Faleminderit që vizituat Nature.com.Versioni i shfletuesit që po përdorni ka mbështetje të kufizuar për CSS.Për përvojën më të mirë, ju rekomandojmë të përdorni një shfletues të përditësuar (ose çaktivizoni modalitetin e përputhshmërisë në Internet Explorer).Ndërkohë, për të siguruar mbështetje të vazhdueshme, ne do ta bëjmë faqen pa stile dhe JavaScript.
Aktivizuesit përdoren kudo dhe krijojnë lëvizje të kontrolluar duke aplikuar forcën e saktë të ngacmimit ose çift rrotullues për të kryer operacione të ndryshme në prodhim dhe automatizimin industrial.Nevoja për disqe më të shpejta, më të vogla dhe më efikase po nxit inovacionin në dizajnimin e disqeve.Disqet Shape Memory Alloy (SMA) ofrojnë një sërë përparësish mbi disqet konvencionale, duke përfshirë një raport të lartë fuqie-peshe.Në këtë disertacion, u zhvillua një aktivizues me dy pendë i bazuar në SMA që kombinon avantazhet e muskujve pendë të sistemeve biologjike dhe vetitë unike të SMA-ve.Ky studim eksploron dhe zgjeron aktivizuesit e mëparshëm SMA duke zhvilluar një model matematikor të aktivizuesit të ri bazuar në rregullimin bimodal të telit SMA dhe duke e testuar atë në mënyrë eksperimentale.Krahasuar me disqet e njohura të bazuara në SMA, forca e aktivizimit të njësisë së re është të paktën 5 herë më e lartë (deri në 150 N).Humbja përkatëse e peshës është rreth 67%.Rezultatet e analizës së ndjeshmërisë së modeleve matematikore janë të dobishme për akordimin e parametrave të projektimit dhe për të kuptuar parametrat kryesorë.Ky studim paraqet më tej një makinë me shumë nivele të fazës së N-të që mund të përdoret për të përmirësuar më tej dinamikën.Aktivizuesit e muskujve dipvalerate me bazë SMA kanë një gamë të gjerë aplikimesh, nga automatizimi i ndërtimit deri te sistemet precize të shpërndarjes së barnave.
Sistemet biologjike, të tilla si strukturat muskulare të gjitarëve, mund të aktivizojnë shumë aktivizues delikate1.Gjitarët kanë struktura të ndryshme muskulore, secila i shërben një qëllimi të caktuar.Megjithatë, pjesa më e madhe e strukturës së indit të muskujve të gjitarëve mund të ndahet në dy kategori të gjera.Paralele dhe pennate.Në kërdhokullat dhe përkulësit e tjerë, siç sugjeron emri, muskulatura paralele ka fibra muskulore paralele me tendinin qendror.Zinxhiri i fibrave të muskujve është i rreshtuar dhe i lidhur funksionalisht nga indi lidhor rreth tyre.Edhe pse thuhet se këta muskuj kanë një ekskursion të madh (shkurtim në përqindje), forca e tyre e përgjithshme e muskujve është shumë e kufizuar.Në të kundërt, në muskulin e viçit triceps2 (gastrocnemius anësor (GL)3, gastrocnemius medial (GM)4 dhe soleus (SOL)) dhe femoris zgjatues (kadriceps) 5,6 indi muskulor pennate gjendet në çdo muskul7.Në një strukturë pinnate, fibrat muskulore në muskulaturën bipennate janë të pranishme në të dy anët e tendinit qendror në kënde të zhdrejtë (kënde me këmbë).Pennate vjen nga fjala latine "penna", që do të thotë "stilolaps" dhe, siç tregohet në fig.1 ka një pamje si pupla.Fijet e muskujve pennate janë më të shkurtra dhe të kënduara me boshtin gjatësor të muskujve.Për shkak të strukturës me këmbë, lëvizshmëria e përgjithshme e këtyre muskujve zvogëlohet, gjë që çon në komponentët tërthor dhe gjatësor të procesit të shkurtimit.Nga ana tjetër, aktivizimi i këtyre muskujve çon në forcë më të lartë të përgjithshme të muskujve për shkak të mënyrës se si matet zona fiziologjike e seksionit kryq.Prandaj, për një zonë të caktuar të prerjes tërthore, muskujt pennate do të jenë më të fortë dhe do të gjenerojnë forca më të larta se muskujt me fibra paralele.Forcat e krijuara nga fibrat individuale gjenerojnë forca muskulore në një nivel makroskopik në atë ind muskulor.Përveç kësaj, ajo ka veti të tilla unike si tkurrja e shpejtë, mbrojtja nga dëmtimet në tërheqje, amortizimi.Ai transformon marrëdhënien midis hyrjes së fibrave dhe fuqisë së muskujve në dalje duke shfrytëzuar veçoritë unike dhe kompleksitetin gjeometrik të rregullimit të fibrave të lidhura me linjat e veprimit të muskujve.
Tregohen diagramet skematike të modeleve ekzistuese të aktuatorëve të bazuar në SMA në lidhje me një arkitekturë muskulore bimodale, për shembull (a), që përfaqëson ndërveprimin e forcës prekëse në të cilën një pajisje në formë dore e aktivizuar nga telat SMA është montuar në një robot të lëvizshëm autonom me dy rrota9,10., (b) Proteza orbitale robotike me protezë orbitale të vendosur në mënyrë antagoniste me susta SMA.Pozicioni i syrit protetik kontrollohet nga një sinjal nga muskuli okular i syrit11, (c) Aktivizuesit SMA janë idealë për aplikime nënujore për shkak të përgjigjes së tyre të frekuencës së lartë dhe gjerësisë së brezit të ulët.Në këtë konfigurim, aktivizuesit SMA përdoren për të krijuar lëvizje valore duke simuluar lëvizjen e peshkut, (d) aktivizuesit SMA përdoren për të krijuar një robot inspektues mikro tub që mund të përdorë parimin e lëvizjes së krimbave inç, të kontrolluar nga lëvizja e telave SMA brenda kanalit 10, (e) tregon drejtimin e fibrave muskulore të tkurrjes dhe rregullimin e indeve muskulore në gjenerimin e forcës kontraktuese fije. bers në strukturën e muskujve pennate.
Aktivizuesit janë bërë një pjesë e rëndësishme e sistemeve mekanike për shkak të gamës së gjerë të aplikimeve të tyre.Prandaj, nevoja për disqe më të vogla, më të shpejta dhe më efikase bëhet kritike.Pavarësisht nga avantazhet e tyre, disqet tradicionale janë provuar të jenë të shtrenjta dhe kërkojnë kohë për t'u mirëmbajtur.Aktivizuesit hidraulikë dhe pneumatikë janë kompleks dhe të shtrenjtë dhe i nënshtrohen konsumit, problemeve të lubrifikimit dhe dështimit të komponentëve.Në përgjigje të kërkesës, fokusi është në zhvillimin e aktivizuesve me kosto efektive, të optimizuar për madhësinë dhe të avancuar të bazuar në materiale inteligjente.Kërkimet e vazhdueshme po shikojnë aktivizuesit me shtresa të aliazhit të kujtesës së formës (SMA) për të përmbushur këtë nevojë.Aktivizuesit hierarkikë janë unikë në atë që kombinojnë shumë aktivizues diskretë në nënsisteme makro komplekse gjeometrikisht për të ofruar funksionalitet të shtuar dhe të zgjeruar.Në këtë drejtim, indi muskulor i njeriut i përshkruar më sipër ofron një shembull të shkëlqyer shumështresor të një aktivizimi të tillë shumështresor.Studimi aktual përshkruan një makinë SMA me shumë nivele me disa elementë individualë të makinës (tela SMA) të lidhur me orientimet e fibrave të pranishme në muskujt bimodalë, gjë që përmirëson performancën e përgjithshme të makinës.
Qëllimi kryesor i një aktuatori është të gjenerojë fuqi mekanike si forca dhe zhvendosja duke konvertuar energjinë elektrike.Lidhjet e kujtesës së formës janë një klasë materialesh "të zgjuara" që mund të rivendosin formën e tyre në temperatura të larta.Nën ngarkesa të larta, një rritje në temperaturën e telit SMA çon në rikuperimin e formës, duke rezultuar në një densitet më të lartë energjie të aktivizimit krahasuar me materiale të ndryshme inteligjente të lidhura drejtpërdrejt.Në të njëjtën kohë, nën ngarkesa mekanike, SMA-të bëhen të brishtë.Në kushte të caktuara, një ngarkesë ciklike mund të thithë dhe lëshojë energji mekanike, duke shfaqur ndryshime të kthyeshme të formës histerike.Këto veti unike e bëjnë SMA-në ideale për sensorët, amortizimin e dridhjeve dhe veçanërisht aktivizuesit12.Me këtë në mendje, ka pasur shumë kërkime në disqet e bazuara në SMA.Duhet të theksohet se aktivizuesit e bazuar në SMA janë krijuar për të ofruar lëvizje përkthimore dhe rrotulluese për një sërë aplikacionesh13,14,15.Edhe pse disa aktivizues rrotullues janë zhvilluar, studiuesit janë veçanërisht të interesuar për aktivizuesit linearë.Këta aktuatorë linearë mund të ndahen në tre lloje aktuatorësh: aktivizues njëdimensional, me zhvendosje dhe diferencial 16 .Fillimisht, disqet hibride u krijuan në kombinim me disqet SMA dhe disqet e tjera konvencionale.Një shembull i tillë i një aktivizuesi linear hibrid të bazuar në SMA është përdorimi i një teli SMA me një motor DC për të siguruar një forcë dalëse prej rreth 100 N dhe zhvendosje të konsiderueshme17.
Një nga zhvillimet e para në disqet e bazuar tërësisht në SMA ishte ngasja paralele SMA.Duke përdorur tela të shumtë SMA, disku paralel i bazuar në SMA është projektuar për të rritur aftësinë e fuqisë së diskut duke vendosur të gjithë telat SMA18 paralelisht.Lidhja paralele e aktuatorëve jo vetëm që kërkon më shumë fuqi, por gjithashtu kufizon fuqinë dalëse të një teli të vetëm.Një tjetër disavantazh i aktivizuesve me bazë SMA është udhëtimi i kufizuar që ata mund të arrijnë.Për të zgjidhur këtë problem, u krijua një rreze kabllore SMA që përmbante një rreze fleksibël të devijuar për të rritur zhvendosjen dhe për të arritur lëvizjen lineare, por nuk gjeneroi forca më të larta19.Strukturat dhe pëlhurat e buta të deformueshme për robotët e bazuar në lidhjet e kujtesës së formës janë zhvilluar kryesisht për përforcimin e ndikimit20,21,22.Për aplikimet ku kërkohen shpejtësi të larta, pompat kompakte të drejtuara janë raportuar që përdorin SMA me film të hollë për aplikime të drejtuara nga mikropompat23.Frekuenca e lëvizjes së membranës SMA të filmit të hollë është një faktor kyç në kontrollin e shpejtësisë së drejtuesit.Prandaj, motorët linearë SMA kanë një përgjigje dinamike më të mirë se motorët me susta ose shufra SMA.Robotika e butë dhe teknologjia e kapjes janë dy aplikacione të tjera që përdorin aktivizues të bazuar në SMA.Për shembull, për të zëvendësuar aktivizuesin standard të përdorur në kapësen hapësinore 25 N, u zhvillua një aktivizues paralel aliazh i kujtesës 24.Në një rast tjetër, një aktivizues i butë SMA u fabrikua bazuar në një tel me një matricë të ngulitur të aftë për të prodhuar një forcë tërheqëse maksimale prej 30 N. Për shkak të vetive të tyre mekanike, SMA-të përdoren gjithashtu për të prodhuar aktivizues që imitojnë fenomene biologjike.Një zhvillim i tillë përfshin një robot me 12 qeliza që është një biomimetik i një organizmi të ngjashëm me krimbat e tokës me SMA për të gjeneruar një lëvizje sinusoidale në zjarr26,27.
Siç u përmend më herët, ekziston një kufi për forcën maksimale që mund të merret nga aktivizuesit ekzistues të bazuar në SMA.Për të adresuar këtë çështje, ky studim paraqet një strukturë biomimetike muskulore bimodale.Drejtuar nga tela aliazh kujtese të formës.Ai siguron një sistem klasifikimi që përfshin disa tela të aliazhit të kujtesës në formë.Deri më sot, asnjë aktivizues i bazuar në SMA me një arkitekturë të ngjashme nuk është raportuar në literaturë.Ky sistem unik dhe i ri i bazuar në SMA u zhvillua për të studiuar sjelljen e SMA gjatë shtrirjes bimodale të muskujve.Krahasuar me aktivizuesit ekzistues të bazuar në SMA, qëllimi i këtij studimi ishte të krijonte një aktivizues dipvalerate biomimetik për të gjeneruar forca dukshëm më të larta në një vëllim të vogël.Krahasuar me disqet konvencionale me motor stepper që përdoren në sistemet e automatizimit dhe kontrollit të ndërtesave HVAC, dizajni i propozuar i disqeve bimodale të bazuar në SMA redukton peshën e mekanizmit të lëvizjes me 67%.Në vijim, termat "muskul" dhe "ngasje" përdoren në mënyrë të ndërsjellë.Ky studim heton simulimin multifizik të një disku të tillë.Sjellja mekanike e sistemeve të tilla është studiuar me metoda eksperimentale dhe analitike.Shpërndarjet e forcës dhe temperaturës u hetuan më tej në një tension hyrës prej 7 V. Më pas, u krye një analizë parametrike për të kuptuar më mirë marrëdhënien midis parametrave kryesorë dhe forcës dalëse.Së fundi, aktivizuesit hierarkikë janë parashikuar dhe efektet e nivelit hierarkik janë propozuar si një zonë e ardhshme e mundshme për aktivizuesit jomagnetikë për aplikime protetike.Sipas rezultateve të studimeve të lartpërmendura, përdorimi i një arkitekture me një fazë prodhon forca të paktën katër deri në pesë herë më të larta se aktuatorët e raportuar të bazuar në SMA.Përveç kësaj, e njëjta forcë lëvizëse e krijuar nga një makinë me shumë nivele është treguar të jetë më shumë se dhjetë herë më shumë se ajo e disqeve konvencionale të bazuara në SMA.Më pas, studimi raporton parametrat kryesorë duke përdorur analizën e ndjeshmërisë midis modeleve të ndryshme dhe variablave hyrëse.Gjatësia fillestare e telit SMA (\(l_0\)), këndi i këmbës (\(\alfa\)) dhe numri i fijeve të vetme (n) në secilën fillesë individuale kanë një efekt të fortë negativ në madhësinë e forcës lëvizëse.forca, ndërsa tensioni i hyrjes (energjia) rezultoi të ishte i lidhur pozitivisht.
Teli SMA shfaq efektin e kujtesës së formës (SME) që shihet në familjen e lidhjeve nikel-titan (Ni-Ti).Në mënyrë tipike, SMA-të shfaqin dy faza të varura nga temperatura: një fazë me temperaturë të ulët dhe një fazë të temperaturës së lartë.Të dyja fazat kanë veti unike për shkak të pranisë së strukturave të ndryshme kristalore.Në fazën e austenitit (faza e temperaturës së lartë) që ekziston mbi temperaturën e transformimit, materiali shfaq forcë të lartë dhe deformohet dobët nën ngarkesë.Aliazhi sillet si çelik inox, kështu që është në gjendje t'i rezistojë presioneve më të larta të aktivizimit.Duke përfituar nga kjo veti e lidhjeve Ni-Ti, telat SMA janë të pjerrëta për të formuar një aktivizues.Janë zhvilluar modele të përshtatshme analitike për të kuptuar mekanikën themelore të sjelljes termike të SMA nën ndikimin e parametrave të ndryshëm dhe gjeometrive të ndryshme.U arrit pajtim i mirë midis rezultateve eksperimentale dhe analitike.
Një studim eksperimental u krye në prototipin e treguar në Fig. 9a për të vlerësuar performancën e një disku bimodal të bazuar në SMA.Dy nga këto veti, forca e krijuar nga lëvizja (forca e muskujve) dhe temperatura e telit SMA (temperatura SMA), u matën në mënyrë eksperimentale.Ndërsa diferenca e tensionit rritet përgjatë gjithë gjatësisë së telit në makinë, temperatura e telit rritet për shkak të efektit të ngrohjes Joule.Tensioni i hyrjes u aplikua në dy cikle 10 sekondash (të paraqitura si pika të kuqe në Fig. 2a, b) me një periudhë ftohjeje 15 sekondash ndërmjet çdo cikli.Forca bllokuese u mat duke përdorur një matës sforcimi piezoelektrik dhe shpërndarja e temperaturës së telit SMA u monitorua në kohë reale duke përdorur një kamerë LWIR me rezolucion të lartë të shkallës shkencore (shih karakteristikat e pajisjeve të përdorura në Tabelën 2).tregon se gjatë fazës së tensionit të lartë, temperatura e telit rritet në mënyrë monotone, por kur nuk rrjedh rrymë, temperatura e telit vazhdon të bjerë.Në konfigurimin aktual eksperimental, temperatura e telit SMA ra gjatë fazës së ftohjes, por ishte ende mbi temperaturën e ambientit.Në fig.2e tregon një fotografi të temperaturës në telin SMA të marrë nga kamera LWIR.Nga ana tjetër, në fig.2a tregon forcën bllokuese të krijuar nga sistemi i makinës.Kur forca muskulore tejkalon forcën rivendosëse të sustës, krahu i lëvizshëm, siç tregohet në figurën 9a, fillon të lëvizë.Sapo fillon aktivizimi, krahu i lëvizshëm bie në kontakt me sensorin, duke krijuar një forcë trupore, siç tregohet në fig.2c, d.Kur temperatura maksimale është afër \(84\,^{\circ}\hbox {C}\), forca maksimale e vëzhguar është 105 N.
Grafiku tregon rezultatet eksperimentale të temperaturës së telit SMA dhe forcën e krijuar nga aktivizuesi bimodal i bazuar në SMA gjatë dy cikleve.Tensioni i hyrjes aplikohet në dy cikle 10 sekondash (të paraqitura si pika të kuqe) me një periudhë ftohjeje prej 15 sekondash ndërmjet çdo cikli.Teli SMA i përdorur për eksperimentet ishte një tel Flexinol me diametër 0,51 mm nga Dynalloy, Inc. (a) Grafiku tregon forcën eksperimentale të përftuar gjatë dy cikleve, (c, d) tregon dy shembuj të pavarur të veprimit të aktivizuesve të krahut në lëvizje në një linjë PACEline CFT/5kN piezoelektrike CFT/5kN. tregon një fotografi të temperaturës të marrë nga teli SMA duke përdorur kamerën LWIR të softuerit FLIR ResearchIR.Parametrat gjeometrikë të marrë parasysh në eksperimente janë dhënë në tabelë.një.
Rezultatet e simulimit të modelit matematik dhe rezultatet eksperimentale krahasohen nën kushtin e një tensioni hyrës prej 7V, siç tregohet në Fig.5.Sipas rezultateve të analizës parametrike dhe për të shmangur mundësinë e mbinxehjes së telit SMA, një fuqi prej 11.2 W iu dha aktuatorit.Një furnizim me energji DC i programueshëm u përdor për të furnizuar 7V si tension i hyrjes dhe një rrymë prej 1.6A u mat nëpër tela.Forca e gjeneruar nga lëvizja dhe temperatura e SDR rriten kur aplikohet rryma.Me një tension të hyrjes prej 7V, forca maksimale e daljes e marrë nga rezultatet e simulimit dhe rezultatet eksperimentale të ciklit të parë është përkatësisht 78 N dhe 96 N.Në ciklin e dytë, forca maksimale e daljes së rezultateve të simulimit dhe eksperimentale ishte përkatësisht 150 N dhe 105 N.Mospërputhja midis matjeve të forcës së mbylljes dhe të dhënave eksperimentale mund të jetë për shkak të metodës së përdorur për të matur forcën e mbylljes.Rezultatet eksperimentale të treguara në fig.5a korrespondon me matjen e forcës së bllokimit, e cila nga ana tjetër u mat kur boshti lëvizës ishte në kontakt me transduktorin e forcës piezoelektrike PACEline CFT/5kN, siç tregohet në fig.2s.Prandaj, kur boshti i lëvizjes nuk është në kontakt me sensorin e forcës në fillim të zonës së ftohjes, forca bëhet menjëherë zero, siç tregohet në Fig. 2d.Për më tepër, parametra të tjerë që ndikojnë në formimin e forcës në ciklet pasuese janë vlerat e kohës së ftohjes dhe koeficienti i transferimit konvektiv të nxehtësisë në ciklin e mëparshëm.Nga fig.2b, mund të shihet se pas një periudhe ftohjeje prej 15 sekondash, teli SMA nuk arriti temperaturën e dhomës dhe për këtë arsye kishte një temperaturë fillestare më të lartë (\(40\,^{\circ }\hbox {C}\)) në ciklin e dytë të drejtimit krahasuar me ciklin e parë (\(25\, ^{\circ}\hbox {C}\)).Kështu, krahasuar me ciklin e parë, temperatura e telit SMA gjatë ciklit të dytë të ngrohjes arrin temperaturën fillestare të austenitit (\(A_s\)) më herët dhe qëndron në periudhën e tranzicionit më gjatë, duke rezultuar në stres dhe forcë.Nga ana tjetër, shpërndarjet e temperaturës gjatë cikleve të ngrohjes dhe ftohjes të marra nga eksperimentet dhe simulimet kanë një ngjashmëri të lartë cilësore me shembujt nga analizat termografike.Analiza krahasuese e të dhënave termike të telit SMA nga eksperimentet dhe simulimet tregoi qëndrueshmëri gjatë cikleve të ngrohjes dhe ftohjes dhe brenda tolerancave të pranueshme për të dhënat eksperimentale.Temperatura maksimale e telit SMA, e përftuar nga rezultatet e simulimit dhe eksperimenteve të ciklit të parë, është \(89\,^{\circ }\hbox {C}\) dhe \(75\,^{\circ }\hbox { C }\, përkatësisht ), dhe në ciklin e dytë temperatura maksimale e telit SMA është {3\},\\circ {8,\C, \/ ^{\circ }\ hbox {C}\).Modeli i zhvilluar thelbësisht konfirmon efektin e efektit të kujtesës së formës.Roli i lodhjes dhe mbinxehjes nuk u mor parasysh në këtë rishikim.Në të ardhmen, modeli do të përmirësohet për të përfshirë historinë e stresit të telit SMA, duke e bërë atë më të përshtatshëm për aplikime inxhinierike.Forca e daljes së makinës dhe grafikët e temperaturës SMA të marra nga blloku Simulink janë brenda tolerancave të lejuara të të dhënave eksperimentale në kushtet e një impulsi të tensionit të hyrjes prej 7 V. Kjo konfirmon korrektësinë dhe besueshmërinë e modelit të zhvilluar matematikor.
Modeli matematik u zhvillua në mjedisin MathWorks Simulink R2020b duke përdorur ekuacionet bazë të përshkruara në seksionin Metodat.Në fig.3b tregon një bllok diagram të modelit matematikor Simulink.Modeli u simulua për një impuls të tensionit hyrës 7V siç tregohet në Fig. 2a, b.Vlerat e parametrave të përdorur në simulim janë renditur në tabelën 1. Rezultatet e simulimit të proceseve kalimtare janë paraqitur në figurat 1 dhe 1. Figurat 3a dhe 4. Në fig.4a,b tregon tensionin e induktuar në telin SMA dhe forcën e krijuar nga aktuatori në funksion të kohës. Gjatë transformimit të kundërt (ngrohjes), kur temperatura e telit SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (temperatura e fillimit të fazës së austenitit të modifikuar nga stresi), shkalla e ndryshimit të fraksionit të vëllimit të martensitit (\(\dot{\xi }\)) do të jetë zero. Gjatë transformimit të kundërt (ngrohjes), kur temperatura e telit SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (temperatura e fillimit të fazës së austenitit të modifikuar nga stresi), shkalla e ndryshimit të fraksionit të vëllimit të martensitit (\(\dot{\ xi }\)) do të jetë zero. Во время обратного превращения (нагрева), когда температура проволоки SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (температура начала аустенитной фазы, модифицированная напряжением), скорость изменения объемной доли мартенсита (\(\dot{\ xi }\)) будет равно нулю. Gjatë transformimit të kundërt (ngrohjes), kur temperatura e telit SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (temperatura e fillimit të austenitit të modifikuar nga stresi), shkalla e ndryshimit të fraksionit të vëllimit të martensitit (\(\dot{\ xi }\ )) do të jetë zero.在反向转变（加热）过程中，当SMA 线温度\(T < A_s^{\prime}\)（应力修正奥氏体氏体体积分数的变化率（\(\dot{\ xi }\)) 将为零。在 反向 转变 （加热） 中 ， 当 当 当 线 温度 \ (t
(a) Rezultati i simulimit që tregon shpërndarjen e temperaturës dhe temperaturën e bashkimit të shkaktuar nga stresi në një aktivizues divalerate të bazuar në SMA.Kur temperatura e telit kalon temperaturën e tranzicionit të austenitit në fazën e ngrohjes, temperatura e modifikuar e tranzicionit të austenitit fillon të rritet, dhe në mënyrë të ngjashme, kur temperatura e shufrës së telit kalon temperaturën e tranzicionit martensitik në fazën e ftohjes, temperatura e tranzicionit martensitik zvogëlohet.SMA për modelimin analitik të procesit të aktivizimit.(Për një pamje të detajuar të secilit nënsistem të një modeli Simulink, shihni seksionin e shtojcës të skedarit shtesë.)
Rezultatet e analizës për shpërndarje të ndryshme të parametrave tregohen për dy cikle të tensionit të hyrjes 7V (cikle nxehjeje 10 sekonda dhe cikle ftohjeje 15 sekonda).Ndërsa (ac) dhe (e) përshkruajnë shpërndarjen me kalimin e kohës, nga ana tjetër, (d) dhe (f) ilustrojnë shpërndarjen me temperaturë.Për kushtet përkatëse të hyrjes, sforcimi maksimal i vëzhguar është 106 MPa (më pak se 345 MPa, forca e rrjedhjes së telit), forca është 150 N, zhvendosja maksimale është 270 µm dhe fraksioni minimal i volumit martensitik është 0,91.Nga ana tjetër, ndryshimi i stresit dhe ndryshimi në fraksionin vëllimor të martensitit me temperaturën janë të ngjashme me karakteristikat e histerezës.
I njëjti shpjegim vlen për transformimin e drejtpërdrejtë (ftohjen) nga faza e austenitit në fazën e martensitit, ku temperatura e telit SMA (T) dhe temperatura e fundit e fazës së martensitit të modifikuar me stres (\(M_f^{\prime}\ )) është e shkëlqyer.Në fig.4d,f tregon ndryshimin në stresin e induktuar (\(\sigma\)) dhe fraksionin vëllimor të martensitit (\(\xi\)) në telin SMA si funksion i ndryshimit të temperaturës së telit SMA (T), për të dy ciklet e drejtimit.Në fig.Figura 3a tregon ndryshimin e temperaturës së telit SMA me kohën në varësi të pulsit të tensionit të hyrjes.Siç shihet nga figura, temperatura e telit vazhdon të rritet duke siguruar një burim nxehtësie në tension zero dhe ftohje konvektive pasuese.Gjatë ngrohjes, ritransformimi i martensitit në fazën e austenitit fillon kur temperatura e telit SMA (T) kalon temperaturën e bërthamës së austenitit të korrigjuar nga stresi (\(A_s^{\prime}\)).Gjatë kësaj faze, teli SMA është i ngjeshur dhe aktivizuesi gjeneron forcë.Gjithashtu gjatë ftohjes, kur temperatura e telit SMA (T) kalon temperaturën e bërthamimit të fazës së martensitit të modifikuar me stres (\(M_s^{\prime}\)) ka një kalim pozitiv nga faza e austenitit në fazën e martensitit.forca lëvizëse zvogëlohet.
Aspektet kryesore cilësore të lëvizjes bimodale të bazuara në SMA mund të merren nga rezultatet e simulimit.Në rastin e hyrjes së pulsit të tensionit, temperatura e telit SMA rritet për shkak të efektit të ngrohjes Joule.Vlera fillestare e fraksionit vëllimor të martensitit (\(\xi\)) është vendosur në 1, pasi materiali fillimisht është në një fazë plotësisht martenzitike.Ndërsa teli vazhdon të nxehet, temperatura e telit SMA tejkalon temperaturën e bërthamës së austenitit të korrigjuar nga stresi \(A_s^{\prime}\), duke rezultuar në një ulje të fraksionit të vëllimit të martensitit, siç tregohet në figurën 4c.Përveç kësaj, në fig.4e tregon shpërndarjen e goditjeve të aktuatorit në kohë, dhe në fig.5 – forca lëvizëse në funksion të kohës.Një sistem i lidhur ekuacionesh përfshin temperaturën, fraksionin e volumit të martensitit dhe stresin që zhvillohet në tela, duke rezultuar në tkurrjen e telit SMA dhe forcën e krijuar nga aktuatori.Siç tregohet në fig.4d,f, ndryshimi i tensionit me temperaturën dhe ndryshimi i fraksionit të vëllimit të martensitit me temperaturën korrespondojnë me karakteristikat e histerezës së SMA në rastin e simuluar në 7 V.
Krahasimi i parametrave të drejtimit është marrë përmes eksperimenteve dhe llogaritjeve analitike.Telat iu nënshtruan një tensioni të hyrjes pulsuese prej 7 V për 10 sekonda, më pas u ftohën për 15 sekonda (faza e ftohjes) gjatë dy cikleve.Këndi me këmbë është vendosur në \(40^{\circ}\) dhe gjatësia fillestare e telit SMA në secilën këmbë të vetme të kunjit është vendosur në 83 mm.(a) Matja e forcës lëvizëse me një qelizë ngarkese (b) Monitorimi i temperaturës së telit me një kamerë termike infra të kuqe.
Për të kuptuar ndikimin e parametrave fizikë në forcën e prodhuar nga lëvizja, u krye një analizë e ndjeshmërisë së modelit matematik ndaj parametrave të zgjedhur fizikë dhe u renditën parametrat sipas ndikimit të tyre.Së pari, kampionimi i parametrave të modelit u bë duke përdorur parimet eksperimentale të projektimit që ndoqën një shpërndarje uniforme (shih seksionin plotësues mbi analizën e ndjeshmërisë).Në këtë rast, parametrat e modelit përfshijnë tensionin e hyrjes (\(V_{in}\)), gjatësinë fillestare të telit SMA (\(l_0\)), këndin e trekëndëshit (\(\alfa\)), konstanten e sustës së paragjykimit (\( K_x\ )), koeficientin konvektiv të transferimit të nxehtësisë (\(h_T\)) dhe numrin e degëve unimodale (n).Në hapin tjetër, forca maksimale e muskujve u zgjodh si një kërkesë e projektimit të studimit dhe u morën efektet parametrike të secilit grup variablash në forcë.Grafikët e tornados për analizën e ndjeshmërisë janë nxjerrë nga koeficientët e korrelacionit për çdo parametër, siç tregohet në Fig. 6a.
(a) Vlerat e koeficientit të korrelacionit të parametrave të modelit dhe efekti i tyre në forcën maksimale të prodhimit të 2500 grupeve unike të parametrave të modelit të mësipërm tregohen në grafikun e tornados.Grafiku tregon korrelacionin e renditjes së disa treguesve.Është e qartë se \(V_{in}\) është i vetmi parametër me një korrelacion pozitiv, dhe \(l_0\) është parametri me korrelacionin më të lartë negativ.Efekti i parametrave të ndryshëm në kombinime të ndryshme në fuqinë maksimale të muskujve tregohet në (b, c).\(K_x\) varion nga 400 në 800 N/m dhe n varion nga 4 në 24. Tensioni (\(V_{in}\)) ndryshoi nga 4V në 10V, gjatësia e telit (\(l_{0 } \)) ndryshoi nga 40 në 100 mm, dhe këndi i bishtit \ci (\) – i ndryshueshëm nga 4V në 10V \).
Në fig.6a tregon një grafik tornado të koeficientëve të ndryshëm të korrelacionit për çdo parametër me kërkesat e projektimit të forcës lëvizëse maksimale.Nga fig.6a mund të shihet se parametri i tensionit (\(V_{in}\)) është i lidhur drejtpërdrejt me forcën maksimale të daljes, dhe koeficienti konvektiv i transferimit të nxehtësisë (\(h_T\)), këndi i flakës (\ ( \alpha\)), konstantja e sustës së zhvendosjes ( \(K_x\)) është e lidhur negativisht me gjatësinë fillestare të telit (s) dhe numrin uni të prodhimit dhe_ dal degët (n) tregon një korrelacion të fortë të anasjelltë Në rastin e korrelacionit të drejtpërdrejtë Në rastin e një vlere më të lartë të koeficientit të korrelacionit të tensionit (\(V_ {in}\)) tregon se ky parametër ka efektin më të madh në fuqinë dalëse.Një analizë tjetër e ngjashme mat forcën e pikut duke vlerësuar efektin e parametrave të ndryshëm në kombinime të ndryshme të dy hapësirave llogaritëse, siç tregohet në Fig. 6b, c.\(V_{në}\) dhe \(l_0\), \(\alfa\) dhe \(l_0\) kanë modele të ngjashme, dhe grafiku tregon se \(V_{në}\) dhe \(\alfa\ ) dhe \(\alfa\) kanë modele të ngjashme.Vlerat më të vogla të \(l_0\) rezultojnë në forca më të larta të pikut.Dy vizatimet e tjera janë në përputhje me Figurën 6a, ku n dhe \(K_x\) janë të lidhura negativisht dhe \(V_{in}\) janë pozitivisht.Kjo analizë ndihmon në përcaktimin dhe rregullimin e parametrave ndikues me të cilët forca e daljes, goditja dhe efikasiteti i sistemit të lëvizjes mund të përshtaten me kërkesat dhe aplikimin.
Puna aktuale kërkimore prezanton dhe heton disqet hierarkike me nivele N.Në një hierarki me dy nivele, siç tregohet në Fig. 7a, ku në vend të çdo teli SMA të aktivizuesit të nivelit të parë, arrihet një rregullim bimodal, siç tregohet në fig.9e.Në fig.7c tregon se si teli SMA mbështillet rreth një krahu të lëvizshëm (krahu ndihmës) që lëviz vetëm në drejtimin gjatësor.Megjithatë, krahu kryesor i lëvizshëm vazhdon të lëvizë në të njëjtën mënyrë si krahu i lëvizshëm i aktivizuesit shumëfazësh të fazës së parë.Në mënyrë tipike, një disku i fazës N krijohet duke zëvendësuar telin SMA të fazës \(N-1\) me një makinë të fazës së parë.Si rezultat, çdo degë imiton makinën e fazës së parë, me përjashtim të degës që mban vetë telin.Në këtë mënyrë, mund të formohen struktura të mbivendosura që krijojnë forca që janë disa herë më të mëdha se forcat e disqeve primare.Në këtë studim, për çdo nivel, është marrë parasysh një gjatësi totale efektive e telit SMA prej 1 m, siç tregohet në formatin tabelor në Fig. 7d.Rryma përmes çdo teli në çdo dizajn unimodal dhe paranderja dhe voltazhi që rezulton në çdo segment teli SMA janë të njëjta në çdo nivel.Sipas modelit tonë analitik, forca e daljes është në korrelacion pozitiv me nivelin, ndërsa zhvendosja është në korrelacion negativ.Në të njëjtën kohë, pati një shkëmbim midis zhvendosjes dhe forcës së muskujve.Siç shihet në fig.7b, ndërsa forca maksimale arrihet në numrin më të madh të shtresave, zhvendosja më e madhe vërehet në shtresën më të ulët.Kur niveli i hierarkisë u vendos në \(N=5\), u gjet një forcë maksimale e muskujve prej 2.58 kN me 2 goditje të vëzhguara \(\upmu\)m.Nga ana tjetër, ngasja e fazës së parë gjeneron një forcë prej 150 N me një goditje prej 277 \(\upmu\)m.Aktivizuesit me shumë nivele janë në gjendje të imitojnë muskujt realë biologjikë, ku muskujt artificialë të bazuar në lidhjet e kujtesës së formës janë në gjendje të gjenerojnë forca dukshëm më të larta me lëvizje të sakta dhe më të imta.Kufizimet e këtij dizajni të miniaturës janë se ndërsa hierarkia rritet, lëvizja zvogëlohet shumë dhe kompleksiteti i procesit të prodhimit të disqeve rritet.
(a) Një sistem aktivizues linear i memories me aliazh me formë me dy faza (\(N=2\)) me shtresa është paraqitur në një konfigurim bimodal.Modeli i propozuar arrihet duke zëvendësuar telin SMA në aktivizuesin me shtresa të fazës së parë me një aktivizues tjetër me një shtresë të vetme.(c) Konfigurimi i deformuar i aktivizuesit shumështresor të fazës së dytë.(b) Përshkruhet shpërndarja e forcave dhe zhvendosjeve në varësi të numrit të niveleve.Është konstatuar se forca e pikut të aktuatorit lidhet pozitivisht me nivelin e shkallës në grafik, ndërsa goditja lidhet negativisht me nivelin e shkallës.Rryma dhe paratensioni në çdo tel mbeten konstante në të gjitha nivelet.(d) Tabela tregon numrin e çezmave dhe gjatësinë e telit SMA (fibër) në çdo nivel.Karakteristikat e telave tregohen nga indeksi 1, dhe numri i degëve dytësore (njëra e lidhur me këmbën kryesore) tregohet nga numri më i madh në nënshkrim.Për shembull, në nivelin 5, \(n_1\) i referohet numrit të telave SMA të pranishëm në secilën strukturë bimodale dhe \(n_5\) i referohet numrit të këmbëve ndihmëse (njëra e lidhur me këmbën kryesore).
Nga shumë studiues janë propozuar metoda të ndryshme për të modeluar sjelljen e SMA-ve me kujtesën e formës, të cilat varen nga vetitë termomekanike që shoqërojnë ndryshimet makroskopike në strukturën kristalore të shoqëruara me tranzicionin fazor.Formulimi i metodave konstituive është në thelb kompleks.Modeli fenomenologjik më i përdorur është propozuar nga Tanaka28 dhe përdoret gjerësisht në aplikimet inxhinierike.Modeli fenomenologjik i propozuar nga Tanaka [28] supozon se fraksioni vëllimor i martensitit është një funksion eksponencial i temperaturës dhe stresit.Më vonë, Liang dhe Rogers29 dhe Brinson30 propozuan një model në të cilin dinamika e tranzicionit të fazës supozohej të ishte një funksion kosinus i tensionit dhe temperaturës, me modifikime të vogla në model.Becker dhe Brinson propozuan një model kinetik të bazuar në diagramin fazor për të modeluar sjelljen e materialeve SMA në kushte ngarkimi arbitrare si dhe në tranzicione të pjesshme.Banerjee32 përdor metodën e dinamikës së diagramit fazor Bekker dhe Brinson31 për të simuluar një manipulues të vetëm shkalle lirie të zhvilluar nga Elahinia dhe Ahmadian33.Metodat kinetike të bazuara në diagramet fazore, të cilat marrin parasysh ndryshimin jo monotonik të tensionit me temperaturën, janë të vështira për t'u zbatuar në aplikimet inxhinierike.Elakhinia dhe Ahmadian tërheqin vëmendjen ndaj këtyre mangësive të modeleve ekzistuese fenomenologjike dhe propozojnë një model fenomenologjik të zgjeruar për të analizuar dhe përcaktuar sjelljen e kujtesës së formës në çdo kusht kompleks ngarkimi.
Modeli strukturor i telit SMA jep stresin (\(\sigma\)), tendosjen (\(\epsilon\)), temperaturën (T) dhe fraksionin e vëllimit të martensitit (\(\xi\)) të telit SMA.Modeli konstituiv fenomenologjik u propozua fillimisht nga Tanaka28 dhe më vonë u miratua nga Liang29 dhe Brinson30.Derivati i ekuacionit ka formën:
ku E është moduli i SMA Young-it i varur nga faza i marrë duke përdorur \(\displaystyle E=\xi E_M + (1-\xi )E_A\) dhe \(E_A\) dhe \(E_M\) që përfaqësojnë modulin e Young janë përkatësisht faza austenitike dhe martensitike, dhe koeficienti përfaqësohet nga \(zgjerimi termik) \(T).Faktori i kontributit të tranzicionit fazor është \(\Omega = -E \epsilon _L\) dhe \(\epsilon _L\) është tendosja maksimale e rikuperueshme në telin SMA.
Ekuacioni i dinamikës së fazës përkon me funksionin kosinus të zhvilluar nga Liang29 dhe i miratuar më vonë nga Brinson30 në vend të funksionit eksponencial të propozuar nga Tanaka28.Modeli i tranzicionit fazor është një zgjerim i modelit të propozuar nga Elakhinia dhe Ahmadian34 dhe i modifikuar bazuar në kushtet e tranzicionit fazor të dhëna nga Liang29 dhe Brinson30.Kushtet e përdorura për këtë model të tranzicionit fazor janë të vlefshme nën ngarkesa komplekse termomekanike.Në çdo moment të kohës, vlera e fraksionit vëllimor të martensitit llogaritet gjatë modelimit të ekuacionit konstituiv.
Ekuacioni qeverisës i ritransformimit, i shprehur nga transformimi i martensitit në austenit në kushtet e ngrohjes, është si më poshtë:
ku \(\xi\) është fraksioni vëllimor i martensitit, \(\xi _M\) është fraksioni vëllimor i martensitit i marrë para ngrohjes, \(\displaystyle a_A = \pi /(A_f – A_s)\), \ ( \displaystyle b_A = -a_A/C_A\) dhe \(C_A/C_A\) dhe \(C_A/C_A\) dhe \(C_A\, tela, tel) dhe parametri \MAs (A_f\) - fillimi dhe fundi i fazës së austenitit, përkatësisht, temperatura.
Ekuacioni i kontrollit të transformimit të drejtpërdrejtë, i përfaqësuar nga transformimi fazor i austenitit në martensit në kushte ftohjeje, është:
ku \(\xi _A\) është fraksioni vëllimor i martensitit i marrë përpara ftohjes, \(\displaystyle a_M = \pi /(M_s – M_f)\), \(\displaystyle b_M = -a_M/C_M\) dhe \ (C_M \) – parametrat e përshtatjes së kurbës, T – SMA teli temperatura përfundimtare, temperatura fillestare M, dhe \M .
Pasi të diferencohen ekuacionet (3) dhe (4), ekuacionet e transformimit të kundërt dhe të drejtpërdrejtë thjeshtohen në formën e mëposhtme:
Gjatë transformimit përpara dhe prapa \(\eta _{\sigma}\) dhe \(\eta _{T}\) marrin vlera të ndryshme.Ekuacionet bazë të lidhura me \(\eta _{\sigma}\) dhe \(\eta _{T}\) janë nxjerrë dhe diskutuar në detaje në një seksion shtesë.
Energjia termike e nevojshme për të ngritur temperaturën e telit SMA vjen nga efekti i ngrohjes Joule.Energjia termike e absorbuar ose e çliruar nga teli SMA përfaqësohet nga nxehtësia latente e transformimit.Humbja e nxehtësisë në telin SMA është për shkak të konvekcionit të detyruar dhe duke pasur parasysh efektin e papërfillshëm të rrezatimit, ekuacioni i bilancit të energjisë termike është si më poshtë:
Ku \(m_{tela}\) është masa totale e telit SMA, \(c_{p}\) është kapaciteti specifik i nxehtësisë së SMA, \(V_{in}\) është voltazhi i aplikuar në tela, \(R_{ohm} \ ) – rezistenca e varur nga faza SMA, e përcaktuar si;\(R_{ohm} = (l/A_{kryq})[\xi r_M + (1-\xi )r_A]\ ) ku \(r_M\ ) dhe \(r_A\) janë rezistenca e fazës SMA në martensite dhe austenite, respektivisht, \(A_{c}\) është sipërfaqja e telit a të gjitha, \(D) është sipërfaqja e telit a \"Nxehtësia latente e tranzicionit të telit, T dhe \(T_{\infty}\) janë respektivisht temperaturat e telit SMA dhe mjedisit.
Kur aktivizohet një tel aliazh memorie të formës, teli ngjesh, duke krijuar një forcë në secilën degë të modelit bimodal të quajtur forcë fibër.Forcat e fibrave në secilën fije të telit SMA së bashku krijojnë forcën e muskujve për të aktivizuar, siç tregohet në Fig. 9e.Për shkak të pranisë së një suste paragjykuese, forca totale e muskujve të aktivizuesit të N-të me shumë shtresa është:
Duke zëvendësuar \(N = 1\) në ekuacionin (7), forca e muskujve të prototipit bimodal të makinës së fazës së parë mund të merret si më poshtë:
ku n është numri i këmbëve unimodale, \(F_m\) është forca muskulore e krijuar nga lëvizja, \(F_f\) është forca e fibrës në telin SMA, \(K_x\) është ngurtësia e paragjykimit.susta, \(\alfa\) është këndi i trekëndëshit, \(x_0\) është zhvendosja fillestare e sustës së paragjykimit për të mbajtur kabllon SMA në pozicionin e paratensionuar dhe \(\Delta x\) është udhëtimi i aktivizuesit.
Zhvendosja ose lëvizja totale e diskut (\(\Delta x\)) në varësi të tensionit (\(\sigma\)) dhe sforcimit (\(\epsilon\)) në telin SMA të fazës së N-të, disku është vendosur në (shih Fig. pjesën shtesë të daljes):
Ekuacionet kinematike japin lidhjen midis deformimit të makinës (\(\epsilon\)) dhe zhvendosjes ose zhvendosjes (\(\Delta x\)).Deformimi i telit Arb si funksion i gjatësisë fillestare të telit Arb (\(l_0\)) dhe gjatësisë së telit (l) në çdo kohë t në një degë unimodale është si më poshtë:
ku \(l = \sqrt{l_0^2 +(\Delta x_1)^2 – 2 l_0 (\Delta x_1) \cos \alpha _1}\) përftohet duke aplikuar formulën e kosinusit në \(\Delta\)ABB ', siç tregohet në figurën 8. Për diskun e fazës së parë (\) (\) (\D) ), dhe \(\alfa _1\) është \(\alfa \) siç tregohet në Siç tregohet në figurën 8, duke diferencuar kohën nga ekuacioni (11) dhe duke zëvendësuar vlerën e l, shkalla e sforcimit mund të shkruhet si:
ku \(l_0\) është gjatësia fillestare e telit SMA, l është gjatësia e telit në çdo kohë t në një degë unimodale, \(\epsilon\) është deformimi i zhvilluar në telin SMA dhe \(\alfa \) është këndi i trekëndëshit, \(\Delta x\) është zhvendosja e makinës (siç tregohet në 8).
Të gjitha n strukturat me një kulm (\(n=6\) në këtë figurë) janë të lidhura në seri me \(V_{in}\) si tension në hyrje.Faza I: Diagrami skematik i telit SMA në një konfigurim bimodal në kushte të tensionit zero Faza II: Tregohet një strukturë e kontrolluar ku teli SMA është i ngjeshur për shkak të konvertimit të anasjelltë, siç tregohet nga vija e kuqe.
Si provë e konceptit, një makinë bimodale e bazuar në SMA u zhvillua për të testuar derivimin e simuluar të ekuacioneve themelore me rezultate eksperimentale.Modeli CAD i aktuatorit linear bimodal është paraqitur në fig.9a.Nga ana tjetër, në fig.9c tregon një dizajn të ri të propozuar për një lidhje prizmatike rrotulluese duke përdorur një aktivizues me bazë SMA me dy plane me një strukturë bimodale.Komponentët e diskut janë fabrikuar duke përdorur prodhim shtesë në një printer 3D Ultimaker 3 Extended.Materiali i përdorur për printimin 3D të komponentëve është polikarbonat i cili është i përshtatshëm për materiale rezistente ndaj nxehtësisë pasi është i fortë, i qëndrueshëm dhe ka një temperaturë të lartë të tranzicionit prej xhami (110-113 \(^{\circ }\) C).Përveç kësaj, Dynalloy, Inc. Teli aliazh memorie në formë Flexinol u përdor në eksperimente dhe vetitë e materialit që korrespondojnë me telin Flexinol u përdorën në simulime.Telat e shumëfishtë SMA janë rregulluar si fibra të pranishme në një rregullim bimodal të muskujve për të marrë forcat e larta të prodhuara nga aktivizuesit me shumë shtresa, siç tregohet në Fig. 9b, d.
Siç tregohet në figurën 9a, këndi akut i formuar nga teli SMA i krahut të lëvizshëm quhet kënd (\(\alfa\)).Me kapëset terminale të bashkangjitura në kapëset majtas dhe djathtas, teli SMA mbahet në këndin e dëshiruar bimodal.Pajisja e sustave të paragjykimit të mbajtur në lidhësin e sustës është projektuar për të rregulluar grupet e ndryshme të zgjatjes së sustave të paragjykimit sipas numrit (n) të fibrave SMA.Për më tepër, vendndodhja e pjesëve lëvizëse është projektuar në mënyrë që teli SMA të ekspozohet ndaj mjedisit të jashtëm për ftohje me konvekcion të detyruar.Pllakat e sipërme dhe të poshtme të montimit të ndashëm ndihmojnë në mbajtjen e telit SMA të ftohtë me prerje të ekstruduara të dizajnuara për të reduktuar peshën.Për më tepër, të dy skajet e telit CMA janë fiksuar në terminalet e majtë dhe të djathtë, përkatësisht, me anë të një shtrëngimi.Një piston është ngjitur në njërin skaj të montimit të lëvizshëm për të ruajtur hapësirën midis pllakave të sipërme dhe të poshtme.Plumberi përdoret gjithashtu për të aplikuar një forcë bllokuese në sensor përmes një kontakti për të matur forcën bllokuese kur teli SMA aktivizohet.
Struktura bimodale e muskujve SMA është e lidhur elektrikisht në seri dhe fuqizohet nga një tension pulsi në hyrje.Gjatë ciklit të pulsit të tensionit, kur aplikohet tension dhe teli SMA nxehet mbi temperaturën fillestare të austenitit, gjatësia e telit në secilën fillesë shkurtohet.Kjo tërheqje aktivizon nëngrupin e krahut të lëvizshëm.Kur voltazhi u zero në të njëjtin cikël, teli SMA i ndezur u ftoh nën temperaturën e sipërfaqes së martensitit, duke u kthyer kështu në pozicionin e tij origjinal.Në kushte stresi zero, teli SMA fillimisht shtrihet pasivisht nga një susta e animit për të arritur gjendjen martenzitike të shkëputur.Vidha, përmes së cilës kalon teli SMA, lëviz për shkak të ngjeshjes së krijuar nga aplikimi i një impulsi tensioni në telin SMA (SPA arrin fazën e austenitit), gjë që çon në aktivizimin e levës së lëvizshme.Kur teli SMA tërhiqet, susta e paragjykimit krijon një forcë kundërshtare duke e shtrirë më tej sustën.Kur stresi në tensionin e impulsit bëhet zero, teli SMA zgjatet dhe ndryshon formën e tij për shkak të ftohjes me konvekcion të detyruar, duke arritur një fazë martenzitike të dyfishtë.
Sistemi i propozuar i aktivizuesit linear të bazuar në SMA ka një konfigurim bimodal në të cilin telat SMA janë të kënduara.(a) përshkruan një model CAD të prototipit, i cili përmend disa nga komponentët dhe kuptimet e tyre për prototipin, (b, d) përfaqëson prototipin e zhvilluar eksperimental35.Ndërsa (b) tregon një pamje të sipërme të prototipit me lidhje elektrike dhe susta dhe matës deformimi të përdorura, (d) tregon një pamje perspektive të konfigurimit.(e) Diagrami i një sistemi aktivizimi linear me tela SMA të vendosur në mënyrë bimodale në çdo kohë t, që tregon drejtimin dhe rrjedhën e fibrës dhe forcës së muskujve.(c) Një lidhje prizmatike rrotulluese 2-DOF është propozuar për vendosjen e një aktivizuesi me bazë SMA me dy plane.Siç tregohet, lidhja transmeton lëvizje lineare nga disku i poshtëm në krahun e sipërm, duke krijuar një lidhje rrotulluese.Nga ana tjetër, lëvizja e çiftit të prizmave është e njëjtë me lëvizjen e makinës shumështresore të fazës së parë.
Një studim eksperimental u krye në prototipin e treguar në Fig. 9b për të vlerësuar performancën e një disku bimodal të bazuar në SMA.Siç tregohet në figurën 10a, konfigurimi eksperimental përbëhej nga një furnizim me energji DC i programueshëm për të furnizuar tensionin hyrës te telat SMA.Siç tregohet në fig.10b, një matës sforcimi piezoelektrik (PACEline CFT/5kN) u përdor për të matur forcën bllokuese duke përdorur një grafikues të dhënash Graphtec GL-2000.Të dhënat regjistrohen nga pritësi për studime të mëtejshme.Matësit e tendosjes dhe amplifikatorët e ngarkesës kërkojnë një furnizim të vazhdueshëm me energji elektrike për të prodhuar një sinjal tensioni.Sinjalet përkatëse konvertohen në dalje të fuqisë sipas ndjeshmërisë së sensorit të forcës piezoelektrike dhe parametrave të tjerë siç përshkruhet në tabelën 2. Kur aplikohet një impuls tensioni, temperatura e telit SMA rritet, duke shkaktuar ngjeshjen e telit SMA, gjë që bën që aktivizuesi të gjenerojë forcë.Rezultatet eksperimentale të daljes së forcës së muskujve nga një impuls i tensionit hyrës prej 7 V janë paraqitur në fig.2a.
(a) Një sistem aktivizues linear i bazuar në SMA u krijua në eksperiment për të matur forcën e krijuar nga aktivizuesi.Qeliza e ngarkesës mat forcën bllokuese dhe mundësohet nga një furnizim me energji 24 V DC.Një rënie e tensionit 7 V u aplikua përgjatë gjithë gjatësisë së kabllit duke përdorur një furnizim me energji DC të programueshëm GW Instek.Teli SMA tkurret për shkak të nxehtësisë dhe krahu i lëvizshëm kontakton qelizën e ngarkesës dhe ushtron një forcë bllokuese.Qeliza e ngarkesës lidhet me regjistruesin e të dhënave GL-2000 dhe të dhënat ruhen në host për përpunim të mëtejshëm.(b) Diagrami që tregon zinxhirin e komponentëve të konfigurimit eksperimental për matjen e forcës së muskujve.
Lidhjet e kujtesës së formës ngacmohen nga energjia termike, kështu që temperatura bëhet një parametër i rëndësishëm për studimin e fenomenit të kujtesës së formës.Eksperimentalisht, siç tregohet në Fig. 11a, imazhet termike dhe matjet e temperaturës u kryen në një aktuator divalerativ prototip të bazuar në SMA.Një burim i programueshëm DC aplikoi tensionin hyrës në telat SMA në konfigurimin eksperimental, siç tregohet në figurën 11b.Ndryshimi i temperaturës së telit SMA u mat në kohë reale duke përdorur një kamerë LWIR me rezolucion të lartë (FLIR A655sc).Pritësi përdor softuerin ResearchIR për të regjistruar të dhënat për përpunim të mëtejshëm.Kur aplikohet një impuls i tensionit, temperatura e telit SMA rritet, duke shkaktuar tkurrjen e telit SMA.Në fig.Figura 2b tregon rezultatet eksperimentale të temperaturës së telit SMA kundrejt kohës për një impuls të tensionit të hyrjes 7V.
Koha e postimit: Shtator-28-2022