Nature.com වෙත පිවිසීම ගැන ඔබට ස්තූතියි. ඔබ භාවිතා කරන බ්රව්සර් අනුවාදයේ සීමිත CSS සහාය ඇත. හොඳම අත්දැකීම සඳහා, යාවත්කාලීන කළ බ්රව්සරයක් භාවිතා කරන ලෙස අපි නිර්දේශ කරමු (නැතහොත් Internet Explorer හි අනුකූලතා මාදිලිය අක්රීය කරන්න). මේ අතරතුර, අඛණ්ඩ සහාය සහතික කිරීම සඳහා, අපි වෙබ් අඩවිය විලාස සහ JavaScript නොමැතිව විදැහුම් කරන්නෙමු.
ක්රියාකාරක සෑම තැනකම භාවිතා වන අතර නිෂ්පාදන සහ කාර්මික ස්වයංක්රීයකරණයේ විවිධ මෙහෙයුම් සිදු කිරීම සඳහා නිවැරදි උද්දීපන බලය හෝ ව්යවර්ථය යෙදීමෙන් පාලිත චලිතයක් නිර්මාණය කරයි. වේගවත්, කුඩා සහ වඩා කාර්යක්ෂම ධාවක සඳහා අවශ්යතාවය ධාවක නිර්මාණයේ නවෝත්පාදනය මෙහෙයවයි. හැඩ මතක මිශ්ර ලෝහය (SMA) ධාවක සාම්ප්රදායික ධාවකවලට වඩා වාසි ගණනාවක් ලබා දෙයි, ඉහළ බලය-බර අනුපාතයක් ඇතුළුව. මෙම නිබන්ධනයේදී, ජීව විද්යාත්මක පද්ධතිවල පිහාටු සහිත මාංශ පේශිවල වාසි සහ SMA වල අද්විතීය ගුණාංග ඒකාබද්ධ කරන පිහාටු දෙකකින් යුත් SMA-පාදක ක්රියාකාරකයක් සංවර්ධනය කරන ලදී. මෙම අධ්යයනය ද්විමාන SMA වයර් සැකැස්ම මත පදනම්ව නව ක්රියාකාරකයේ ගණිතමය ආකෘතියක් සංවර්ධනය කිරීමෙන් සහ එය පර්යේෂණාත්මකව පරීක්ෂා කිරීමෙන් පෙර SMA ක්රියාකාරක ගවේෂණය කර දිගු කරයි. SMA මත පදනම් වූ දන්නා ධාවක හා සසඳන විට, නව ධාවකයේ ක්රියාකාරී බලය අවම වශයෙන් 5 ගුණයකින් වැඩි වේ (150 N දක්වා). අනුරූප බර අඩු වීම 67% ක් පමණ වේ. ගණිතමය ආකෘතිවල සංවේදීතා විශ්ලේෂණයේ ප්රතිඵල සැලසුම් පරාමිතීන් සුසර කිරීම සහ ප්රධාන පරාමිතීන් තේරුම් ගැනීම සඳහා ප්රයෝජනවත් වේ. මෙම අධ්යයනය තවදුරටත් ගතිකත්වය තවදුරටත් වැඩිදියුණු කිරීම සඳහා භාවිතා කළ හැකි බහු මට්ටමේ N වන අදියර ධාවකයක් ඉදිරිපත් කරයි. SMA මත පදනම් වූ ඩිප්වලරේට් මාංශ පේශි ක්රියාකාරක, ගොඩනැගිලි ස්වයංක්රීයකරණයේ සිට නිරවද්ය ඖෂධ බෙදා හැරීමේ පද්ධති දක්වා පුළුල් පරාසයක යෙදුම් ඇත.
ක්ෂීරපායීන්ගේ මාංශ පේශි ව්යුහයන් වැනි ජීව විද්යාත්මක පද්ධතිවලට බොහෝ සියුම් ක්රියාකාරක සක්රිය කළ හැකිය1. ක්ෂීරපායින්ට විවිධ මාංශ පේශි ව්යුහයන් ඇති අතර, ඒ සෑම එකක්ම නිශ්චිත අරමුණක් ඉටු කරයි. කෙසේ වෙතත්, ක්ෂීරපායී මාංශ පේශි පටක වල ව්යුහයෙන් වැඩි ප්රමාණයක් පුළුල් කාණ්ඩ දෙකකට බෙදිය හැකිය. සමාන්තර සහ පෙන්ටේට්. නමට අනුව, හම්ස්ට්රිං සහ අනෙකුත් නම්යශීලී මාංශ පේශිවල මධ්යම කණ්ඩරාවට සමාන්තරව මාංශ පේශි තන්තු ඇත. මාංශ පේශි තන්තු දාමය පෙළගස්වා ඇති අතර ඒවා වටා ඇති සම්බන්ධක පටක මගින් ක්රියාකාරීව සම්බන්ධ වේ. මෙම මාංශ පේශිවලට විශාල විනෝද චාරිකාවක් (ප්රතිශතය කෙටි කිරීම) ඇති බව පැවසුවද, ඒවායේ සමස්ත මාංශ පේශි ශක්තිය ඉතා සීමිතය. ඊට වෙනස්ව, ට්රයිසෙප්ස් පැටවාගේ මාංශ පේශි2 (පාර්ශ්වික ගැස්ට්රොක්නෙමියස් (GL)3, මධ්ය ගැස්ට්රොක්නෙමියස් (GM)4 සහ සෝලියස් (SOL)) සහ විස්තාරක ෆෙමෝරිස් (ක්වාඩ්රයිසෙප්ස්)5,6 පෙන්ටේට් මාංශ පේශි පටක එක් එක් මාංශ පේශිවල දක්නට ලැබේ7. පින්ටේට් ව්යුහයක, බයිපෙනේට් මාංශ පේශිවල මාංශ පේශි තන්තු මධ්යම කණ්ඩරාවේ දෙපසම ආනත කෝණවලින් (පින්නේට් කෝණ) පවතී. පෙනේට් යන වචනය ලතින් වචනය වන "පෙනා" වලින් පැමිණ ඇති අතර එහි අර්ථය "පෑන" වන අතර, රූපය 1 හි පෙන්වා ඇති පරිදි පිහාටු වැනි පෙනුමක් ඇත. පෙනේට් මාංශ පේශිවල තන්තු කෙටි වන අතර මාංශ පේශිවල කල්පවත්නා අක්ෂයට කෝණික වේ. පිතාකාර ව්යුහය හේතුවෙන්, මෙම මාංශ පේශිවල සමස්ත සංචලතාව අඩු වන අතර එමඟින් කෙටි කිරීමේ ක්රියාවලියේ තීර්යක් සහ කල්පවත්නා සංරචක ඇති වේ. අනෙක් අතට, මෙම මාංශ පේශි සක්රිය කිරීම භෞතික විද්යාත්මක හරස්කඩ ප්රදේශය මනින ආකාරය හේතුවෙන් ඉහළ සමස්ත මාංශ පේශි ශක්තියකට හේතු වේ. එබැවින්, දී ඇති හරස්කඩ ප්රදේශයක් සඳහා, පෙනේට් මාංශ පේශි ශක්තිමත් වන අතර සමාන්තර තන්තු සහිත මාංශ පේශිවලට වඩා ඉහළ බලවේග ජනනය කරනු ඇත. තනි තන්තු මගින් ජනනය වන බලවේග එම මාංශ පේශි පටකයේ සාර්ව මට්ටමින් මාංශ පේශි බලවේග ජනනය කරයි. ඊට අමතරව, එය වේගවත් හැකිලීම, ආතන්ය හානිවලින් ආරක්ෂා වීම, කුෂන් කිරීම වැනි අද්විතීය ගුණාංග ඇත. එය මාංශ පේශි ක්රියාකාරී රේඛා සමඟ සම්බන්ධිත තන්තු සැකැස්මේ අද්විතීය ලක්ෂණ සහ ජ්යාමිතික සංකීර්ණතාව උපයෝගී කර ගනිමින් තන්තු ආදානය සහ මාංශ පේශි බල ප්රතිදානය අතර සම්බන්ධතාවය පරිවර්තනය කරයි.
ද්විමාන මාංශ පේශි ගෘහ නිර්මාණ ශිල්පයකට අදාළව පවතින SMA-පාදක ක්රියාකාරක සැලසුම්වල ක්රමානුරූප රූප සටහන් පෙන්වා ඇත, උදාහරණයක් ලෙස (a), SMA වයර් මගින් ක්රියාත්මක කරන ලද අතින් හැඩැති උපාංගයක් රෝද දෙකේ ස්වයංක්රීය ජංගම රොබෝවක් මත සවි කර ඇති ස්පර්ශක බලයේ අන්තර්ක්රියාව නිරූපණය කරයි9,10. , (b) ප්රතිවිරෝධීව තබා ඇති SMA වසන්ත-පටවන ලද කක්ෂීය කෘතිම කෘත්රිම කෘත්රිම කෘත්රිම කෘත්රිම කෘත්රිම කෘත්රිම කෘත්රිම කෘත්රිම කෘත්රිම කෘත්රිම ඇසේ පිහිටීම ඇසේ අක්ෂි මාංශ පේශි වලින් ලැබෙන සංඥාවක් මගින් පාලනය වේ11, (c) SMA ක්රියාකාරක ඒවායේ ඉහළ සංඛ්යාත ප්රතිචාරය සහ අඩු කලාප පළල නිසා දිය යට යෙදුම් සඳහා වඩාත් සුදුසු වේ. මෙම වින්යාසය තුළ, මාළුන්ගේ චලනය අනුකරණය කිරීමෙන් තරංග චලිතය නිර්මාණය කිරීමට SMA ක්රියාකාරක භාවිතා කරයි, (d) නාලිකාව 10 තුළ SMA වයර් චලනය මගින් පාලනය වන අඟල් පණු චලන මූලධර්මය භාවිතා කළ හැකි ක්ෂුද්ර පයිප්ප පරීක්ෂණ රොබෝවක් නිර්මාණය කිරීමට SMA ක්රියාකාරක භාවිතා කරයි, (e) ගැස්ට්රොක්නෙමියස් පටක වල හැකිලීමේ මාංශ පේශි තන්තු සහ සංකෝචන බලය ජනනය කරන දිශාව පෙන්වයි, (f) පෙන්නේට් මාංශ පේශි ව්යුහයේ මාංශ පේශි තන්තු ආකාරයෙන් සකස් කර ඇති SMA වයර් පෙන්වයි.
පුළුල් පරාසයක යෙදීම් හේතුවෙන් ක්රියාකාරක යාන්ත්රික පද්ධතිවල වැදගත් කොටසක් බවට පත්ව ඇත. එබැවින්, කුඩා, වේගවත් සහ කාර්යක්ෂම ධාවක සඳහා අවශ්යතාවය තීරණාත්මක වේ. ඒවායේ වාසි තිබියදීත්, සාම්ප්රදායික ධාවක මිල අධික හා නඩත්තු කිරීමට කාලය ගතවන බව ඔප්පු වී ඇත. හයිඩ්රොලික් සහ වායුමය ක්රියාකාරක සංකීර්ණ හා මිල අධික වන අතර ඒවා ඇඳීමට, ලිහිසි කිරීමේ ගැටළු සහ සංරචක අසාර්ථක වීමට යටත් වේ. ඉල්ලුමට ප්රතිචාර වශයෙන්, අවධානය යොමු වන්නේ ස්මාර්ට් ද්රව්ය මත පදනම් වූ පිරිවැය-ඵලදායී, ප්රමාණය-ප්රශස්තකරණය කළ සහ උසස් ක්රියාකාරක සංවර්ධනය කිරීම කෙරෙහි ය. මෙම අවශ්යතාවය සපුරාලීම සඳහා අඛණ්ඩ පර්යේෂණ මගින් හැඩ මතක මිශ්ර ලෝහ (SMA) ස්ථර ක්රියාකාරක දෙස බලයි. ධූරාවලි ක්රියාකාරක අද්විතීය වන්නේ ඒවා වැඩි දියුණු කළ සහ පුළුල් කළ ක්රියාකාරීත්වයක් ලබා දීම සඳහා බොහෝ විවික්ත ක්රියාකාරක ජ්යාමිතික වශයෙන් සංකීර්ණ සාර්ව පරිමාණ උප පද්ධතිවලට ඒකාබද්ධ කිරීමයි. මේ සම්බන්ධයෙන්, ඉහත විස්තර කර ඇති මිනිස් මාංශ පේශි පටක එවැනි බහු ස්ථර ක්රියාකාරකයක් සඳහා විශිෂ්ට බහු ස්ථර උදාහරණයක් සපයයි. වත්මන් අධ්යයනය ද්විමාන මාංශ පේශිවල පවතින තන්තු දිශානතියට අනුකූලව තනි ධාවක මූලද්රව්ය (SMA වයර්) කිහිපයක් සහිත බහු මට්ටමේ SMA ධාවකයක් විස්තර කරයි, එය සමස්ත ධාවක ක්රියාකාරිත්වය වැඩි දියුණු කරයි.
ක්රියාකාරකයක ප්රධාන අරමුණ වන්නේ විද්යුත් ශක්තිය පරිවර්තනය කිරීමෙන් බලය සහ විස්ථාපනය වැනි යාන්ත්රික බල ප්රතිදානය ජනනය කිරීමයි. හැඩ මතක මිශ්ර ලෝහ යනු ඉහළ උෂ්ණත්වවලදී ඒවායේ හැඩය යථා තත්ත්වයට පත් කළ හැකි “ස්මාර්ට්” ද්රව්ය කාණ්ඩයකි. ඉහළ බරක් යටතේ, SMA වයරයේ උෂ්ණත්වය වැඩිවීම හැඩය යථා තත්ත්වයට පත් කිරීමට හේතු වන අතර, එහි ප්රතිඵලයක් ලෙස විවිධ සෘජුවම බන්ධනය වූ ස්මාර්ට් ද්රව්ය හා සසඳන විට ඉහළ ක්රියාකාරී ශක්ති ඝනත්වයක් ඇති වේ. ඒ සමඟම, යාන්ත්රික බර යටතේ, SMA බිඳෙනසුලු වේ. ඇතැම් තත්වයන් යටතේ, චක්රීය බරක් යාන්ත්රික ශක්තිය අවශෝෂණය කර මුදා හැරිය හැකි අතර, ආපසු හැරවිය හැකි හිස්ටෙරෙටික් හැඩ වෙනස්කම් ප්රදර්ශනය කරයි. මෙම අද්විතීය ගුණාංග SMA සංවේදක, කම්පන තෙතමනය සහ විශේෂයෙන් ක්රියාකාරක සඳහා වඩාත් සුදුසු කරයි12. මෙය මනසේ තබාගෙන, SMA-පාදක ධාවක පිළිබඳ පර්යේෂණ රාශියක් සිදු කර ඇත. SMA-පාදක ක්රියාකාරක විවිධ යෙදුම් සඳහා පරිවර්තන සහ භ්රමණ චලිතය සැපයීම සඳහා නිර්මාණය කර ඇති බව සැලකිල්ලට ගත යුතුය13,14,15. සමහර භ්රමණ ක්රියාකාරක සංවර්ධනය කර ඇතත්, පර්යේෂකයන් විශේෂයෙන් රේඛීය ක්රියාකාරක කෙරෙහි උනන්දු වෙති. මෙම රේඛීය ක්රියාකාරක වර්ග තුනකට බෙදිය හැකිය: ඒක මාන, විස්ථාපන සහ අවකල ක්රියාකාරක 16. මුලදී, දෙමුහුන් ධාවක SMA සහ අනෙකුත් සාම්ප්රදායික ධාවක සමඟ ඒකාබද්ධව නිර්මාණය කරන ලදී. SMA මත පදනම් වූ දෙමුහුන් රේඛීය ක්රියාකාරකයක එවැනි උදාහරණයක් වන්නේ 100 N පමණ ප්රතිදාන බලයක් සහ සැලකිය යුතු විස්ථාපනයක් ලබා දීම සඳහා DC මෝටරයක් සහිත SMA වයරයක් භාවිතා කිරීමයි17.
SMA මත සම්පූර්ණයෙන්ම පදනම් වූ ධාවකවල පළමු වර්ධනයන්ගෙන් එකක් වූයේ SMA සමාන්තර ධාවකයයි. බහු SMA වයර් භාවිතා කරමින්, SMA මත පදනම් වූ සමාන්තර ධාවකය නිර්මාණය කර ඇත්තේ සියලුම SMA18 වයර් සමාන්තරව තැබීමෙන් ධාවකයේ බල හැකියාව වැඩි කිරීම සඳහා ය. ක්රියාකරුවන්ගේ සමාන්තර සම්බන්ධතාවයට වැඩි බලයක් අවශ්ය වනවා පමණක් නොව, තනි වයරයක ප්රතිදාන බලය සීමා කරයි. SMA මත පදනම් වූ ක්රියාකරුවන්ගේ තවත් අවාසියක් නම් ඒවාට ලබා ගත හැකි සීමිත ගමනයි. මෙම ගැටළුව විසඳීම සඳහා, විස්ථාපනය වැඩි කිරීමට සහ රේඛීය චලිතයක් ලබා ගැනීමට අපගමනය වූ නම්යශීලී කදම්භයක් අඩංගු SMA කේබල් කදම්භයක් නිර්මාණය කරන ලද නමුත් ඉහළ බල ජනනය නොකළේය19. හැඩ මතක මිශ්ර ලෝහ මත පදනම් වූ රොබෝවරුන් සඳහා මෘදු විකෘති කළ හැකි ව්යුහයන් සහ රෙදි ප්රධාන වශයෙන් බලපෑම් විස්තාරණය සඳහා සංවර්ධනය කර ඇත20,21,22. අධික වේගයක් අවශ්ය වන යෙදුම් සඳහා, ක්ෂුද්ර පොම්ප ධාවනය වන යෙදුම් සඳහා තුනී පටල SMA භාවිතා කරමින් සංයුක්ත ධාවනය වන පොම්ප වාර්තා කර ඇත23. තුනී පටල SMA පටලයේ ධාවක සංඛ්යාතය ධාවකයාගේ වේගය පාලනය කිරීමේ ප්රධාන සාධකයකි. එබැවින්, SMA රේඛීය මෝටර SMA වසන්ත හෝ දණ්ඩ මෝටර වලට වඩා හොඳ ගතික ප්රතිචාරයක් ඇත. මෘදු රොබෝ විද්යාව සහ ග්රහණ තාක්ෂණය යනු SMA මත පදනම් වූ ක්රියාකාරක භාවිතා කරන තවත් යෙදුම් දෙකකි. උදාහරණයක් ලෙස, 25 N අභ්යවකාශ කලම්පයේ භාවිතා කරන සම්මත ක්රියාකාරකය ප්රතිස්ථාපනය කිරීම සඳහා, හැඩ මතක මිශ්ර ලෝහ සමාන්තර ක්රියාකාරකය 24 සංවර්ධනය කරන ලදී. තවත් අවස්ථාවක, 30 N උපරිම ඇදීමේ බලයක් නිපදවිය හැකි කාවැද්දූ අනුකෘතියක් සහිත වයරයක් මත පදනම්ව SMA මෘදු ක්රියාකාරකයක් නිපදවන ලදී. ඒවායේ යාන්ත්රික ගුණාංග නිසා, ජීව විද්යාත්මක සංසිද්ධි අනුකරණය කරන ක්රියාකාරක නිපදවීමට SMA ද භාවිතා වේ. එවැනි එක් සංවර්ධනයකට SMA සහිත පස් පණුවන් වැනි ජීවියෙකුගේ ජෛව අනුකරණයක් වන සෛල 12 ක රොබෝවක් ඇතුළත් වේ.
කලින් සඳහන් කළ පරිදි, පවතින SMA-පාදක ක්රියාකාරක වලින් ලබා ගත හැකි උපරිම බලයට සීමාවක් තිබේ. මෙම ගැටළුව විසඳීම සඳහා, මෙම අධ්යයනය ජෛව අනුකාරක ද්විමාන මාංශ පේශි ව්යුහයක් ඉදිරිපත් කරයි. හැඩ මතක මිශ්ර ලෝහ වයර් මගින් මෙහෙයවනු ලැබේ. එය හැඩ මතක මිශ්ර ලෝහ වයර් කිහිපයක් ඇතුළත් වර්ගීකරණ පද්ධතියක් සපයයි. අද වන විට, සමාන ගෘහ නිර්මාණ ශිල්පයක් සහිත SMA-පාදක ක්රියාකාරක සාහිත්යයේ වාර්තා වී නොමැත. ද්විමාන මාංශ පේශි පෙළගැස්මේදී SMA හි හැසිරීම අධ්යයනය කිරීම සඳහා SMA මත පදනම් වූ මෙම අද්විතීය හා නව පද්ධතිය සංවර්ධනය කරන ලදී. පවතින SMA-පාදක ක්රියාකාරක හා සසඳන විට, මෙම අධ්යයනයේ ඉලක්කය වූයේ කුඩා පරිමාවකින් සැලකිය යුතු ලෙස ඉහළ බලවේග ජනනය කිරීම සඳහා ජෛව අනුකාරක ඩිප්වලරේට් ක්රියාකාරකයක් නිර්මාණය කිරීමයි. HVAC ගොඩනැගිලි ස්වයංක්රීයකරණය සහ පාලන පද්ධතිවල භාවිතා කරන සාම්ප්රදායික ස්ටෙපර් මෝටර ධාවනය වන ධාවක හා සසඳන විට, යෝජිත SMA-පාදක ද්විමාන ධාවක සැලසුම ධාවක යාන්ත්රණයේ බර 67% කින් අඩු කරයි. පහත දැක්වෙන්නේ, "මාංශ පේශි" සහ "ධාවකය" යන යෙදුම් එකිනෙකට වෙනස් ලෙස භාවිතා වේ. මෙම අධ්යයනය එවැනි ධාවකයක බහු භෞතික විද්යා අනුකරණය විමර්ශනය කරයි. එවැනි පද්ධතිවල යාන්ත්රික හැසිරීම පර්යේෂණාත්මක සහ විශ්ලේෂණාත්මක ක්රම මගින් අධ්යයනය කර ඇත. 7 V ආදාන වෝල්ටීයතාවයකින් බලය සහ උෂ්ණත්ව ව්යාප්තිය තවදුරටත් විමර්ශනය කරන ලදී. පසුව, යතුරු පරාමිතීන් සහ ප්රතිදාන බලය අතර සම්බන්ධතාවය වඩා හොඳින් අවබෝධ කර ගැනීම සඳහා පරාමිතික විශ්ලේෂණයක් සිදු කරන ලදී. අවසාන වශයෙන්, ධූරාවලි ක්රියාකාරක සැලසුම් කර ඇති අතර කෘතිම යෙදුම් සඳහා චුම්භක නොවන ක්රියාකාරක සඳහා විභව අනාගත ප්රදේශයක් ලෙස ධූරාවලි මට්ටමේ බලපෑම් යෝජනා කර ඇත. ඉහත සඳහන් කළ අධ්යයනයන්හි ප්රතිඵලවලට අනුව, තනි-අදියර ගෘහ නිර්මාණ ශිල්පයක් භාවිතා කිරීම වාර්තා කරන ලද SMA-පාදක ක්රියාකාරකවලට වඩා අවම වශයෙන් හතරේ සිට පස් ගුණයකින් වැඩි බලයක් නිපදවයි. ඊට අමතරව, බහු-මට්ටමේ බහු-මට්ටමේ ධාවකයක් මගින් ජනනය කරන ලද එකම ධාවක බලය සාම්ප්රදායික SMA-පාදක ධාවකයන්ට වඩා දස ගුණයකට වඩා වැඩි බව පෙන්වා දී ඇත. ඉන්පසු අධ්යයනය විවිධ සැලසුම් සහ ආදාන විචල්යයන් අතර සංවේදීතා විශ්ලේෂණය භාවිතා කරමින් ප්රධාන පරාමිතීන් වාර්තා කරයි. SMA වයර් (\(l_0\) හි ආරම්භක දිග), පින්නේට් කෝණය (\(\alpha\)) සහ එක් එක් තනි නූල් ගණන (n) ගාමක බලයේ විශාලත්වයට ප්රබල සෘණාත්මක බලපෑමක් ඇති කරයි. ශක්තිය, ආදාන වෝල්ටීයතාවය (ශක්තිය) ධනාත්මකව සහසම්බන්ධ වී ඇති අතර.
SMA වයර්, නිකල්-ටයිටේනියම් (Ni-Ti) මිශ්ර ලෝහ පවුලේ දක්නට ලැබෙන හැඩ මතක ආචරණය (SME) ප්රදර්ශනය කරයි. සාමාන්යයෙන්, SMAs උෂ්ණත්වය මත රඳා පවතින අවධීන් දෙකක් ප්රදර්ශනය කරයි: අඩු උෂ්ණත්ව අවධියක් සහ ඉහළ උෂ්ණත්ව අවධියක්. විවිධ ස්ඵටික ව්යුහයන් පැවතීම හේතුවෙන් අදියර දෙකටම අද්විතීය ගුණාංග ඇත. පරිවර්තන උෂ්ණත්වයට ඉහළින් පවතින ඔස්ටිනයිට් අවධියේදී (ඉහළ උෂ්ණත්ව අවධිය), ද්රව්යය ඉහළ ශක්තියක් පෙන්නුම් කරන අතර බර යටතේ දුර්වල ලෙස විකෘති වේ. මිශ්ර ලෝහය මල නොබැඳෙන වානේ මෙන් හැසිරෙන බැවින් එය ඉහළ ක්රියාකාරී පීඩනවලට ඔරොත්තු දීමට සමත් වේ. Ni-Ti මිශ්ර ලෝහවල මෙම ගුණාංගයෙන් ප්රයෝජන ගනිමින්, SMA වයර් ක්රියාකාරකයක් සෑදීමට ඇල කර ඇත. විවිධ පරාමිතීන් සහ විවිධ ජ්යාමිතීන්ගේ බලපෑම යටතේ SMA හි තාප හැසිරීමේ මූලික යාන්ත්ර විද්යාව තේරුම් ගැනීමට සුදුසු විශ්ලේෂණාත්මක ආකෘති සංවර්ධනය කෙරේ. පර්යේෂණාත්මක සහ විශ්ලේෂණාත්මක ප්රතිඵල අතර හොඳ එකඟතාවයක් ලබා ගන්නා ලදී.
SMA මත පදනම් වූ ද්විමාන ධාවකයක ක්රියාකාරිත්වය ඇගයීම සඳහා රූපය 9a හි දැක්වෙන මූලාකෘතිය මත පර්යේෂණාත්මක අධ්යයනයක් සිදු කරන ලදී. මෙම ගුණාංග දෙකක්, ධාවකය මගින් ජනනය කරන ලද බලය (මාංශ පේශි බලය) සහ SMA වයරයේ උෂ්ණත්වය (SMA උෂ්ණත්වය) පර්යේෂණාත්මකව මනිනු ලැබීය. ධාවකයේ වයරයේ මුළු දිග දිගේ වෝල්ටීයතා වෙනස වැඩි වන විට, ජූල් තාපන ආචරණය හේතුවෙන් වයරයේ උෂ්ණත්වය වැඩි වේ. ආදාන වෝල්ටීයතාවය තත්පර 10 ක චක්ර දෙකකින් (රූපය 2a, b හි රතු තිත් ලෙස දක්වා ඇත) එක් එක් චක්රය අතර තත්පර 15 ක සිසිලන කාලයක් සහිතව යොදන ලදී. අවහිර කිරීමේ බලය පීසෝ ඉලෙක්ට්රික් වික්රියා මාපකයක් භාවිතයෙන් මනිනු ලැබූ අතර, විද්යාත්මක ශ්රේණියේ අධි-විභේදන LWIR කැමරාවක් භාවිතයෙන් SMA වයරයේ උෂ්ණත්ව ව්යාප්තිය තත්ය කාලීනව නිරීක්ෂණය කරන ලදී (වගුව 2 හි භාවිතා කරන උපකරණවල ලක්ෂණ බලන්න). ඉහළ වෝල්ටීයතා අවධියේදී, වයරයේ උෂ්ණත්වය ඒකාකාරී ලෙස වැඩි වන බව පෙන්නුම් කරයි, නමුත් ධාරාවක් ගලා නොයන විට, වයරයේ උෂ්ණත්වය දිගටම පහත වැටේ. වත්මන් අත්හදා බැලීමේ සැකසුම තුළ, සිසිලන අවධියේදී SMA වයරයේ උෂ්ණත්වය පහත වැටුණද, එය තවමත් පරිසර උෂ්ණත්වයට වඩා ඉහළින් පැවතුනි. රූපය 2e හි LWIR කැමරාවෙන් ලබාගත් SMA වයරයේ උෂ්ණත්වයේ සැණෙකින් ඡායාරූපයක් පෙන්වයි. අනෙක් අතට, රූපය 2a හි ධාවක පද්ධතිය මඟින් ජනනය කරන ලද අවහිර කිරීමේ බලය පෙන්වයි. මාංශ පේශි බලය වසන්තයේ ප්රතිස්ථාපන බලය ඉක්මවා ගිය විට, රූපය 9a හි දැක්වෙන පරිදි චංචල අත චලනය වීමට පටන් ගනී. ක්රියාත්මක කිරීම ආරම්භ වූ වහාම, චංචල අත සංවේදකය සමඟ ස්පර්ශ වන අතර, රූපය 2c, d හි දැක්වෙන පරිදි ශරීර බලයක් නිර්මාණය කරයි. උපරිම උෂ්ණත්වය \(84\,^{\circ}\hbox {C}} ට ආසන්න වූ විට, උපරිම නිරීක්ෂණය කරන ලද බලය 105 N වේ.
ප්රස්ථාරයෙන් SMA වයර් එකේ උෂ්ණත්වයේ සහ චක්ර දෙකක් තුළ SMA පාදක ද්විමාන ක්රියාකාරකය මගින් ජනනය කරන ලද බලයේ අත්හදා බැලීමේ ප්රතිඵල පෙන්වයි. ආදාන වෝල්ටීයතාවය තත්පර 10 චක්ර දෙකකින් (රතු තිත් ලෙස දක්වා ඇත) යොදනු ලැබේ, එක් එක් චක්රය අතර තත්පර 15 ක සිසිලන කාලයක් ඇත. අත්හදා බැලීම් සඳහා භාවිතා කරන ලද SMA වයර් Dynalloy, Inc. වෙතින් 0.51 mm විෂ්කම්භයක් සහිත Flexinol වයර් එකක් විය. (අ) ප්රස්ථාරයෙන් චක්ර දෙකක් හරහා ලබාගත් අත්හදා බැලීමේ බලය පෙන්වයි, (ඇ, ඈ) PACEline CFT/5kN පීසෝ ඉලෙක්ට්රික් බල පරිවර්තකයක් මත චලනය වන බාහු ක්රියාකාරකවල ක්රියාකාරිත්වය පිළිබඳ ස්වාධීන උදාහරණ දෙකක් පෙන්වයි, (ආ) චක්ර දෙකක් තුළ මුළු SMA වයර් එකේ උපරිම උෂ්ණත්වය ප්රස්ථාරයෙන් පෙන්වයි, (ඊ) FLIR ResearchIR මෘදුකාංග LWIR කැමරාව භාවිතයෙන් SMA වයර් එකෙන් ලබාගත් උෂ්ණත්ව ඡායාරූපයක් පෙන්වයි. අත්හදා බැලීම් වලදී සැලකිල්ලට ගන්නා ලද ජ්යාමිතික පරාමිතීන් වගුවේ දක්වා ඇත.
ගණිතමය ආකෘතියේ සමාකරණ ප්රතිඵල සහ අත්හදා බැලීමේ ප්රතිඵල රූපය 5 හි දැක්වෙන පරිදි 7V ආදාන වෝල්ටීයතාවයක කොන්දේසිය යටතේ සංසන්දනය කෙරේ. පරාමිතික විශ්ලේෂණයේ ප්රතිඵලවලට අනුව සහ SMA වයරය අධික ලෙස රත් වීමේ හැකියාව වළක්වා ගැනීම සඳහා, ක්රියාකරුට 11.2 W බලයක් සපයන ලදී. ආදාන වෝල්ටීයතාවය ලෙස 7V සැපයීම සඳහා වැඩසටහන්ගත කළ හැකි DC බල සැපයුමක් භාවිතා කරන ලද අතර, වයරය හරහා 1.6A ධාරාවක් මනිනු ලැබීය. ධාරාව යොදන විට ධාවකය මඟින් ජනනය කරන ලද බලය සහ SDR හි උෂ්ණත්වය වැඩි වේ. 7V ආදාන වෝල්ටීයතාවයක් සමඟ, පළමු චක්රයේ සමාකරණ ප්රතිඵල සහ අත්හදා බැලීමේ ප්රතිඵල වලින් ලබාගත් උපරිම ප්රතිදාන බලය පිළිවෙලින් 78 N සහ 96 N වේ. දෙවන චක්රයේදී, සමාකරණ සහ අත්හදා බැලීමේ ප්රතිඵලවල උපරිම ප්රතිදාන බලය පිළිවෙලින් 150 N සහ 105 N විය. අවහිරතා බල මිනුම් සහ අත්හදා බැලීමේ දත්ත අතර විෂමතාවය අවහිරතා බලය මැනීමට භාවිතා කරන ක්රමය නිසා විය හැකිය. රූපයේ දැක්වෙන අත්හදා බැලීමේ ප්රතිඵල. 5a අගුලු දැමීමේ බලය මැනීමට අනුරූප වන අතර, එය රූපය 2 හි පෙන්වා ඇති පරිදි ධාවක පතුවළ PACEline CFT/5kN පීසෝ ඉලෙක්ට්රික් බල පරිවර්තකය සමඟ ස්පර්ශ වන විට මනිනු ලැබේ. එබැවින්, රූපය 2d හි පෙන්වා ඇති පරිදි ධාවක පතුවළ සිසිලන කලාපයේ ආරම්භයේ බල සංවේදකය සමඟ සම්බන්ධ නොවන විට, බලය වහාම ශුන්ය වේ. ඊට අමතරව, පසුකාලීන චක්රවල බලය ගොඩනැගීමට බලපාන අනෙකුත් පරාමිතීන් වන්නේ සිසිලන කාලයෙහි අගයන් සහ පෙර චක්රයේ සංවහන තාප හුවමාරුවේ සංගුණකයයි. රූපය 2b සිට, තත්පර 15 ක සිසිලන කාලයකින් පසු, SMA වයරය කාමර උෂ්ණත්වයට ළඟා නොවූ බවත් එම නිසා පළමු චක්රයට (\(25\, ^{\circ}\hbox {C}\)) සාපේක්ෂව දෙවන ධාවක චක්රයේ ඉහළ ආරම්භක උෂ්ණත්වයක් (\(40\,^{\circ }\hbox {C}\)) ඇති බවත් දැකිය හැකිය. මේ අනුව, පළමු චක්රය හා සසඳන විට, දෙවන තාපන චක්රය තුළ SMA වයරයේ උෂ්ණත්වය ආරම්භක ඔස්ටිනයිට් උෂ්ණත්වයට (\(A_s\)) කලින් ළඟා වන අතර සංක්රාන්ති කාලය තුළ දිගු කාලයක් පවතින අතර එමඟින් ආතතිය සහ බලය ඇති වේ. අනෙක් අතට, අත්හදා බැලීම් සහ සමාකරණ වලින් ලබාගත් තාපන සහ සිසිලන චක්ර අතරතුර උෂ්ණත්ව ව්යාප්තිය තාප විද්යාත්මක විශ්ලේෂණයේ උදාහරණවලට ඉහළ ගුණාත්මක සමානකමක් ඇත. අත්හදා බැලීම් සහ සමාකරණ වලින් ලබාගත් SMA වයර් තාප දත්ත සංසන්දනාත්මක විශ්ලේෂණය මඟින් තාපන සහ සිසිලන චක්ර අතරතුර අනුකූලතාව සහ පර්යේෂණාත්මක දත්ත සඳහා පිළිගත හැකි ඉවසීම් තුළ පෙන්නුම් කරන ලදී. පළමු චක්රයේ සමාකරණ සහ අත්හදා බැලීම්වල ප්රතිඵලවලින් ලබාගත් SMA වයරයේ උපරිම උෂ්ණත්වය \(89\,^{\circ }\hbox {C}\) සහ \(75\,^{\circ }\hbox { C }\, පිළිවෙලින් ), සහ දෙවන චක්රයේ SMA වයරයේ උපරිම උෂ්ණත්වය \(94\,^{\circ }\hbox {C}} සහ \(83\,^{\circ }\hbox {C}} වේ. මූලික වශයෙන් සංවර්ධනය කරන ලද ආකෘතිය හැඩයේ මතක ආචරණයේ බලපෑම තහවුරු කරයි. මෙම සමාලෝචනයේදී තෙහෙට්ටුව සහ අධික උනුසුම් වීමේ කාර්යභාරය සලකා බැලුවේ නැත. අනාගතයේදී, SMA වයරයේ ආතති ඉතිහාසය ඇතුළත් කිරීම සඳහා ආකෘතිය වැඩිදියුණු කරනු ලබන අතර, එය ඉංජිනේරු යෙදුම් සඳහා වඩාත් සුදුසු වේ. සිමියුලින්ක් බ්ලොක් එකෙන් ලබාගත් ධාවක ප්රතිදාන බලය සහ SMA උෂ්ණත්ව බිම් කොටස් 7 V ආදාන වෝල්ටීයතා ස්පන්දනයක කොන්දේසිය යටතේ පර්යේෂණාත්මක දත්තවල අවසර ලත් ඉවසීම් තුළ පවතී. මෙය සංවර්ධනය කරන ලද ගණිතමය ආකෘතියේ නිවැරදිභාවය සහ විශ්වසනීයත්වය තහවුරු කරයි.
ගණිතමය ආකෘතිය MathWorks Simulink R2020b පරිසරය තුළ ක්රම අංශයේ විස්තර කර ඇති මූලික සමීකරණ භාවිතා කරමින් සංවර්ධනය කරන ලදී. රූපයේ. 3b හි Simulink ගණිත ආකෘතියේ බ්ලොක් රූප සටහනක් පෙන්වයි. රූපයේ දැක්වෙන පරිදි 7V ආදාන වෝල්ටීයතා ස්පන්දනයක් සඳහා ආකෘතිය අනුකරණය කරන ලදී. 2a, b. සමාකරණයේදී භාවිතා කරන පරාමිතීන්ගේ අගයන් වගුව 1 හි ලැයිස්තුගත කර ඇත. අස්ථිර ක්රියාවලීන් අනුකරණය කිරීමේ ප්රතිඵල රූප 1 සහ 1 හි ඉදිරිපත් කර ඇත. රූප 3a සහ 4. රූපයේ. 4a හි, b SMA වයරයේ ප්රේරිත වෝල්ටීයතාවය සහ කාලයේ ශ්රිතයක් ලෙස ක්රියාකරු විසින් ජනනය කරන ලද බලය පෙන්වයි. ප්රතිලෝම පරිවර්තනය (උණුසුම) අතරතුර, SMA වයර් උෂ්ණත්වය, \(T < A_s^{\prime}\) (ආතති-වෙනස් කරන ලද ඔස්ටිනයිට් අදියර ආරම්භක උෂ්ණත්වය) වන විට, මාර්ටෙන්සයිට් පරිමාව භාගයේ (\(\dot{\xi }\)) වෙනස් වීමේ අනුපාතය ශුන්ය වනු ඇත. ප්රතිලෝම පරිවර්තනය (උණුසුම) අතරතුර, SMA වයර් උෂ්ණත්වය, \(T < A_s^{\prime}\) (ආතති-වෙනස් කරන ලද ඔස්ටිනයිට් අදියර ආරම්භක උෂ්ණත්වය) වන විට, මාර්ටෙන්සයිට් පරිමාව භාගයේ (\(\dot{\ xi }\)) වෙනස් වීමේ අනුපාතය ශුන්ය වනු ඇත. Во время обратного превращения (නගරය), когда температура проволоки SMA, \(T
(අ) SMA මත පදනම් වූ ද්විගුණක ක්රියාකාරකයක උෂ්ණත්ව ව්යාප්තිය සහ ආතතියෙන් ඇතිවන සන්ධි උෂ්ණත්වය පෙන්වන සමාකරණ ප්රතිඵලය. තාපන අවධියේදී වයර් උෂ්ණත්වය ඔස්ටිනයිට් සංක්රාන්ති උෂ්ණත්වය තරණය කරන විට, වෙනස් කරන ලද ඔස්ටිනයිට් සංක්රාන්ති උෂ්ණත්වය වැඩි වීමට පටන් ගන්නා අතර, ඒ හා සමානව, සිසිලන අවධියේදී වයර් දණ්ඩේ උෂ්ණත්වය මාටෙන්සිටික් සංක්රාන්ති උෂ්ණත්වය තරණය කරන විට, මාටෙන්සිටික් සංක්රාන්ති උෂ්ණත්වය අඩු වේ. ක්රියාකාරී ක්රියාවලියේ විශ්ලේෂණාත්මක ආකෘති නිර්මාණය සඳහා SMA. (සිමියුලින්ක් ආකෘතියක එක් එක් උප පද්ධතියේ සවිස්තරාත්මක දසුනක් සඳහා, අතිරේක ගොනුවේ උපග්රන්ථ කොටස බලන්න.)
විවිධ පරාමිති ව්යාප්ති සඳහා විශ්ලේෂණයේ ප්රතිඵල 7V ආදාන වෝල්ටීයතාවයේ චක්ර දෙකක් සඳහා (තත්පර 10 උණුසුම් චක්ර සහ තත්පර 15 සිසිල් කිරීමේ චක්ර) පෙන්වා ඇත. (ac) සහ (e) කාලයත් සමඟ ව්යාප්තිය නිරූපණය කරන අතර, අනෙක් අතට, (d) සහ (f) උෂ්ණත්වය සමඟ ව්යාප්තිය නිරූපණය කරයි. අදාළ ආදාන තත්වයන් සඳහා, උපරිම නිරීක්ෂණය කරන ලද ආතතිය 106 MPa (345 MPa ට අඩු, වයර් අස්වැන්න ශක්තිය), බලය 150 N, උපරිම විස්ථාපනය 270 µm සහ අවම මාර්ටෙන්සයිටික් පරිමාව භාගය 0.91 වේ. අනෙක් අතට, ආතතියේ වෙනස සහ උෂ්ණත්වය සමඟ මාර්ටෙන්සයිට් හි පරිමාව භාගයේ වෙනස හිස්ටෙරසිස් ලක්ෂණ වලට සමාන වේ.
ඔස්ටිනයිට් අවධියේ සිට මාර්ටෙන්සයිට් අවධිය දක්වා සෘජු පරිවර්තනය (සිසිලනය) සඳහා ද එම පැහැදිලි කිරීම අදාළ වේ, එහිදී SMA වයර් උෂ්ණත්වය (T) සහ ආතතියෙන් වෙනස් කරන ලද මාර්ටෙන්සයිට් අවධියේ (\(M_f^{\prime}\)) අවසාන උෂ්ණත්වය විශිෂ්ටයි. රූපය 4d හි, f මඟින් SMA වයර් (T) හි උෂ්ණත්වයේ වෙනසෙහි ශ්රිතයක් ලෙස SMA වයර් (\(\sigma\)) සහ මාර්ටෙන්සයිට් (\(\xi\)) හි පරිමාවේ කොටසෙහි වෙනස පෙන්නුම් කරයි, ධාවක චක්ර දෙකටම. රූපය 3a මඟින් ආදාන වෝල්ටීයතා ස්පන්දනය මත පදනම්ව කාලයත් සමඟ SMA වයර් හි උෂ්ණත්වයේ වෙනස පෙන්වයි. රූපයෙන් දැකිය හැකි පරිදි, ශුන්ය වෝල්ටීයතාවයේ තාප ප්රභවයක් සහ පසුව සංවහන සිසිලනය ලබා දීමෙන් වයර් හි උෂ්ණත්වය අඛණ්ඩව වැඩි වේ. රත් කිරීමේදී, මාර්ටෙන්සයිට් ඔස්ටිනයිට් අවධියට නැවත පරිවර්තනය වීම ආරම්භ වන්නේ SMA වයර් උෂ්ණත්වය (T) ආතතියෙන් නිවැරදි කරන ලද ඔස්ටිනයිට් න්යෂ්ටිකකරණ උෂ්ණත්වය (\(A_s^{\prime}\)) තරණය කරන විටය. මෙම අදියරේදී, SMA වයර් සම්පීඩනය කර ක්රියාකරු බලය ජනනය කරයි. එසේම සිසිලනය අතරතුර, SMA වයර් (T) හි උෂ්ණත්වය ආතතියෙන් වෙනස් කරන ලද මාර්ටෙන්සයිට් අවධියේ (\(M_s^{\prime}\)) න්යෂ්ටිකකරණ උෂ්ණත්වය හරස් කරන විට ඔස්ටිනයිට් අවධියේ සිට මාර්ටෙන්සයිට් අවධියට ධනාත්මක සංක්රාන්තියක් සිදු වේ. ධාවක බලය අඩු වේ.
SMA මත පදනම් වූ ද්විමාන ධාවකයේ ප්රධාන ගුණාත්මක අංශ සමාකරණ ප්රතිඵල වලින් ලබා ගත හැකිය. වෝල්ටීයතා ස්පන්දන ආදානයකදී, ජූල් තාපන ආචරණය හේතුවෙන් SMA වයරයේ උෂ්ණත්වය වැඩි වේ. මාර්ටෙන්සයිට් පරිමාව භාගයේ (\(\xi\)) ආරම්භක අගය 1 ලෙස සකසා ඇත, මන්ද ද්රව්යය මුලින් සම්පූර්ණයෙන්ම මාර්ටෙන්සිටික් අවධියක පවතින බැවිනි. වයරය රත් වන විට, SMA වයරයේ උෂ්ණත්වය ආතතියෙන් නිවැරදි කරන ලද ඔස්ටිනයිට් න්යෂ්ටිකකරණ උෂ්ණත්වය \(A_s^{\prime}\) ඉක්මවා යයි, එහි ප්රතිඵලයක් ලෙස රූපය 4c හි පෙන්වා ඇති පරිදි මාර්ටෙන්සයිට් පරිමාව භාගයේ අඩුවීමක් සිදු වේ. ඊට අමතරව, රූපයේ. 4e හි කාලය තුළ ක්රියාකාරකයේ පහරවල් බෙදා හැරීම සහ රූපයේ. 5 - කාලයේ ශ්රිතයක් ලෙස ගාමක බලය පෙන්වයි. අදාළ සමීකරණ පද්ධතියකට උෂ්ණත්වය, මාර්ටෙන්සයිට් පරිමාව භාගය සහ වයරය තුළ වර්ධනය වන ආතතිය ඇතුළත් වන අතර, එහි ප්රතිඵලයක් ලෙස SMA වයරය හැකිලීම සහ ක්රියාකාරකය මගින් ජනනය කරන ලද බලය ඇති වේ. රූපයේ දැක්වෙන පරිදි. 4d,f හි, උෂ්ණත්වය සමඟ වෝල්ටීයතා විචලනය සහ උෂ්ණත්වය සමඟ මාර්ටෙන්සයිට් පරිමාව භාග විචලනය 7 V හි අනුකරණය කරන ලද අවස්ථාවෙහිදී SMA හි හිස්ටෙරසිස් ලක්ෂණ වලට අනුරූප වේ.
ධාවන පරාමිතීන් සංසන්දනය කිරීම අත්හදා බැලීම් සහ විශ්ලේෂණාත්මක ගණනය කිරීම් හරහා ලබා ගන්නා ලදී. වයර් තත්පර 10 ක් සඳහා 7 V ස්පන්දන ආදාන වෝල්ටීයතාවයකට භාජනය කරන ලද අතර, පසුව චක්ර දෙකක් හරහා තත්පර 15 ක් (සිසිලන අවධිය) සිසිල් කරන ලදී. පින්නේට් කෝණය \(40^{\circ}\) ලෙස සකසා ඇති අතර එක් එක් පින් කකුලේ SMA වයරයේ ආරම්භක දිග 83mm ලෙස සකසා ඇත. (අ) බර සෛලයකින් ගාමක බලය මැනීම (ආ) තාප අධෝරක්ත කැමරාවකින් වයර් උෂ්ණත්වය නිරීක්ෂණය කිරීම.
ධාවකය මඟින් නිපදවන බලයට භෞතික පරාමිතීන්ගේ බලපෑම තේරුම් ගැනීම සඳහා, තෝරාගත් භෞතික පරාමිතීන්ට ගණිතමය ආකෘතියේ සංවේදීතාව විශ්ලේෂණයක් සිදු කරන ලද අතර, පරාමිතීන් ඒවායේ බලපෑම අනුව ශ්රේණිගත කරන ලදී. පළමුව, ඒකාකාර ව්යාප්තියක් අනුගමනය කළ පර්යේෂණාත්මක සැලසුම් මූලධර්ම භාවිතයෙන් ආකෘති පරාමිතීන් නියැදීම සිදු කරන ලදී (සංවේදීතා විශ්ලේෂණය පිළිබඳ අතිරේක අංශය බලන්න). මෙම අවස්ථාවේදී, ආකෘති පරාමිතීන්ට ආදාන වෝල්ටීයතාවය (\(V_{in}\)), ආරම්භක SMA වයර් දිග (\(l_0\)), ත්රිකෝණ කෝණය (\(\alpha\)), පක්ෂග්රාහී වසන්ත නියතය (\( K_x\)), සංවහන තාප හුවමාරු සංගුණකය (\(h_T\)) සහ ඒකාකාර ශාඛා ගණන (n) ඇතුළත් වේ. ඊළඟ පියවරේදී, උච්ච මාංශ පේශි ශක්තිය අධ්යයන සැලසුම් අවශ්යතාවයක් ලෙස තෝරා ගන්නා ලද අතර ශක්තිය මත එක් එක් විචල්ය කට්ටලයේ පරාමිතික බලපෑම් ලබා ගන්නා ලදී. සංවේදීතා විශ්ලේෂණය සඳහා ටෝනාඩෝ බිම් කොටස් රූපය 6a හි පෙන්වා ඇති පරිදි, එක් එක් පරාමිතිය සඳහා සහසම්බන්ධතා සංගුණක වලින් ලබා ගන්නා ලදී.
(අ) ආකෘති පරාමිතීන්ගේ සහසම්බන්ධතා සංගුණක අගයන් සහ ඉහත ආකෘති පරාමිතීන්ගේ අද්විතීය කණ්ඩායම් 2500 ක උපරිම ප්රතිදාන බලය කෙරෙහි ඒවායේ බලපෑම ටෝනාඩෝ ප්රස්ථාරයේ දක්වා ඇත. ප්රස්ථාරය දර්ශක කිහිපයක ශ්රේණිගත සහසම්බන්ධය පෙන්වයි. \(V_{in}\) ධනාත්මක සහසම්බන්ධයක් ඇති එකම පරාමිතිය බවත්, \(l_0\) ඉහළම සෘණ සහසම්බන්ධයක් ඇති පරාමිතිය බවත් පැහැදිලිය. විවිධ සංයෝජනවල විවිධ පරාමිතීන්ගේ උපරිම මාංශ පේශි ශක්තියට ඇති බලපෑම (b, c) හි දක්වා ඇත. \(K_x\) 400 සිට 800 N/m දක්වා පරාසයක පවතින අතර n 4 සිට 24 දක්වා පරාසයක පවතී. වෝල්ටීයතාව (\(V_{in}\)) 4V සිට 10V දක්වා වෙනස් වූ අතර, වයර් දිග (\(l_{0 } \)) 40 සිට 100 mm දක්වා වෙනස් වූ අතර, වලිග කෝණය (\(\alpha \)) \ (20 – 60 \, ^ {\circ }\) සිට වෙනස් විය.
රූපය 6a හි උපරිම ධාවක බල සැලසුම් අවශ්යතා සහිත එක් එක් පරාමිතිය සඳහා විවිධ සහසම්බන්ධතා සංගුණකවල ටෝනාඩෝ සටහනක් පෙන්වයි. රූපය 6a හි වෝල්ටීයතා පරාමිතිය (\(V_{in}\)) උපරිම ප්රතිදාන බලයට සෘජුවම සම්බන්ධ වන බවත්, සංවහන තාප හුවමාරු සංගුණකය (\(h_T\)), දැල්ල කෝණය (\( \alpha\)), විස්ථාපන වසන්ත නියතය ( \(K_x\)) ප්රතිදාන බලය සහ SMA වයරයේ ආරම්භක දිග (\(l_0\)) සමඟ සෘණාත්මකව සහසම්බන්ධ වන බවත්, ඒකාකාර ශාඛා ගණන (n) ප්රබල ප්රතිලෝම සහසම්බන්ධයක් පෙන්නුම් කරයි සෘජු සහසම්බන්ධතාවයේ දී වෝල්ටීයතා සහසම්බන්ධතා සංගුණකයේ (\(V_ {in}\)) ඉහළ අගයක් ඇති අවස්ථාවක දී මෙම පරාමිතිය බල ප්රතිදානයට විශාලතම බලපෑමක් ඇති කරන බව පෙන්නුම් කරයි. තවත් සමාන විශ්ලේෂණයක් රූපය 6b, c හි පෙන්වා ඇති පරිදි, පරිගණක අවකාශයන් දෙකෙහි විවිධ සංයෝජනවල විවිධ පරාමිතීන්ගේ බලපෑම ඇගයීමෙන් උච්ච බලය මනිනු ලැබේ. \(V_{in}\) සහ \(l_0\), \(\alpha\) සහ \(l_0\) සමාන රටා ඇති අතර, ප්රස්ථාරයෙන් පෙන්නුම් කරන්නේ \(V_{in}\) සහ \(\alpha\ ) සහ \(\alpha\) සමාන රටා ඇති බවයි. \(l_0\) හි කුඩා අගයන් ඉහළ උච්ච බලවලට හේතු වේ. අනෙක් රූප සටහන් දෙක රූපය 6a සමඟ අනුකූල වේ, එහිදී n සහ \(K_x\) සෘණ සහසම්බන්ධ වන අතර \(V_{in}\) ධනාත්මක සහසම්බන්ධ වේ. මෙම විශ්ලේෂණය ධාවක පද්ධතියේ ප්රතිදාන බලය, පහර සහ කාර්යක්ෂමතාව අවශ්යතා සහ යෙදුමට අනුවර්තනය කළ හැකි බලපෑම් පරාමිතීන් නිර්වචනය කිරීමට සහ සකස් කිරීමට උපකාරී වේ.
වත්මන් පර්යේෂණ කටයුතු N මට්ටම් සහිත ධූරාවලි ධාවක හඳුන්වා දී විමර්ශනය කරයි. රූපය 7a හි පෙන්වා ඇති පරිදි, ද්වි-මට්ටමේ ධූරාවලියක් තුළ, පළමු මට්ටමේ ක්රියාකාරකයේ එක් එක් SMA වයරය වෙනුවට, රූපය 9e හි පෙන්වා ඇති පරිදි, ද්වි-මාදිලි සැකැස්මක් සාක්ෂාත් කරගනු ලැබේ. රූපය 7c හි SMA වයරය කල්පවත්නා දිශාවට පමණක් චලනය වන චංචල අතක් (සහායක අතක්) වටා ඔතා ඇති ආකාරය පෙන්වයි. කෙසේ වෙතත්, ප්රාථමික චංචල අත 1 වන අදියර බහු-අදියර ක්රියාකාරකයේ චංචල අත මෙන් චලනය වෙමින් පවතී. සාමාන්යයෙන්, N-අදියර ධාවකයක් නිර්මාණය කරනු ලබන්නේ \(N-1\) අදියර SMA වයරය පළමු අදියර ධාවකයක් සමඟ ප්රතිස්ථාපනය කිරීමෙනි. එහි ප්රතිඵලයක් ලෙස, සෑම ශාඛාවක්ම පළමු අදියර ධාවකය අනුකරණය කරයි, වයරයම රඳවා තබා ගන්නා ශාඛාව හැර. මේ ආකාරයෙන්, ප්රාථමික ධාවකවල බලවේගවලට වඩා කිහිප ගුණයකින් වැඩි බලවේග නිර්මාණය කරන කැදැලි ව්යුහයන් සෑදිය හැකිය. මෙම අධ්යයනයේ දී, එක් එක් මට්ටම සඳහා, රූපය 7d හි වගු ආකෘතියෙන් පෙන්වා ඇති පරිදි, මීටර් 1 ක සම්පූර්ණ ඵලදායී SMA වයර් දිගක් සැලකිල්ලට ගන්නා ලදී. එක් එක් ඒකාකාර සැලසුමේ එක් එක් වයර් හරහා ධාරාව සහ එක් එක් SMA වයර් කොටසෙහි ප්රතිඵලයක් ලෙස පූර්ව පීඩනය සහ වෝල්ටීයතාවය එක් එක් මට්ටමින් සමාන වේ. අපගේ විශ්ලේෂණාත්මක ආකෘතියට අනුව, ප්රතිදාන බලය මට්ටම සමඟ ධනාත්මකව සහසම්බන්ධ වන අතර, විස්ථාපනය සෘණාත්මකව සහසම්බන්ධ වේ. ඒ සමඟම, විස්ථාපනය සහ මාංශ පේශි ශක්තිය අතර හුවමාරුවක් සිදු විය. රූපය 7b හි දැකිය හැකි පරිදි, උපරිම බලය විශාලතම ස්ථර ගණන තුළ ලබා ගන්නා අතර, විශාලතම විස්ථාපනය පහළම ස්ථරයේ නිරීක්ෂණය කෙරේ. ධූරාවලි මට්ටම \(N=5\) ලෙස සකසා ඇති විට, නිරීක්ෂණය කරන ලද පහර 2 ක් \(\upmu\)m සමඟ 2.58 kN ක උච්ච මාංශ පේශි බලයක් සොයා ගන්නා ලදී. අනෙක් අතට, පළමු අදියර ධාවකය 277 \(\upmu\)m පහරකදී 150 N බලයක් ජනනය කරයි. බහු මට්ටමේ ක්රියාකාරකවලට සැබෑ ජීව විද්යාත්මක මාංශ පේශි අනුකරණය කිරීමට හැකි වන අතර, එහිදී හැඩ මතක මිශ්ර ලෝහ මත පදනම් වූ කෘතිම මාංශ පේශි නිරවද්ය හා සියුම් චලනයන් සමඟ සැලකිය යුතු ලෙස ඉහළ බලයක් ජනනය කිරීමට සමත් වේ. මෙම කුඩා කළ නිර්මාණයේ සීමාවන් නම්, ධූරාවලිය වැඩි වන විට, චලනය බෙහෙවින් අඩු වන අතර ධාවක නිෂ්පාදන ක්රියාවලියේ සංකීර්ණත්වය වැඩි වීමයි.
(අ) ද්වි-අදියර (\(N=2\)) ස්ථර හැඩැති මතක මිශ්ර ලෝහ රේඛීය ක්රියාකාරක පද්ධතියක් ද්විමාන වින්යාසයකින් දක්වා ඇත. යෝජිත ආකෘතිය සාක්ෂාත් කරගනු ලබන්නේ පළමු අදියර ස්ථර ක්රියාකාරකයේ SMA වයරය තවත් තනි අදියර ස්ථර ක්රියාකාරකයකින් ප්රතිස්ථාපනය කිරීමෙනි. (ඇ) දෙවන අදියර බහු ස්ථර ක්රියාකාරකයේ විකෘති වින්යාසය. (ආ) මට්ටම් ගණන අනුව බල සහ විස්ථාපන බෙදා හැරීම විස්තර කෙරේ. ක්රියාකාරකයේ උච්ච බලය ප්රස්ථාරයේ පරිමාණ මට්ටම සමඟ ධනාත්මකව සහසම්බන්ධ වී ඇති අතර, පහර පරිමාණ මට්ටම සමඟ සෘණාත්මකව සහසම්බන්ධ වී ඇති බව සොයාගෙන ඇත. සෑම වයරයකම ධාරාව සහ පූර්ව වෝල්ටීයතාවය සියලු මට්ටම්වල නියතව පවතී. (ඈ) වගුවේ ටැප් ගණන සහ එක් එක් මට්ටමේ SMA වයරයේ (තන්තු) දිග පෙන්වයි. වයර්වල ලක්ෂණ දර්ශකය 1 මගින් දක්වනු ලබන අතර, ද්විතියික ශාඛා ගණන (ප්රාථමික කකුලට සම්බන්ධ එකක්) උපසිරැසියේ විශාලතම සංඛ්යාවෙන් දැක්වේ. උදාහරණයක් ලෙස, 5 වන මට්ටමේ දී, \(n_1\) යනු එක් එක් ද්විමාන ව්යුහයේ ඇති SMA වයර් ගණන වන අතර, \(n_5\) යනු සහායක කකුල් ගණන (ප්රධාන කකුලට සම්බන්ධ එකක්) වේ.
බොහෝ පර්යේෂකයන් විසින් SMA වල හැසිරීම් ආකෘතිකරණය කිරීම සඳහා විවිධ ක්රම යෝජනා කර ඇති අතර, එය අදියර සංක්රාන්තිය හා සම්බන්ධ ස්ඵටික ව්යුහයේ සාර්ව දර්ශනීය වෙනස්කම් සමඟ තාප යාන්ත්රික ගුණාංග මත රඳා පවතී. ව්යුහාත්මක ක්රම සකස් කිරීම සහජයෙන්ම සංකීර්ණ වේ. බහුලව භාවිතා වන සංසිද්ධි විද්යාත්මක ආකෘතිය Tanaka28 විසින් යෝජනා කරන ලද අතර එය ඉංජිනේරු යෙදුම්වල බහුලව භාවිතා වේ. Tanaka [28] විසින් යෝජනා කරන ලද සංසිද්ධි විද්යාත්මක ආකෘතිය මාර්ටෙන්සයිට් හි පරිමාවේ කොටස උෂ්ණත්වයේ සහ ආතතියේ ඝාතීය ශ්රිතයක් බව උපකල්පනය කරයි. පසුව, ලියැං සහ රොජර්ස්29 සහ බ්රින්සන්30 විසින් අදියර සංක්රාන්ති ගතිකය වෝල්ටීයතාවයේ සහ උෂ්ණත්වයේ කෝසයින් ශ්රිතයක් ලෙස උපකල්පනය කරන ලද ආකෘතියක් යෝජනා කරන ලද අතර, ආකෘතියට සුළු වෙනස්කම් ඇත. බෙකර් සහ බ්රින්සන් විසින් අත්තනෝමතික පැටවීමේ තත්වයන් මෙන්ම අර්ධ සංක්රාන්ති යටතේ SMA ද්රව්යවල හැසිරීම ආකෘතිකරණය කිරීම සඳහා අදියර රූප සටහන පදනම් කරගත් චාලක ආකෘතියක් යෝජනා කරන ලදී. බැනර්ජි32 එලාහිනියා සහ අහමඩියන්33 විසින් සංවර්ධනය කරන ලද තනි මට්ටමේ නිදහසේ හැසිරවීමක් අනුකරණය කිරීම සඳහා බෙකර් සහ බ්රින්සන්31 අදියර රූප සටහන් ගතික ක්රමය භාවිතා කරයි. උෂ්ණත්වය සමඟ වෝල්ටීයතාවයේ ඒකාකාර නොවන වෙනස සැලකිල්ලට ගන්නා අදියර රූප සටහන් මත පදනම් වූ චාලක ක්රම, ඉංජිනේරු යෙදුම්වල ක්රියාත්මක කිරීම දුෂ්කර ය. එලඛිනියා සහ අහමඩියන් පවතින සංසිද්ධි ආකෘතිවල මෙම අඩුපාඩු කෙරෙහි අවධානය යොමු කරන අතර ඕනෑම සංකීර්ණ පැටවීමේ තත්වයන් යටතේ හැඩයේ මතක හැසිරීම විශ්ලේෂණය කර නිර්වචනය කිරීම සඳහා විස්තීර්ණ සංසිද්ධි ආකෘතියක් යෝජනා කරති.
SMA වයරයේ ව්යුහාත්මක ආකෘතිය SMA වයරයේ ආතතිය (\(\sigma\)), වික්රියාව (\(\epsilon\)), උෂ්ණත්වය (T) සහ මාර්ටෙන්සයිට් පරිමාව භාගය (\(\xi\)) ලබා දෙයි. සංසිද්ධි විද්යාත්මක ව්යුහාත්මක ආකෘතිය මුලින්ම ටනාකා28 විසින් යෝජනා කරන ලද අතර පසුව ලියැං29 සහ බ්රින්සන්30 විසින් සම්මත කරන ලදී. සමීකරණයේ ව්යුත්පන්නයට ස්වරූපය ඇත:
මෙහි E යනු \(\displaystyle E=\xi E_M + (1-\xi )E_A\) සහ \(E_A\) සහ \(E_M\) භාවිතයෙන් ලබාගත් Young හි මාපාංකය වන අතර, Young හි මාපාංකය නියෝජනය කරන \(E_A\) සහ \(E_M\) පිළිවෙලින් ඔස්ටෙනිටික් සහ මාටෙන්සිටික් අවධීන් වන අතර, තාප ප්රසාරණ සංගුණකය \(\theta _T\) මගින් නිරූපණය කෙරේ. අදියර සංක්රාන්ති දායක සාධකය \(\Omega = -E \epsilon _L\) වන අතර \(\epsilon _L\) යනු SMA වයරයේ උපරිම ප්රතිසාධනය කළ හැකි වික්රියාවයි.
අදියර ගතික සමීකරණය, ටනාකා28 විසින් යෝජනා කරන ලද ඝාතීය ශ්රිතය වෙනුවට ලියැං29 විසින් සංවර්ධනය කරන ලද සහ පසුව බ්රින්සන්30 විසින් සම්මත කරන ලද කෝසයින් ශ්රිතය සමඟ සමපාත වේ. අදියර සංක්රාන්ති ආකෘතිය යනු එලඛිනියා සහ අහමඩියන්34 විසින් යෝජනා කරන ලද ආකෘතියේ දිගුවක් වන අතර ලියැං29 සහ බ්රින්සන්30 විසින් ලබා දෙන ලද අදියර සංක්රාන්ති තත්වයන් මත පදනම්ව වෙනස් කරන ලදී. මෙම අදියර සංක්රාන්ති ආකෘතිය සඳහා භාවිතා කරන කොන්දේසි සංකීර්ණ තාප යාන්ත්රික බර යටතේ වලංගු වේ. සෑම මොහොතකම, ව්යුහාත්මක සමීකරණය ආකෘතිකරණය කිරීමේදී මාර්ටෙන්සයිට් පරිමාවේ භාගයේ අගය ගණනය කෙරේ.
උනුසුම් තත්ත්වයන් යටතේ මාර්ටෙන්සයිට් ඔස්ටිනයිට් බවට පරිවර්තනය වීමෙන් ප්රකාශිත පාලන ප්රතිවර්තන සමීකරණය පහත පරිදි වේ:
මෙහි \(\xi\) යනු මාර්ටෙන්සයිට් හි පරිමා භාගය වන අතර, \(\xi _M\) යනු රත් කිරීමට පෙර ලබාගත් මාර්ටෙන්සයිට් හි පරිමා භාගය වන අතර, \(\displaystyle a_A = \pi /(A_f – A_s)\), \ ( \displaystyle b_A = -a_A/C_A\) සහ \(C_A\) – වක්ර ආසන්න පරාමිතීන්, T – SMA වයර් උෂ්ණත්වය, \(A_s\) සහ \(A_f\) – ඔස්ටිනයිට් අවධියේ ආරම්භය සහ අවසානය, පිළිවෙලින්, උෂ්ණත්වය.
සිසිලන තත්ත්ව යටතේ ඔස්ටිනයිට් මාර්ටෙන්සයිට් බවට අදියර පරිවර්තනය මගින් නිරූපණය වන සෘජු පරිවර්තන පාලන සමීකරණය:
මෙහි \(\xi _A\) යනු සිසිලනයට පෙර ලබාගත් මාර්ටෙන්සයිට් හි පරිමා භාගය වන අතර, \(\displaystyle a_M = \pi /(M_s – M_f)\), \(\displaystyle b_M = -a_M/C_M\) සහ \ ( C_M \) – වක්ර සවි කිරීමේ පරාමිතීන්, T – SMA වයර් උෂ්ණත්වය, \(M_s\) සහ \(M_f\) – ආරම්භක සහ අවසාන මාර්ටෙන්සයිට් උෂ්ණත්වයන් පිළිවෙලින් වේ.
සමීකරණ (3) සහ (4) අවකලනය කළ පසු, ප්රතිලෝම සහ සෘජු පරිවර්තන සමීකරණ පහත දැක්වෙන ආකාරය දක්වා සරල කරනු ලැබේ:
ඉදිරි සහ පසුගාමී පරිවර්තනයේදී \(\eta _{\sigma}\) සහ \(\eta _{T}\) වෙනස් අගයන් ගනී. \(\eta _{\sigma}\) සහ \(\eta _{T}\) හා සම්බන්ධ මූලික සමීකරණ ව්යුත්පන්න කර අතිරේක කොටසකින් විස්තරාත්මකව සාකච්ඡා කර ඇත.
SMA වයරයේ උෂ්ණත්වය ඉහළ නැංවීමට අවශ්ය තාප ශක්තිය ලැබෙන්නේ ජූල් තාපන ආචරණයෙනි. SMA වයරය මගින් අවශෝෂණය කරන ලද හෝ මුදා හරින ලද තාප ශක්තිය පරිවර්තනයේ ගුප්ත තාපය මගින් නිරූපණය කෙරේ. SMA වයරයේ තාප අලාභය බලහත්කාර සංවහනය නිසා සිදුවන අතර, විකිරණවල නොසැලකිය හැකි බලපෑම සැලකිල්ලට ගෙන, තාප ශක්ති සමතුලිත සමීකරණය පහත පරිදි වේ:
\(m_{wire}\) යනු SMA වයරයේ මුළු ස්කන්ධය වන අතර, \(c_{p}\) යනු SMA හි නිශ්චිත තාප ධාරිතාව වන අතර, \(V_{in}\) යනු වයරයට යොදන වෝල්ටීයතාවය වන අතර, \(R_{ohm} \ ) – අදියර-ආශ්රිත ප්රතිරෝධය SMA, ලෙස අර්ථ දක්වා ඇත; \(R_{ohm} = (l/A_{cross})[\xi r_M + (1-\xi )r_A]\ ) මෙහි \(r_M\ ) සහ \(r_A\) යනු මාර්ටෙන්සයිට් සහ ඔස්ටිනයිට් වල SMA අදියර ප්රතිරෝධකතාව වන අතර, \(A_{c}\) යනු SMA වයරයේ මතුපිට ප්රදේශය වන අතර, \(\Delta H \) යනු හැඩයේ මතක මිශ්ර ලෝහයකි. වයරයේ සංක්රාන්ති තාපය, T සහ \(T_{\infty}\) යනු පිළිවෙලින් SMA වයරයේ සහ පරිසරයේ උෂ්ණත්වයන් වේ.
හැඩ මතක මිශ්ර ලෝහ වයරයක් ක්රියාත්මක කළ විට, වයරය සම්පීඩනය වී, ද්විමාන නිර්මාණයේ සෑම ශාඛාවකම තන්තු බලය ලෙස හැඳින්වෙන බලයක් නිර්මාණය කරයි. SMA වයරයේ එක් එක් නූල්වල ඇති තන්තු වල බලයන් එක්ව ක්රියාත්මක වීමට මාංශ පේශි බලය නිර්මාණය කරයි, රූපය 9e හි පෙන්වා ඇති පරිදි. නැඹුරු වසන්තයක් පැවතීම හේතුවෙන්, Nth බහු ස්ථර ක්රියාකාරකයේ මුළු මාංශ පේශි බලය:
(7) සමීකරණයට \(N = 1\) ආදේශ කිරීමෙන්, පළමු අදියර ද්විමාන ධාවක මූලාකෘතියේ මාංශ පේශි ශක්තිය පහත පරිදි ලබා ගත හැකිය:
මෙහි n යනු ඒකාකාර කකුල් ගණන වන අතර, \(F_m\) යනු ධාවකය මගින් ජනනය වන මාංශ පේශි බලය වේ, \(F_f\) යනු SMA වයරයේ තන්තු ශක්තියයි, \(K_x\) යනු නැඹුරු දෘඪතාවයි. ස්ප්රින්ග්, \(\ඇල්ෆා\) යනු ත්රිකෝණයේ කෝණයයි, \(x_0\) යනු SMA කේබලය පූර්ව ආතති ස්ථානයේ තබා ගැනීම සඳහා නැඹුරු වසන්තයේ ආරම්භක ඕෆ්සෙට් එක වන අතර \(\ඩෙල්ටා x\) යනු ක්රියාකාරක ගමන් වේ.
N වන අදියරෙහි SMA වයරයේ වෝල්ටීයතාවය (\(\sigma\)) සහ වික්රියාව (\(\epsilon\)) මත පදනම්ව ධාවකයේ (\(\Delta x\)) මුළු විස්ථාපනය හෝ චලනය, ධාවකය සකසා ඇත (රූපය බලන්න. ප්රතිදානයේ අමතර කොටස):
චාලක සමීකරණ මඟින් ධාවක විරූපණය (\(\epsilon\)) සහ විස්ථාපනය හෝ විස්ථාපනය (\(\Delta x\)) අතර සම්බන්ධතාවය ලබා දෙයි. ආරම්භක Arb වයර් දිග (\(l_0\)) සහ වයර් දිග (l) හි ශ්රිතයක් ලෙස එක් ඒකමාදිලි ශාඛාවක ඕනෑම වේලාවක t හි Arb වයර් දිගෙහි විරූපණය පහත පරිදි වේ:
මෙහි \(l = \sqrt{l_0^2 +(\Delta x_1)^2 – 2 l_0 (\Delta x_1) \cos \alpha _1}\) රූපය 8 හි දැක්වෙන පරිදි \(\Delta\)ABB ' හි කෝසයින් සූත්රය යෙදීමෙන් ලබා ගනී. පළමු අදියර ධාවකය සඳහා (\(N = 1\)), \(\Delta x_1\) \(\Delta x\) වන අතර \(\alpha _1\) \(\alpha \) වේ. රූපය 8 හි දැක්වෙන පරිදි, සමීකරණය (11) න් කාලය වෙනස් කර l හි අගය ආදේශ කිරීමෙන්, වික්රියා අනුපාතය මෙසේ ලිවිය හැකිය:
මෙහි \(l_0\) යනු SMA වයරයේ ආරම්භක දිග වන අතර, l යනු එක් ඒකමාදිලි ශාඛාවක ඕනෑම වේලාවක t හි වයරයේ දිග වන අතර, \(\epsilon\) යනු SMA වයරයේ වර්ධනය වූ විරූපණය වන අතර, \(\alpha \) යනු ත්රිකෝණයේ කෝණය වන අතර, \(\Delta x\) යනු ධාවක ඕෆ්සෙට් වේ (රූපය 8 හි පෙන්වා ඇති පරිදි).
මෙම රූපයේ සියලුම n තනි-උච්ච ව්යුහයන් (\(n=6\)) ආදාන වෝල්ටීයතාවය ලෙස \(V_{in}\) සමඟ ශ්රේණිගතව සම්බන්ධ කර ඇත. අදියර I: ශුන්ය වෝල්ටීයතා තත්වයන් යටතේ ද්විමාන වින්යාසයක SMA වයරයේ ක්රමානුරූප රූප සටහන II අදියර: රතු රේඛාවෙන් දැක්වෙන පරිදි, ප්රතිලෝම පරිවර්තනය හේතුවෙන් SMA වයරය සම්පීඩිත වන පාලිත ව්යුහයක් පෙන්වනු ලැබේ.
සංකල්පයේ සාක්ෂියක් ලෙස, පර්යේෂණාත්මක ප්රතිඵල සමඟ යටින් පවතින සමීකරණවල අනුකරණය කරන ලද ව්යුත්පන්නය පරීක්ෂා කිරීම සඳහා SMA-පාදක ද්විමාන ධාවකයක් සංවර්ධනය කරන ලදී. ද්විමාන රේඛීය ක්රියාකාරකයේ CAD ආකෘතිය රූපය 9a හි දක්වා ඇත. අනෙක් අතට, රූපය 9c හි ද්විමාන ව්යුහයක් සහිත ද්වි-තල SMA-පාදක ක්රියාකාරකයක් භාවිතා කරමින් භ්රමණ ප්රිස්මැටික් සම්බන්ධතාවයක් සඳහා යෝජනා කරන ලද නව සැලසුමක් පෙන්වයි. ධාවක සංරචක Ultimaker 3 විස්තීර්ණ 3D මුද්රණ යන්ත්රයක ආකලන නිෂ්පාදනය භාවිතයෙන් නිෂ්පාදනය කරන ලදී. සංරචක 3D මුද්රණය සඳහා භාවිතා කරන ද්රව්යය පොලිකාබනේට් වන අතර එය ශක්තිමත්, කල් පවතින සහ ඉහළ වීදුරු සංක්රාන්ති උෂ්ණත්වයක් (110-113 \(^{\circ }\) C) ඇති බැවින් තාප ප්රතිරෝධී ද්රව්ය සඳහා සුදුසු වේ. ඊට අමතරව, Dynalloy, Inc. Flexinol හැඩයේ මතක මිශ්ර ලෝහ වයරය අත්හදා බැලීම් වලදී භාවිතා කරන ලද අතර, Flexinol වයරයට අනුරූප වන ද්රව්ය ගුණාංග සමාකරණ වලදී භාවිතා කරන ලදී. රූපය 9b, d හි දැක්වෙන පරිදි, බහු ස්ථර ක්රියාකාරක මගින් නිපදවන ඉහළ බල ලබා ගැනීම සඳහා බහු SMA වයර්, මාංශ පේශිවල ද්විමාන සැකැස්මක ඇති තන්තු ලෙස සකසා ඇත.
රූපය 9a හි දැක්වෙන පරිදි, චංචල අත SMA වයරය මගින් සාදන ලද තියුණු කෝණය කෝණය (\(\alpha\) ලෙස හැඳින්වේ. වම් සහ දකුණු කලම්ප වලට සවි කර ඇති පර්යන්ත කලම්ප සමඟ, SMA වයරය අපේක්ෂිත ද්විමාන කෝණයෙන් රඳවා තබා ගනී. වසන්ත සම්බන්ධකයේ තබා ඇති නැඹුරු වසන්ත උපාංගය SMA තන්තු ගණන (n) අනුව විවිධ නැඹුරු වසන්ත දිගු කණ්ඩායම් සකස් කිරීම සඳහා නිර්මාණය කර ඇත. ඊට අමතරව, චලනය වන කොටස්වල පිහිටීම නිර්මාණය කර ඇත්තේ SMA වයරය බලහත්කාරයෙන් සංවහන සිසිලනය සඳහා බාහිර පරිසරයට නිරාවරණය වන පරිදි ය. වෙන් කළ හැකි එකලස් කිරීමේ ඉහළ සහ පහළ තහඩු බර අඩු කිරීම සඳහා නිර්මාණය කර ඇති නිස්සාරණය කරන ලද කටවුට් සමඟ SMA වයරය සිසිල්ව තබා ගැනීමට උපකාරී වේ. ඊට අමතරව, CMA වයරයේ කෙළවර දෙකම පිළිවෙලින් වම් සහ දකුණු පර්යන්තවලට තද රතු පාටක් මගින් සවි කර ඇත. ඉහළ සහ පහළ තහඩු අතර නිෂ්කාශනය පවත්වා ගැනීම සඳහා චංචල එකලස් කිරීමේ එක් කෙළවරකට ප්ලංගරයක් සවි කර ඇත. SMA වයරය ක්රියාත්මක වන විට අවහිර කිරීමේ බලය මැනීම සඳහා ස්පර්ශයක් හරහා සංවේදකයට අවහිර කිරීමේ බලයක් යෙදීමට ද ප්ලංගරය භාවිතා කරයි.
ද්විමාන මාංශ පේශි ව්යුහය SMA විද්යුත් වශයෙන් ශ්රේණිගතව සම්බන්ධ කර ආදාන ස්පන්දන වෝල්ටීයතාවයකින් බල ගැන්වේ. වෝල්ටීයතා ස්පන්දන චක්රය අතරතුර, වෝල්ටීයතාවය යොදන විට සහ SMA වයරය ඔස්ටිනයිට් වල ආරම්භක උෂ්ණත්වයට වඩා රත් කරන විට, එක් එක් නූල් වල වයරයේ දිග කෙටි වේ. මෙම ආපසු ගැනීම චංචල බාහු උප එකලස් කිරීම සක්රීය කරයි. එම චක්රයේම වෝල්ටීයතාවය ශුන්ය කළ විට, රත් වූ SMA වයරය මාර්ටෙන්සයිට් මතුපිට උෂ්ණත්වයට වඩා පහළින් සිසිල් කරන ලද අතර එමඟින් එහි මුල් ස්ථානයට නැවත පැමිණේ. ශුන්ය ආතති තත්වයන් යටතේ, SMA වයරය මුලින්ම පක්ෂග්රාහී වසන්තයක් මගින් නිෂ්ක්රීයව දිගු කර ඩෙට්වින් කරන ලද මාර්ටෙන්සිටික් තත්වයට ළඟා වේ. SMA වයරය ගමන් කරන ඉස්කුරුප්පු ඇණ, SMA වයරයට වෝල්ටීයතා ස්පන්දනයක් යෙදීමෙන් නිර්මාණය කරන ලද සම්පීඩනය හේතුවෙන් චලනය වේ (SPA ඔස්ටිනයිට් අවධියට ළඟා වේ), එය චංචල ලීවරයේ ක්රියාකාරීත්වයට මග පාදයි. SMA වයරය ආපසු ලබා ගත් විට, පක්ෂග්රාහී වසන්තය වසන්තය තවදුරටත් දිගු කිරීමෙන් ප්රතිවිරුද්ධ බලයක් නිර්මාණය කරයි. ආවේග වෝල්ටීයතාවයේ ආතතිය ශුන්ය වූ විට, බලහත්කාරයෙන් සංවහන සිසිලනය හේතුවෙන් SMA වයරය දිගු වී එහි හැඩය වෙනස් කර ද්විත්ව මාටෙන්සිටික් අවධියකට ළඟා වේ.
යෝජිත SMA-පාදක රේඛීය ක්රියාකාරක පද්ධතියට SMA වයර් කෝණික කර ඇති ද්විමාන වින්යාසයක් ඇත. (a) මූලාකෘතියේ CAD ආකෘතියක් නිරූපණය කරයි, එය මූලාකෘතිය සඳහා සමහර සංරචක සහ ඒවායේ අර්ථයන් සඳහන් කරයි, (b, d) සංවර්ධනය කරන ලද පර්යේෂණාත්මක මූලාකෘතිය නියෝජනය කරයි35. (b) විදුලි සම්බන්ධතා සහ නැඹුරු උල්පත් සහ වික්රියා මාපක භාවිතා කරන ලද මූලාකෘතියේ ඉහළ දර්ශනයක් පෙන්වන අතර, (d) සැකසුම පිළිබඳ ඉදිරිදර්ශන දර්ශනයක් පෙන්වයි. (e) ඕනෑම වේලාවක t හි ද්විමාන ලෙස තබා ඇති SMA වයර් සහිත රේඛීය ක්රියාකාරී පද්ධතියක රූප සටහන, තන්තු සහ මාංශ පේශි ශක්තියේ දිශාව සහ ගමන් මග පෙන්වයි. (c) ද්වි-තල SMA-පාදක ක්රියාකාරකයක් යෙදවීම සඳහා 2-DOF භ්රමණ ප්රිස්මැටික් සම්බන්ධතාවයක් යෝජනා කර ඇත. පෙන්වා ඇති පරිදි, සබැඳිය පහළ ධාවකයේ සිට ඉහළ අත දක්වා රේඛීය චලිතය සම්ප්රේෂණය කරයි, භ්රමණ සම්බන්ධතාවයක් නිර්මාණය කරයි. අනෙක් අතට, ප්රිස්ම යුගලයේ චලනය බහු ස්ථර පළමු අදියර ධාවකයේ චලනයට සමාන වේ.
SMA මත පදනම් වූ ද්විමාන ධාවකයක ක්රියාකාරිත්වය ඇගයීම සඳහා රූපය 9b හි දැක්වෙන මූලාකෘතිය මත පර්යේෂණාත්මක අධ්යයනයක් සිදු කරන ලදී. රූපය 10a හි පෙන්වා ඇති පරිදි, පර්යේෂණාත්මක සැකසුම SMA වයර් වලට ආදාන වෝල්ටීයතාවය සැපයීම සඳහා වැඩසටහන්ගත කළ හැකි DC බල සැපයුමකින් සමන්විත විය. රූපය 10b හි පෙන්වා ඇති පරිදි, Graphtec GL-2000 දත්ත ලොගරයක් භාවිතයෙන් අවහිර කිරීමේ බලය මැනීම සඳහා piezoelectric strain මානකයක් (PACEline CFT/5kN) භාවිතා කරන ලදී. වැඩිදුර අධ්යයනය සඳහා ධාරකය විසින් දත්ත සටහන් කරනු ලැබේ. වික්රියා මාන සහ ආරෝපණ ඇම්ප්ලිෆයර් සඳහා වෝල්ටීයතා සංඥාවක් නිපදවීමට නියත බල සැපයුමක් අවශ්ය වේ. වගුව 2 හි විස්තර කර ඇති පරිදි piezoelectric බල සංවේදකයේ සහ අනෙකුත් පරාමිතීන්ගේ සංවේදීතාව අනුව අනුරූප සංඥා බල ප්රතිදාන බවට පරිවර්තනය වේ. වෝල්ටීයතා ස්පන්දනයක් යොදන විට, SMA වයරයේ උෂ්ණත්වය වැඩි වන අතර, SMA වයරය සම්පීඩනය වීමට හේතු වන අතර, එමඟින් ක්රියාකරු බලය ජනනය කිරීමට හේතු වේ. 7 V ආදාන වෝල්ටීයතා ස්පන්දනයක් මගින් මාංශ පේශි ශක්තිය ප්රතිදානය කිරීමේ අත්හදා බැලීමේ ප්රතිඵල රූපය 2a හි දක්වා ඇත.
(අ) ක්රියාකරු මඟින් ජනනය වන බලය මැනීම සඳහා අත්හදා බැලීමේදී SMA මත පදනම් වූ රේඛීය ක්රියාකරු පද්ධතියක් ස්ථාපිත කරන ලදී. බර සෛලය අවහිර කිරීමේ බලය මනිනු ලබන අතර එය 24 V DC බල සැපයුමකින් බල ගැන්වේ. GW Instek වැඩසටහන්ගත කළ හැකි DC බල සැපයුමක් භාවිතා කරමින් කේබලයේ මුළු දිග දිගේ 7 V වෝල්ටීයතා පහත වැටීමක් යොදන ලදී. තාපය හේතුවෙන් SMA වයරය හැකිලෙන අතර, චංචල අත බර සෛලය හා සම්බන්ධ වී අවහිර කිරීමේ බලයක් යොදයි. බර සෛලය GL-2000 දත්ත ලොගරයට සම්බන්ධ කර ඇති අතර දත්ත තවදුරටත් සැකසීම සඳහා ධාරකයේ ගබඩා කර ඇත. (ආ) මාංශ පේශි ශක්තිය මැනීම සඳහා පර්යේෂණාත්මක සැකසුමේ සංරචක දාමය පෙන්වන රූප සටහන.
හැඩයේ මතක මිශ්ර ලෝහ තාප ශක්තියෙන් උද්දීපනය වන බැවින්, හැඩයේ මතක සංසිද්ධිය අධ්යයනය කිරීම සඳහා උෂ්ණත්වය වැදගත් පරාමිතියක් බවට පත්වේ. අත්හදා බැලීමේදී, රූපය 11a හි පෙන්වා ඇති පරිදි, මූලාකෘති SMA-පාදක ද්විගුණක ක්රියාකාරකයක් මත තාප රූපකරණය සහ උෂ්ණත්ව මිනුම් සිදු කරන ලදී. රූප සටහන 11b හි පෙන්වා ඇති පරිදි, වැඩසටහන්ගත කළ හැකි DC ප්රභවයක් පර්යේෂණාත්මක සැකසුමේදී SMA වයර් වලට ආදාන වෝල්ටීයතාවය යොදන ලදී. ඉහළ විභේදන LWIR කැමරාවක් (FLIR A655sc) භාවිතයෙන් SMA වයර් වල උෂ්ණත්ව වෙනස තත්ය කාලීනව මනිනු ලැබීය. තවදුරටත් පසු සැකසුම් සඳහා දත්ත වාර්තා කිරීමට ධාරකය ResearchIR මෘදුකාංගය භාවිතා කරයි. වෝල්ටීයතා ස්පන්දනයක් යොදන විට, SMA වයර් වල උෂ්ණත්වය වැඩි වන අතර එමඟින් SMA වයර් හැකිලීමට හේතු වේ. රූපයේ. රූපය 2b 7V ආදාන වෝල්ටීයතා ස්පන්දනයක් සඳහා කාලයට සාපේක්ෂව SMA වයර් උෂ්ණත්වයේ අත්හදා බැලීමේ ප්රතිඵල පෙන්වයි.
පළ කිරීමේ කාලය: සැප්-28-2022
