbeza dalam kombinasi berbeza dua ruang pengiraan, seperti ditunjukkan dalam Rajah 6b, c.\(V_{in}\) dan \(l_0\), \(\alpha\) dan \(l_0\) mempunyai corak yang serupa, dan graf menunjukkan bahawa \(V_{in}\) dan \(\alpha\ ) dan \(\alpha\) mempunyai corak yang serupa.Nilai \(l_0\) yang lebih kecil menghasilkan daya puncak yang lebih tinggi.Dua plot yang lain adalah konsisten dengan Rajah 6a, di mana n dan \(K_x\) berkorelasi negatif dan \(V_{in}\) berkorelasi positif.Analisis ini membantu untuk mentakrif dan melaraskan parameter yang mempengaruhi yang mana daya keluaran, lejang dan kecekapan sistem pemacu boleh disesuaikan dengan keperluan dan aplikasi.
Kerja penyelidikan semasa memperkenalkan dan menyiasat pemacu hierarki dengan tahap N.Dalam hierarki dua peringkat, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 7a, di mana bukannya setiap wayar SMA penggerak tahap pertama, susunan bimodal dicapai, seperti yang ditunjukkan dalam rajah.9e.Pada rajah.7c menunjukkan bagaimana wayar SMA dililit pada lengan boleh alih (lengan bantu) yang hanya bergerak dalam arah membujur.Walau bagaimanapun, lengan boleh alih utama terus bergerak dengan cara yang sama seperti lengan boleh alih bagi penggerak berbilang peringkat peringkat pertama.Biasanya, pemacu peringkat N dicipta dengan menggantikan wayar SMA peringkat \(N-1\) dengan pemacu peringkat pertama.Akibatnya, setiap cawangan meniru pemacu peringkat pertama, kecuali cawangan yang memegang wayar itu sendiri.Dengan cara ini, struktur bersarang boleh dibentuk yang mewujudkan daya yang beberapa kali lebih besar daripada daya pemacu utama.Dalam kajian ini, bagi setiap peringkat, jumlah panjang wayar SMA berkesan 1 m telah diambil kira, seperti yang ditunjukkan dalam format jadual dalam Rajah 7d.Arus melalui setiap wayar dalam setiap reka bentuk unimodal dan prategasan dan voltan yang terhasil dalam setiap segmen wayar SMA adalah sama pada setiap peringkat.Menurut model analitik kami, daya keluaran berkorelasi positif dengan tahap, manakala anjakan berkorelasi negatif.Pada masa yang sama, terdapat pertukaran antara anjakan dan kekuatan otot.Seperti yang dilihat dalam rajah.7b, manakala daya maksimum dicapai dalam bilangan lapisan terbesar, anjakan terbesar diperhatikan pada lapisan terendah.Apabila aras hierarki ditetapkan kepada \(N=5\), daya otot puncak 2.58 kN didapati dengan 2 pukulan yang diperhatikan \(\upmu\)m.Sebaliknya, pemacu peringkat pertama menjana daya 150 N pada lejang 277 \(\upmu\)m.Penggerak pelbagai peringkat mampu meniru otot biologi sebenar, di mana otot tiruan berdasarkan aloi memori bentuk mampu menjana daya yang lebih tinggi dengan ketara dengan pergerakan yang tepat dan lebih halus.Keterbatasan reka bentuk miniatur ini ialah apabila hierarki meningkat, pergerakan dikurangkan dengan banyaknya dan kerumitan proses pembuatan pemacu meningkat.
(a) Sistem penggerak linear aloi bentuk berlapis dua peringkat (\(N=2\)) ditunjukkan dalam konfigurasi bimodal.Model yang dicadangkan dicapai dengan menggantikan wayar SMA dalam penggerak berlapis peringkat pertama dengan satu lagi penggerak berlapis satu peringkat.(c) Konfigurasi ubah bentuk penggerak berbilang lapisan peringkat kedua.(b) Pengagihan daya dan anjakan bergantung kepada bilangan aras diterangkan.Telah didapati bahawa daya puncak penggerak berkorelasi positif dengan aras skala pada graf, manakala lejang berkorelasi negatif dengan aras skala.Arus dan pra-voltan dalam setiap wayar kekal malar di semua peringkat.(d) Jadual menunjukkan bilangan pili dan panjang wayar SMA (gentian) pada setiap aras.Ciri-ciri wayar ditunjukkan oleh indeks 1, dan bilangan cawangan sekunder (satu disambungkan ke kaki utama) ditunjukkan oleh nombor terbesar dalam subskrip.Sebagai contoh, pada tahap 5, \(n_1\) merujuk kepada bilangan wayar SMA yang terdapat dalam setiap struktur bimodal, dan \(n_5\) merujuk kepada bilangan kaki tambahan (satu disambungkan ke kaki utama).
Pelbagai kaedah telah dicadangkan oleh ramai penyelidik untuk memodelkan tingkah laku SMA dengan ingatan bentuk, yang bergantung pada sifat termomekanik yang mengiringi perubahan makroskopik dalam struktur kristal yang berkaitan dengan peralihan fasa.Perumusan kaedah konstitutif sememangnya kompleks.Model fenomenologi yang paling biasa digunakan dicadangkan oleh Tanaka28 dan digunakan secara meluas dalam aplikasi kejuruteraan.Model fenomenologi yang dicadangkan oleh Tanaka [28] mengandaikan bahawa pecahan isipadu martensit ialah fungsi eksponen suhu dan tegasan.Kemudian, Liang dan Rogers29 dan Brinson30 mencadangkan model di mana dinamik peralihan fasa diandaikan sebagai fungsi kosinus voltan dan suhu, dengan sedikit pengubahsuaian pada model.Becker dan Brinson mencadangkan model kinetik berasaskan rajah fasa untuk memodelkan kelakuan bahan SMA di bawah keadaan pemuatan sewenang-wenangnya serta peralihan separa.Banerjee32 menggunakan kaedah dinamik rajah fasa Bekker dan Brinson31 untuk mensimulasikan satu darjah manipulator kebebasan yang dibangunkan oleh Elahinia dan Ahmadian33.Kaedah kinetik berdasarkan rajah fasa, yang mengambil kira perubahan voltan yang tidak monoton dengan suhu, adalah sukar untuk dilaksanakan dalam aplikasi kejuruteraan.Elakhinia dan Ahmadian menarik perhatian kepada kelemahan model fenomenologi sedia ada ini dan mencadangkan model fenomenologi lanjutan untuk menganalisis dan menentukan tingkah laku ingatan bentuk di bawah sebarang keadaan pemuatan yang kompleks.
Model struktur wayar SMA memberikan tegasan (\(\sigma\)), terikan (\(\epsilon\)), suhu (T), dan pecahan isipadu martensit (\(\xi\)) wayar SMA.Model konstitutif fenomenologi pertama kali dicadangkan oleh Tanaka28 dan kemudiannya diterima pakai oleh Liang29 dan Brinson30.Terbitan persamaan mempunyai bentuk:
di mana E ialah modulus SMA Young bergantung fasa yang diperoleh menggunakan \(\displaystyle E=\xi E_M + (1-\xi )E_A\) dan \(E_A\) dan \(E_M\) yang mewakili modulus Young masing-masing ialah fasa austenit dan martensit, dan pekali pengembangan haba diwakili oleh \(\\theta).Faktor sumbangan peralihan fasa ialah \(\Omega = -E \epsilon _L\) dan \(\epsilon _L\) ialah terikan maksimum boleh pulih dalam wayar SMA.
Persamaan dinamik fasa bertepatan dengan fungsi kosinus yang dibangunkan oleh Liang29 dan kemudiannya diterima pakai oleh Brinson30 dan bukannya fungsi eksponen yang dicadangkan oleh Tanaka28.Model peralihan fasa adalah lanjutan daripada model yang dicadangkan oleh Elakhinia dan Ahmadian34 dan diubah suai berdasarkan keadaan peralihan fasa yang diberikan oleh Liang29 dan Brinson30.Keadaan yang digunakan untuk model peralihan fasa ini adalah sah di bawah beban termomekanikal yang kompleks.Pada setiap saat masa, nilai pecahan isipadu martensit dikira semasa memodelkan persamaan konstitutif.
Persamaan pengubahsuaian yang mengawal, yang dinyatakan oleh penjelmaan martensit kepada austenit di bawah keadaan pemanasan, adalah seperti berikut:
di mana \(\xi\) ialah pecahan isipadu martensit, \(\xi _M\) ialah pecahan isipadu martensit yang diperolehi sebelum dipanaskan, \(\gaya paparan a_A = \pi /(A_f – A_s)\), \ ( \displaystyle b_A = -a_A/C_A\) dan \(C_A\) \(C_A\) parameter_lengkungan \(C_A\) \(C_A\) - parameter lengkungan, suhu T-A\) dan SMA\(C_A\) – suhu lengkung T-A\) ) – permulaan dan akhir fasa austenit, masing-masing, suhu.
Persamaan kawalan transformasi langsung, yang diwakili oleh perubahan fasa austenit kepada martensit di bawah keadaan penyejukan, ialah:
di mana \(\xi _A\) ialah pecahan isipadu martensit yang diperoleh sebelum disejukkan, \(\displaystyle a_M = \pi /(M_s – M_f)\), \(\displaystyle b_M = -a_M/C_M\) dan \ ( C_M \) – parameter pemasangan lengkung, T – suhu dawai SMA, masing-masing, \(M_s\) dan \(M_s\) dan tegangan awalan akhir SMA
Selepas persamaan (3) dan (4) dibezakan, persamaan penjelmaan songsang dan langsung dipermudahkan kepada bentuk berikut:
Semasa transformasi ke hadapan dan ke belakang \(\eta _{\sigma}\) dan \(\eta _{T}\) mengambil nilai yang berbeza.Persamaan asas yang dikaitkan dengan \(\eta _{\sigma}\) dan \(\eta _{T}\) telah diterbitkan dan dibincangkan secara terperinci dalam bahagian tambahan.
Tenaga haba yang diperlukan untuk menaikkan suhu wayar SMA berasal daripada kesan pemanasan Joule.Tenaga haba yang diserap atau dilepaskan oleh wayar SMA diwakili oleh haba pendam transformasi.Kehilangan haba dalam wayar SMA adalah disebabkan oleh perolakan paksa, dan memandangkan kesan sinaran yang boleh diabaikan, persamaan keseimbangan tenaga haba adalah seperti berikut:
Di mana \(m_{wire}\) ialah jumlah jisim wayar SMA, \(c_{p}\) ialah kapasiti haba tentu SMA, \(V_{in}\) ialah voltan yang digunakan pada wayar, \(R_{ohm} \ ) – SMA rintangan bergantung fasa, ditakrifkan sebagai;\(R_{ohm} = (l/A_{cross})[\xi r_M + (1-\xi )r_A]\ ) dengan \(r_M\ ) dan \(r_A\) masing-masing ialah kerintangan fasa SMA dalam martensit dan austenit, \(A_{c}\) ialah luas permukaan wayar SMA, \(\Delta H) aloi memori.Haba pendam peralihan wayar, T dan \(T_{\infty}\) ialah suhu wayar SMA dan persekitaran, masing-masing.
Apabila dawai aloi memori bentuk digerakkan, wayar itu memampat, mewujudkan daya dalam setiap cabang reka bentuk bimodal yang dipanggil daya gentian.Daya gentian dalam setiap helai wayar SMA bersama-sama mewujudkan daya otot untuk menggerakkan, seperti ditunjukkan dalam Rajah 9e.Disebabkan kehadiran spring pincang, jumlah daya otot penggerak multilayer Nth ialah:
Menggantikan \(N = 1\) ke dalam persamaan (7), kekuatan otot prototaip pacuan bimodal peringkat pertama boleh diperoleh seperti berikut:
di mana n ialah bilangan kaki unimodal, \(F_m\) ialah daya otot yang dihasilkan oleh pemacu, \​​(F_f\) ialah kekuatan gentian dalam wayar SMA, \(K_x\) ialah kekakuan pincang.spring, \(\alpha\) ialah sudut segi tiga, \(x_0\) ialah offset awal spring pincang untuk memegang kabel SMA dalam kedudukan pra-tegang, dan \(\Delta x\) ialah perjalanan penggerak.
Jumlah anjakan atau pergerakan pemacu (\(\Delta x\)) bergantung pada voltan (\(\sigma\)) dan terikan (\(\epsilon\)) pada wayar SMA peringkat N, pemacu ditetapkan kepada (lihat Rajah. bahagian tambahan output):
Persamaan kinematik memberikan hubungan antara ubah bentuk pemacu (\(\epsilon\)) dan sesaran atau sesaran (\(\Delta x\)).Ubah bentuk wayar Arb sebagai fungsi panjang wayar Arb awal (\(l_0\)) dan panjang wayar (l) pada bila-bila masa t dalam satu cawangan unimodal adalah seperti berikut:
di mana \(l = \sqrt{l_0^2 +(\Delta x_1)^2 – 2 l_0 (\Delta x_1) \cos \alpha _1}\) diperolehi dengan menggunakan formula kosinus dalam \(\Delta\)ABB ', seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 8. Untuk pemacu peringkat pertama (\)\(N = 1) , \(N = 1) , \(N = 1) , \(N = 1) \(\alpha _1\) ialah \(\alpha \) seperti yang ditunjukkan dalam Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 8, dengan membezakan masa daripada Persamaan (11) dan menggantikan nilai l, kadar terikan boleh ditulis sebagai:
dengan \(l_0\) ialah panjang awal wayar SMA, l ialah panjang wayar pada bila-bila masa t dalam satu cawangan unimodal, \(\epsilon\) ialah ubah bentuk yang dibangunkan dalam wayar SMA, dan \(\alpha \) ialah sudut segi tiga , \(\Delta x\) ialah offset pemacu (seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 8).
Semua n struktur puncak tunggal (\(n=6\) dalam rajah ini) disambung secara bersiri dengan \(V_{in}\) sebagai voltan masukan.Peringkat I: Gambarajah skematik wayar SMA dalam konfigurasi bimodal di bawah keadaan voltan sifar Peringkat II: Struktur terkawal ditunjukkan di mana wayar SMA dimampatkan kerana penukaran songsang, seperti yang ditunjukkan oleh garis merah.
Sebagai bukti konsep, pemacu bimodal berasaskan SMA telah dibangunkan untuk menguji terbitan simulasi persamaan asas dengan keputusan eksperimen.Model CAD bagi penggerak linear bimodal ditunjukkan dalam rajah.9a.Sebaliknya, dalam rajah.9c menunjukkan reka bentuk baharu yang dicadangkan untuk sambungan prismatik putaran menggunakan penggerak berasaskan SMA dua satah dengan struktur bimodal.Komponen pemacu telah direka menggunakan pembuatan bahan tambahan pada pencetak Ultimaker 3 Extended 3D.Bahan yang digunakan untuk cetakan 3D komponen ialah polikarbonat yang sesuai untuk bahan tahan haba kerana ia kuat, tahan lasak dan mempunyai suhu peralihan kaca yang tinggi (110-113 \(^{\circ }\) C).Di samping itu, dawai aloi memori bentuk Dynalloy, Inc. Flexinol telah digunakan dalam eksperimen, dan sifat bahan yang sepadan dengan wayar Flexinol telah digunakan dalam simulasi.Wayar SMA berbilang disusun sebagai gentian yang terdapat dalam susunan bimodal otot untuk mendapatkan daya tinggi yang dihasilkan oleh penggerak berbilang lapisan, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 9b, d.
Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 9a, sudut akut yang dibentuk oleh dawai SMA lengan boleh alih dipanggil sudut (\(\alpha\)).Dengan pengapit terminal yang dipasang pada pengapit kiri dan kanan, wayar SMA dipegang pada sudut bimodal yang dikehendaki.Peranti spring pincang yang dipegang pada penyambung spring direka untuk melaraskan kumpulan sambungan spring pincang yang berbeza mengikut nombor (n) gentian SMA.Di samping itu, lokasi bahagian yang bergerak direka bentuk supaya wayar SMA terdedah kepada persekitaran luaran untuk penyejukan perolakan paksa.Plat atas dan bawah pemasangan boleh tanggal membantu memastikan wayar SMA sejuk dengan potongan tersemperit direka untuk mengurangkan berat.Di samping itu, kedua-dua hujung wayar CMA masing-masing dipasang pada terminal kiri dan kanan, melalui pengelim.Pelocok dipasang pada satu hujung pemasangan alih untuk mengekalkan kelegaan antara plat atas dan bawah.Pelocok juga digunakan untuk menggunakan daya penyekat pada sensor melalui sesentuh untuk mengukur daya sekatan apabila wayar SMA digerakkan.
Struktur otot bimodal SMA disambungkan secara elektrik secara bersiri dan dikuasakan oleh voltan nadi input.Semasa kitaran nadi voltan, apabila voltan digunakan dan wayar SMA dipanaskan melebihi suhu awal austenit, panjang wayar dalam setiap helai dipendekkan.Penarikan balik ini mengaktifkan subpemasangan lengan alih.Apabila voltan disifarkan dalam kitaran yang sama, wayar SMA yang dipanaskan telah disejukkan di bawah suhu permukaan martensit, dengan itu kembali ke kedudukan asalnya.Di bawah keadaan tegasan sifar, wayar SMA mula-mula diregangkan secara pasif oleh spring pincang untuk mencapai keadaan martensit terjalin.Skru, yang melaluinya wayar SMA, bergerak disebabkan oleh mampatan yang dicipta dengan menggunakan nadi voltan ke wayar SMA (SPA mencapai fasa austenit), yang membawa kepada penggerak tuil alih.Apabila wayar SMA ditarik balik, spring pincang mencipta daya lawan dengan meregangkan spring lagi.Apabila tegasan dalam voltan impuls menjadi sifar, wayar SMA memanjang dan mengubah bentuknya disebabkan penyejukan perolakan paksa, mencapai fasa martensit berganda.
Sistem penggerak linear berasaskan SMA yang dicadangkan mempunyai konfigurasi bimodal di mana wayar SMA bersudut.(a) menggambarkan model CAD prototaip, yang menyebut beberapa komponen dan maknanya untuk prototaip, (b, d) mewakili prototaip eksperimen yang dibangunkan35.Walaupun (b) menunjukkan paparan atas prototaip dengan sambungan elektrik dan spring pincang dan tolok terikan yang digunakan, (d) menunjukkan pandangan perspektif persediaan.(e) Gambar rajah sistem penggerak linear dengan wayar SMA diletakkan secara bimodal pada bila-bila masa t, menunjukkan arah dan perjalanan gentian dan kekuatan otot.(c) Sambungan prismatik putaran 2-DOF telah dicadangkan untuk menggunakan penggerak berasaskan SMA dua satah.Seperti yang ditunjukkan, pautan menghantar gerakan linear dari pemacu bawah ke lengan atas, mewujudkan sambungan putaran.Sebaliknya, pergerakan pasangan prisma adalah sama dengan pergerakan pemacu peringkat pertama berbilang lapisan.
Kajian eksperimen telah dijalankan ke atas prototaip yang ditunjukkan dalam Rajah 9b untuk menilai prestasi pemacu bimodal berdasarkan SMA.Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 10a, persediaan eksperimen terdiri daripada bekalan kuasa DC boleh atur cara untuk membekalkan voltan input kepada wayar SMA.Seperti yang ditunjukkan dalam rajah.10b, tolok terikan piezoelektrik (PACEline CFT/5kN) digunakan untuk mengukur daya penyekat menggunakan pencatat data Graphtec GL-2000.Data tersebut direkodkan oleh tuan rumah untuk kajian lanjut.Tolok terikan dan penguat cas memerlukan bekalan kuasa yang berterusan untuk menghasilkan isyarat voltan.Isyarat yang sepadan ditukar kepada output kuasa mengikut kepekaan penderia daya piezoelektrik dan parameter lain seperti yang diterangkan dalam Jadual 2. Apabila nadi voltan digunakan, suhu wayar SMA meningkat, menyebabkan wayar SMA dimampatkan, yang menyebabkan penggerak menghasilkan daya.Keputusan eksperimen keluaran kekuatan otot oleh nadi voltan input 7 V ditunjukkan dalam rajah.2a.
(a) Sistem penggerak linear berasaskan SMA telah disediakan dalam eksperimen untuk mengukur daya yang dijana oleh penggerak.Sel beban mengukur daya penyekat dan dikuasakan oleh bekalan kuasa DC 24 V.Penurunan voltan 7 V telah digunakan di sepanjang keseluruhan kabel menggunakan bekalan kuasa DC boleh atur cara GW Instek.Wayar SMA mengecut kerana haba, dan lengan boleh alih menyentuh sel beban dan mengenakan daya penghalang.Sel beban disambungkan kepada logger data GL-2000 dan data disimpan pada hos untuk pemprosesan selanjutnya.(b) Rajah menunjukkan rantaian komponen persediaan eksperimen untuk mengukur kekuatan otot.
Aloi memori bentuk teruja oleh tenaga haba, jadi suhu menjadi parameter penting untuk mengkaji fenomena ingatan bentuk.Secara eksperimen, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 11a, pengimejan terma dan pengukuran suhu telah dilakukan pada prototaip penggerak divalerat berasaskan SMA.Sumber DC boleh atur cara menggunakan voltan input pada wayar SMA dalam persediaan eksperimen, seperti ditunjukkan dalam Rajah 11b.Perubahan suhu wayar SMA diukur dalam masa nyata menggunakan kamera LWIR resolusi tinggi (FLIR A655sc).Hos menggunakan perisian ResearchIR untuk merekod data untuk pemprosesan pasca selanjutnya.Apabila nadi voltan dikenakan, suhu wayar SMA meningkat, menyebabkan wayar SMA mengecut.Pada rajah.Rajah 2b menunjukkan keputusan eksperimen suhu wayar SMA berbanding masa untuk nadi voltan input 7V.