Hatur nuhun pikeun ngadatangan Nature.com.Versi browser anu anjeun anggo gaduh dukungan CSS kawates.Pikeun pangalaman anu pangsaéna, kami nyarankeun yén anjeun nganggo browser anu diropéa (atanapi nganonaktipkeun Mode Kasaluyuan dina Internet Explorer).Samentawis waktos, pikeun mastikeun dukungan anu terus-terusan, kami bakal ngajantenkeun situs tanpa gaya sareng JavaScript.
Aktuator dianggo dimana-mana sareng nyiptakeun gerak anu dikendali ku cara nerapkeun gaya éksitasi atanapi torsi anu leres pikeun ngalakukeun rupa-rupa operasi dina manufaktur sareng otomatisasi industri.Kabutuhan pikeun drive anu langkung gancang, langkung alit sareng langkung efisien nyaéta nyetir inovasi dina desain drive.Shape Memory Alloy (SMA) drive nawiskeun sababaraha kaunggulan tibatan drive konvensional, kalebet rasio kakuatan-ka-beurat anu luhur.Dina disertasi ieu dikembangkeun aktuator berbasis SMA dua bulu anu ngagabungkeun kaunggulan otot buluan sistem biologis sareng sipat unik SMA.Panaliti ieu ngajalajah sareng ngalegaan aktuator SMA sateuacana ku cara ngembangkeun model matematika aktuator énggal dumasar kana susunan kawat SMA bimodal sareng nguji sacara ékspériméntal.Dibandingkeun drive dipikawanoh dumasar kana SMA, gaya actuation tina drive anyar sahenteuna 5 kali leuwih luhur (nepi ka 150 N).Leungitna beurat pakait nyaéta ngeunaan 67%.Hasil analisis sensitipitas model matematik mangpaat pikeun tuning parameter desain jeung pamahaman parameter konci.Ulikan ieu salajengna nampilkeun drive tahap Nth multi-level anu tiasa dianggo pikeun ningkatkeun dinamika.Aktuator otot dipvalerate basis SMA ngagaduhan rupa-rupa aplikasi, ti ngawangun otomatisasi kana sistem pangiriman ubar anu presisi.
Sistem biologis, sapertos struktur otot mamalia, tiasa ngaktifkeun seueur aktuator halus1.Mamalia gaduh struktur otot anu béda, masing-masing ngagaduhan tujuan anu khusus.Sanajan kitu, loba struktur jaringan otot mamalia bisa dibagi kana dua kategori lega.Paralel jeung pennate.Dina hamstrings na flexors séjén, sakumaha ngaranna nunjukkeun, otot paralel boga serat otot sajajar jeung urat sentral.Ranté serat otot dijejeran sareng dihubungkeun sacara fungsional ku jaringan konéktif di sabudeureunana.Sanajan otot-otot ieu disebut boga piknik badag (persentase pondok), kakuatan otot maranéhanana sakabéh pohara kawates.Kontras, dina otot anak sapi triceps2 (gastrocnemius gurat (GL)3, gastrocnemius medial (GM) 4 jeung soleus (SOL)) jeung extensor femoris (quadriceps) 5,6 jaringan otot pennate kapanggih dina unggal muscle7.Dina struktur pinnate, serat otot dina musculature bipennate aya dina dua sisi urat sentral dina sudut serong (sudut pinnate).Pennate asalna tina kecap Latin "penna", nu hartina "pen", jeung, sakumaha ditémbongkeun dina Gbr.1 boga penampilan bulu-kawas.Serat otot pennate langkung pondok sareng angled kana sumbu longitudinal otot.Kusabab struktur pinnate, mobilitas sakabéh otot ieu diréduksi, anu ngabalukarkeun komponén transverse sareng longitudinal tina prosés pondok.Di sisi séjén, aktivasina otot ieu ngabalukarkeun kakuatan otot sakabéh luhur alatan cara fisiologis aréa cross-sectional diukur.Ku alatan éta, pikeun wewengkon cross-sectional tinangtu, otot pennate bakal kuat sarta bakal ngahasilkeun gaya leuwih luhur batan otot kalawan serat paralel.Gaya anu dihasilkeun ku serat individu ngahasilkeun kakuatan otot dina tingkat makroskopis dina jaringan otot éta.Sajaba ti éta, mibanda sipat unik kayaning shrinkage gancang, panyalindungan ngalawan karuksakan tensile, cushioning.Éta ngarobih hubungan antara asupan serat sareng kaluaran kakuatan otot ku cara ngamangpaatkeun fitur unik sareng pajeulitna geometri tina susunan serat anu aya hubunganana sareng garis otot.
Ditémbongkeun nyaéta diagram skéma tina desain aktuator basis SMA anu aya hubunganana sareng arsitéktur otot bimodal, contona (a), ngalambangkeun interaksi gaya taktil dimana alat anu ngawangun leungeun anu digerakkeun ku kawat SMA dipasang dina robot mobil otonom dua roda9,10., (b) prosthesis orbital robotic kalawan antagonistically nempatkeun SMA spring-sarat prosthesis orbital.Posisi panon prosthetic dikawasa ku sinyal ti otot ocular of eye11, (c) aktuator SMA idéal pikeun aplikasi jero cai alatan respon frékuénsi luhur maranéhanana sarta rubakpita low.Dina konfigurasi ieu, aktuator SMA dipaké pikeun nyieun gerak gelombang ku cara simulasi gerak lauk, (d) aktuator SMA dipaké pikeun nyieun robot inspeksi pipa mikro nu bisa ngagunakeun prinsip gerak cacing inci, dikawasa ku gerakan kawat SMA di jero channel 10, (e) nembongkeun arah kontraksi serat otot sarta ngahasilkeun gaya contractile dina otot gastrocnemius ngawangun struktur serat otot SMA, (f).
Aktuator parantos janten bagian anu penting dina sistem mékanis kusabab rupa-rupa aplikasina.Ku alatan éta, kabutuhan pikeun drive anu langkung alit, langkung gancang sareng langkung efisien janten kritis.Sanajan kaunggulan maranéhanana, drive tradisional geus kabuktian mahal tur consuming waktu pikeun ngajaga.Aktuator hidrolik sareng pneumatik rumit sareng mahal sareng tiasa dianggo, masalah pelumasan sareng gagal komponén.Pikeun ngaréspon paménta, fokusna nyaéta pikeun ngembangkeun aktuator anu murah, dioptimalkeun ukuran sareng maju dumasar kana bahan pinter.Panalitian anu terus-terusan ningalikeun aktuator lapisan mémori bentuk (SMA) pikeun nyumponan kabutuhan ieu.Aktuator hierarki unik sabab ngagabungkeun seueur aktuator diskrit kana subsistem skala makro geometricly kompléks pikeun nyayogikeun fungsionalitas anu ningkat sareng dilegakeun.Dina hal ieu, jaringan otot manusa ditétélakeun di luhur nyadiakeun conto multilayered alus teuing tina actuation multilayered misalna.Panaliti ayeuna ngajelaskeun drive SMA multi-level sareng sababaraha elemen drive individu (kawat SMA) saluyu sareng orientasi serat anu aya dina otot bimodal, anu ningkatkeun kinerja drive sadayana.
Tujuan utama aktuator nyaéta pikeun ngahasilkeun kaluaran kakuatan mékanis sapertos gaya sareng pamindahan ku cara ngarobah énergi listrik.Wangun alloy mémori mangrupakeun kelas bahan "pinter" nu bisa mulangkeun bentuk maranéhanana dina suhu luhur.Dina beban tinggi, paningkatan dina suhu kawat SMA ngabalukarkeun recovery bentuk, hasilna kapadetan énergi actuation luhur dibandingkeun rupa bahan pinter langsung kabeungkeut.Dina waktos anu sami, dina beban mékanis, SMA janten rapuh.Dina kaayaan anu tangtu, beban siklik tiasa nyerep sareng ngaleupaskeun énergi mékanis, nunjukkeun parobihan bentuk histeris anu tiasa dibalikkeun.Sipat unik ieu ngajadikeun SMA idéal pikeun sénsor, damping geter sareng khususna aktuator12.Kalayan dina pikiran ieu, parantos seueur panilitian ngeunaan drive berbasis SMA.Ieu kudu dicatet yén actuator basis SMA dirancang pikeun nyadiakeun gerak translasi jeung rotary pikeun rupa-rupa aplikasi13,14,15.Sanaos sababaraha aktuator Rotary parantos dikembangkeun, panalungtik khususna museurkeun aktuator linier.Aktuator linier ieu tiasa dibagi jadi tilu jinis aktuator: hiji-dimensi, kapindahan sareng aktuator diferensial 16 .Mimitina, drive hibrida diciptakeun dina kombinasi sareng SMA sareng drive konvensional anu sanés.Salah sahiji conto tina aktuator linier hibrid dumasar SMA nyaéta ngagunakeun kawat SMA kalayan motor DC pikeun masihan kakuatan kaluaran sakitar 100 N sareng pamindahan anu signifikan17.
Salah sahiji pamekaran munggaran dina drive dumasar kana SMA nyaéta drive paralel SMA.Nganggo sababaraha kawat SMA, drive paralel basis SMA dirancang pikeun ningkatkeun kamampuan kakuatan drive ku cara nempatkeun sadaya kabel SMA18 paralel.sambungan paralel of actuators teu ngan merlukeun kakuatan leuwih, tapi ogé ngawatesan kakuatan kaluaran kawat tunggal.Kakurangan anu sanésna tina aktuator dumasar SMA nyaéta perjalanan terbatas anu tiasa dihontal.Pikeun ngajawab masalah ieu, SMA kabel beam dijieun ngandung deflected beam fléksibel pikeun ngaronjatkeun kapindahan sarta ngahontal gerak linier, tapi teu ngahasilkeun gaya luhur19.Struktur deformable lemes jeung fabrics pikeun robot dumasar kana alloy memori bentukna geus dimekarkeun utamana pikeun amplification dampak20,21,22.Pikeun aplikasi dimana speeds tinggi diperlukeun, pompa kompak disetir geus dilaporkeun ngagunakeun SMA film ipis pikeun micropump disetir aplikasi23.Frékuénsi drive mémbran SMA pilem ipis mangrupakeun faktor konci dina ngadalikeun laju supir.Ku alatan éta, SMA motor linier boga respon dinamis hadé ti SMA spring atanapi rod motor.Robotika lemes sareng téknologi gripping mangrupikeun dua aplikasi sanés anu nganggo aktuator berbasis SMA.Contona, pikeun ngaganti actuator baku dipaké dina clamp spasi 25 N, hiji bentuk mémori alloy actuator paralel 24 dimekarkeun.Dina kasus séjén, hiji aktuator lemes SMA dijieun dumasar kana kawat jeung matrix embedded sanggup ngahasilkeun gaya tarikan maksimum 30 N. Alatan sipat mékanis maranéhanana, SMA ogé dipaké pikeun ngahasilkeun actuators nu meniru fenomena biologis.Salah sahiji pamekaran sapertos kalebet robot 12-sél anu mangrupikeun biomimetik organisme sapertos cacing tanah sareng SMA pikeun ngahasilkeun gerak sinusoida pikeun seuneu26,27.
Sakumaha didadarkeun di saméméhna, aya wates pikeun gaya maksimum nu bisa didapet ti actuators basis SMA aya.Pikeun ngajawab masalah ieu, ulikan ieu presents struktur otot bimodal biomimetic.Didorong ku bentuk kawat alloy memori.Eta nyadiakeun sistem klasifikasi nu ngawengku sababaraha bentuk kawat alloy memori.Nepi ka ayeuna, teu aya aktuator basis SMA sareng arsitéktur anu sami anu dilaporkeun dina literatur.Sistem unik sareng novel dumasar kana SMA ieu dikembangkeun pikeun ngulik paripolah SMA nalika alignment otot bimodal.Dibandingkeun sareng aktuator berbasis SMA anu tos aya, tujuan ulikan ieu nyiptakeun aktuator dipvalerat biomimetik pikeun ngahasilkeun gaya anu langkung luhur dina volume anu alit.Dibandingkeun jeung motor stepper drive drive konvensional dipaké dina automation wangunan HVAC jeung sistem kontrol, diusulkeun design bimodal drive basis SMA ngurangan beurat mékanisme drive ku 67%.Di handap ieu, istilah "otot" jeung "drive" dipaké bulak.Ulikan ieu nalungtik simulasi multifisika drive sapertos kitu.Paripolah mékanis sistem sapertos kitu parantos diulik ku métode ékspérimén sareng analitik.Sebaran gaya sareng suhu ditalungtik deui dina tegangan input 7 V. Salajengna, analisa parametrik dilaksanakeun pikeun langkung ngartos hubungan antara parameter konci sareng gaya kaluaran.Tungtungna, aktuator hirarkis parantos dibayangkeun sareng épék tingkat hirarkis parantos diusulkeun salaku daérah poténsial pikeun aktuator non-magnétik pikeun aplikasi prostétik.Nurutkeun kana hasil tina studi disebut tadi, pamakéan arsitéktur single-tahap ngahasilkeun gaya sahenteuna opat nepi ka lima kali leuwih luhur ti dilaporkeun actuators basis SMA.Salaku tambahan, gaya drive anu sami anu dibangkitkeun ku drive multi-level multi-level parantos ditingalikeun langkung ti sapuluh kali tina drive berbasis SMA konvensional.Ulikan lajeng ngalaporkeun parameter konci ngagunakeun analisis sensitipitas antara desain béda jeung variabel input.Panjang awal kawat SMA (\ (l_0 \)), sudut pinnate (\ (\ alpha \)) jeung jumlah untaian tunggal (n) dina unggal untaian individu boga pangaruh négatip kuat dina gedena gaya nyetir.kakuatan, sedengkeun tegangan input (énergi) tétéla correlated positif.
Kawat SMA nunjukkeun pangaruh mémori bentuk (SME) anu katingali dina kulawarga alloy nikel-titanium (Ni-Ti).Biasana, SMA nunjukkeun dua fase anu gumantung kana suhu: fase suhu rendah sareng fase suhu luhur.Duanana fase mibanda sipat unik alatan ayana struktur kristal béda.Dina fase austenite (fase suhu luhur) aya di luhur suhu transformasi, bahan némbongkeun kakuatan tinggi na kirang cacad dina beban.alloy nu behaves kawas stainless steel, ku kituna bisa tahan tekanan actuation luhur.Ngamangpaatkeun sipat ieu alloy Ni-Ti, kawat SMA anu slanted pikeun ngabentuk actuator.Model analitik anu cocog dikembangkeun pikeun ngartos mékanika dasar tina kabiasaan termal SMA dina pangaruh rupa-rupa parameter sareng rupa-rupa géométri.Kasapukan anu saé dicandak antara hasil ékspérimén sareng analitik.
Hiji studi ékspérimén dilaksanakeun dina prototipe ditémbongkeun dina Gbr. 9a pikeun evaluate kinerja drive bimodal dumasar SMA.Dua sipat ieu, gaya dihasilkeun ku drive (gaya otot) jeung suhu kawat SMA (suhu SMA), diukur sacara ékspériméntal.Salaku bédana tegangan naek sapanjang sakabéh panjang kawat dina drive, hawa kawat naek alatan pangaruh pemanasan Joule.Tegangan input diterapkeun dina dua siklus 10-s (ditémbongkeun salaku titik-titik beureum dina Gbr. 2a, b) kalawan periode cooling 15-s antara unggal siklus.Gaya pameungpeuk diukur nganggo gauge galur piezoelektrik, sareng distribusi suhu kawat SMA dipantau sacara real waktos nganggo kaméra LWIR resolusi luhur kelas ilmiah (tingali karakteristik alat anu dianggo dina Tabel 2).nunjukeun yen salila fase tegangan tinggi, suhu kawat naek monotonically, tapi lamun euweuh arus ngalir, hawa kawat terus turun.Dina setelan ékspérimén ayeuna, suhu kawat SMA turun nalika fase cooling, tapi éta masih luhur suhu ambient.Dina Gbr.2e nembongkeun snapshot tina hawa dina kawat SMA dicokot tina kaméra LWIR.Di sisi séjén, dina Gbr.2a nembongkeun gaya blocking dihasilkeun ku sistem drive.Nalika gaya otot ngaleuwihan gaya malikkeun tina cinyusu, panangan movable, ditémbongkeun saperti dina Gambar 9a, mimiti gerak.Pas actuation dimimitian, panangan movable datang kana kontak jeung sensor, nyieun gaya awak, ditémbongkeun saperti dina Gbr.2c, d.Lamun suhu maksimum deukeut ka \(84\,^{\circ}\hbox {C}\), gaya observasi maksimum nyaéta 105 N.
Grafik nunjukkeun hasil ékspérimén tina suhu kawat SMA sareng gaya anu dibangkitkeun ku aktuator bimodal dumasar SMA salami dua siklus.Tegangan input diterapkeun dina dua siklus 10 detik (ditémbongkeun salaku titik-titik beureum) kalayan periode tiis 15 detik antara unggal siklus.Kawat SMA anu digunakeun pikeun percobaan nyaéta kawat Flexinol diaméterna 0,51 mm ti Dynalloy, Inc. ngagunakeun kaméra LWIR software FLIR ResearchIR.Parameter geometri anu dipertimbangkeun dina percobaan dirumuskeun dina tabél.hiji.
Hasil simulasi model matematik jeung hasil eksperimen dibandingkeun dina kaayaan tegangan input 7V, ditémbongkeun saperti dina Gbr.5.Numutkeun hasil analisa parametrik sareng pikeun ngahindarkeun kamungkinan overheating kawat SMA, kakuatan 11,2 W disayogikeun ka actuator.Pasokan listrik DC anu tiasa diprogram dianggo pikeun nyayogikeun 7V salaku tegangan input, sareng arus 1.6A diukur dina kawat.Gaya anu dibangkitkeun ku drive sareng suhu paningkatan SDR nalika arus diterapkeun.Kalayan tegangan input 7V, gaya kaluaran maksimum anu dicandak tina hasil simulasi sareng hasil ékspérimén siklus kahiji nyaéta 78 N sareng 96 N, masing-masing.Dina siklus kadua, gaya kaluaran maksimum tina simulasi jeung hasil ékspérimén nyaéta 150 N jeung 105 N, masing-masing.Béda antara pangukuran gaya occlusion sareng data ékspérimén tiasa disababkeun ku métode anu digunakeun pikeun ngukur gaya occlusion.Hasil eksperimen ditémbongkeun dina Gbr.5a pakait jeung pangukuran gaya ngonci, anu dina gilirannana diukur nalika aci drive éta dina kontak jeung PACEline CFT / 5kN transduser gaya piezoelektrik, ditémbongkeun saperti dina Gbr.2s.Ku alatan éta, nalika aci drive teu di kontak jeung sensor gaya dina awal zone cooling, gaya geuwat jadi enol, ditémbongkeun saperti dina Gbr. 2d.Sajaba ti éta, parameter séjén anu mangaruhan formasi gaya dina siklus saterusna nyaéta nilai waktu cooling jeung koefisien mindahkeun panas convective dina siklus saméméhna.Ti Gbr.2b, bisa ditempo yén sanggeus periode cooling 15 detik, kawat SMA teu ngahontal suhu kamar sahingga miboga suhu awal nu leuwih luhur (\(40\,^{\circ}\hbox {C}\)) dina siklus nyetir kadua dibandingkeun jeung siklus kahiji (\(25\, ^{\circ}\hbox {C}\)).Ku kituna, dibandingkeun jeung siklus kahiji, suhu kawat SMA salila siklus pemanasan kadua ngahontal suhu austenite awal (\(A_s\)) saméméhna tur tetep dina periode transisi leuwih lila, hasilna stress jeung gaya.Di sisi anu sanés, distribusi suhu salami siklus pemanasan sareng pendinginan anu dicandak tina ékspérimén sareng simulasi gaduh kasaruaan kualitatif anu luhur sareng conto tina analisis thermographic.Analisis komparatif tina SMA kawat data termal tina percobaan sarta simulasi némbongkeun konsistensi salila pemanasan sarta cooling siklus sarta dina tolerances ditarima pikeun data eksperimen.Suhu maksimum kawat SMA, dimeunangkeun tina hasil simulasi jeung ékspérimén siklus kahiji, nyaéta \(89\,^{\circ }\hbox {C}\) jeung \(75\,^{\circ }\hbox { C }\, masing-masing), sarta dina siklus kadua suhu maksimum kawat SMA nyaéta \(94\,^}h {\circ }3 {\circ }3 {\circ }3,^ C}\).Modél anu dikembangkeun dasarna mastikeun pangaruh pangaruh mémori bentuk.Peran kacapean sareng overheating henteu dipertimbangkeun dina ulasan ieu.Dina mangsa nu bakal datang, modél bakal ningkat pikeun ngawengku sajarah stress tina kawat SMA, sahingga leuwih cocog pikeun aplikasi rékayasa.Gaya kaluaran drive jeung plot hawa SMA dicandak ti blok Simulink aya dina tolerances allowable tina data eksperimen dina kaayaan hiji pulsa tegangan input 7 V. Ieu confirms correctness jeung reliabilitas model matematik dimekarkeun.
Modél matematik dikembangkeun di lingkungan MathWorks Simulink R2020b ngagunakeun persamaan dasar anu dijelaskeun dina bagian Métode.Dina Gbr.3b nembongkeun diagram blok model matematika Simulink.model ieu simulated pikeun pulsa tegangan input 7V ditémbongkeun saperti dina Gbr. 2a, b.Nilai parameter anu digunakeun dina simulasi dibéréndélkeun dina Table 1. Hasil tina simulasi prosés fana dibere dina Gambar 1 jeung 1. Gambar 3a jeung 4. Dina Gbr.4a,b nunjukkeun tegangan induksi dina kawat SMA sareng gaya anu dibangkitkeun ku aktuator salaku fungsi waktos. Salila transformasi sabalikna (pemanasan), nalika suhu kawat SMA, \(T <A_s^{\prime}\) (suhu mimiti fase austenite-dirobah stress), laju robah fraksi volume martensite (\(\ dot {\xi }\)) bakal nol. Salila transformasi sabalikna (pemanasan), nalika suhu kawat SMA, \(T <A_s^{\prime}\) (suhu mimiti fase austenite stress-dirobah), laju robah fraksi volume martensite (\(\ dot {\ xi }\)) bakal nol. Во время обратного превращения (нагрева), когда температура проволоки SMA, \(T <A_s^{\prime}\) (температура начала аустенипидироно, цинфорный жением), скорость изменения объемной доли мартенсита (\(\dot{\ xi }\)) будет равно нулю. Salila transformasi sabalikna (pemanasan), nalika suhu kawat SMA, \(T <A_s^{\prime}\) (suhu awal austenite-dirobah stress), laju robah fraksi volume martensite (\(\dot{\ xi }\ )) bakal nol.SMA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 е) скорость изменения объемной доли мартенсита (\( \dot{\ xi }\)) будет равно нулю. Salila transformasi sabalikna (pemanasan) dina suhu kawat SMA \(T <A_s^{\prime}\) (suhu nukleasi fase austenite, dilereskeun keur stress), laju robah fraksi volume martensite (\(\dot{\ xi }\)) bakal sarua jeung nol.Ku alatan éta, laju robah stress (\(\dot{\sigma}\)) bakal gumantung kana laju galur (\(\dot{\epsilon}\)) jeung gradién suhu (\(\dot{T} \) ) ngan ngagunakeun persamaan (1).Sanajan kitu, salaku kawat SMA naek dina suhu sarta crosses (\(A_s^{\prime}\)), fase austenite mimiti ngabentuk, sarta (\(\ dot {\ xi}\)) dicokot salaku nilai dibikeun tina persamaan (3).Ku alatan éta, laju parobahan tegangan (\(\dot{\sigma}\)) dikontrol babarengan ku \(\dot{\epsilon}, \dot{T}\) jeung \(\dot{\xi}\) sarua jeung dirumuskeun dina rumus (1).Ieu ngécéskeun parobahan gradién anu dititénan dina peta setrés sareng gaya anu béda-béda salami siklus pemanasan, sapertos anu dipidangkeun dina Gbr. 4a, b.
(a) Hasil simulasi nunjukkeun distribusi suhu sareng suhu simpang anu disababkeun ku setrés dina aktuator divalerat berbasis SMA.Nalika suhu kawat nyebrang suhu transisi austenite dina tahap pemanasan, suhu transisi austenite anu dirobih mimiti ningkat, sareng sami, nalika suhu kawat kawat nyebrang suhu transisi martensitik dina tahap pendinginan, suhu transisi martensitik turun.SMA pikeun modeling analitik tina prosés actuation.(Pikeun tempoan detil unggal subsistem model Simulink, tingali bagian lampiran tina file tambahan.)
Hasil analisa pikeun distribusi parameter anu béda dipidangkeun pikeun dua siklus tegangan input 7V (10 siklus pemanasan kadua sareng siklus cool down 15 detik).Sedengkeun (ac) jeung (e) ngagambarkeun sebaran kana waktu, di sisi séjén, (d) jeung (f) ngagambarkeun sebaran jeung suhu.Pikeun kondisi input masing-masing, tegangan observasi maksimum nyaéta 106 MPa (kurang ti 345 MPa, kakuatan ngahasilkeun kawat), gaya 150 N, kapindahan maksimum nyaéta 270 µm, sarta fraksi volume martensitic minimum nyaéta 0,91.Di sisi anu sanés, parobihan setrés sareng parobihan fraksi volume martensit kalayan suhu sami sareng ciri histeresis.
Katerangan anu sami manglaku ka transformasi langsung (cooling) ti fase austenite ka fase martensit, dimana suhu kawat SMA (T) sareng suhu tungtung fase martensit anu dirobih stres (\ (M_f ^ {\ prime} \ )) alus teuing.Dina Gbr.4d, f nembongkeun parobahan dina stress ngainduksi (\ (\ sigma \)) jeung fraksi volume martensite (\ (\ xi \)) dina kawat SMA salaku fungsi tina parobahan suhu kawat SMA (T), pikeun duanana siklus nyetir.Dina Gbr.Gambar 3a nembongkeun parobahan dina suhu kawat SMA jeung waktu gumantung kana pulsa tegangan input.Salaku bisa ditempo ti gambar, suhu kawat terus ningkat ku nyadiakeun sumber panas dina tegangan enol jeung cooling convective saterusna.Salila pemanasan, retransformasi martensit ka fase austenite dimimitian nalika suhu kawat SMA (T) crosses suhu nucleation austenite nu dilereskeun stress (\(A_s^{\prime}\)).Salila fase ieu, kawat SMA dikomprés sareng aktuator ngahasilkeun gaya.Ogé salila cooling, nalika suhu kawat SMA (T) crosses suhu nucleation tina fase martensite-modified stress (\(M_s^ {\prime}\)) aya transisi positif ti fase austenite ka fase martensite.gaya drive ngurangan.
Aspék kualitatif utama drive bimodal dumasar SMA tiasa didapet tina hasil simulasi.Dina kasus input pulsa tegangan, suhu kawat SMA naek alatan pangaruh pemanasan Joule.Nilai awal fraksi volume martensit (\(\xi\)) disetel ka 1, saprak bahan mimitina dina fase martensit pinuh.Nalika kawat terus panas, suhu kawat SMA ngaleuwihan suhu nucleation austenite nu dilereskeun stress \ (A_s ^ {\ prime} \), hasilna panurunan dina fraksi volume martensite, ditémbongkeun saperti dina Gambar 4c.Sajaba ti éta, dina Gbr.4e nembongkeun sebaran stroke tina actuator dina jangka waktu, sarta dina Gbr.5 - gaya nyetir salaku fungsi waktu.Sistem persamaan anu aya hubunganana kalebet suhu, fraksi volume martensit, sareng setrés anu tumbuh dina kawat, nyababkeun nyusutan kawat SMA sareng gaya anu dibangkitkeun ku aktuator.Ditémbongkeun saperti dina Gbr.4d,f, variasi tegangan jeung suhu sarta volume martensite variasi fraksi volume kalawan suhu pakait jeung ciri hysteresis SMA dina kasus simulasi dina 7 V.
Ngabandingkeun parameter nyetir dicandak ngaliwatan percobaan sarta itungan analitik.Kawat-kawatna dipasihan tegangan input pulsa 7 V salami 10 detik, teras tiis salami 15 detik (fase cooling) salami dua siklus.Sudut pinnate disetel ka \ (40 ^ {\ circ} \) jeung panjang awal kawat SMA dina unggal leg pin tunggal disetel ka 83mm.(a) Ngukur gaya nyetir ku sél beban (b) Ngawas suhu kawat ku kaméra infra red termal.
Pikeun ngartos pangaruh parameter fisik dina gaya anu dihasilkeun ku drive, analisa sensitipitas model matematik kana parameter fisik anu dipilih dilaksanakeun, sareng parameterna diurutkeun dumasar kana pangaruhna.Kahiji, sampling parameter modél dipigawé ngagunakeun prinsip desain eksperimen nu dituturkeun distribusi seragam (tingali Bagéan Suplemén on Analisis Sensitipitas).Dina hal ieu, parameter model kaasup tegangan input (\ (V_ {di} \)), awal SMA panjang kawat (\ (l_0 \)), sudut segitiga (\ (\ alpha \)), bias spring konstan (\ ( K_x \ )), nu convective mindahkeun panas koefisien (\ (h_T \)) jeung jumlah cabang unimodal (n).Dina lengkah saterusna, kakuatan otot puncak dipilih salaku sarat desain ulikan sarta épék parametrik unggal set variabel dina kakuatan dicandak.Plot puting beliung pikeun analisis sensitipitas diturunkeun tina koefisien korelasi pikeun tiap parameter, ditémbongkeun saperti dina Gbr. 6a.
(a) Nilai koefisien korelasi tina parameter modél sareng pangaruhna kana kakuatan kaluaran maksimal 2500 grup unik tina parameter modél di luhur dipidangkeun dina plot puting beliung.Grafik nembongkeun korelasi rengking sababaraha indikator.Ieu jelas yén \(V_{in}\) nyaéta hiji-hijina parameter nu mibanda korelasi positif, sarta \(l_0\) mangrupakeun parameter nu boga korelasi négatip pangluhurna.Pangaruh rupa parameter dina sagala rupa kombinasi dina kakuatan otot puncak ditémbongkeun dina (b, c).\(K_x\) dibasajankeun 400 nepi ka 800 N/m sarta n rentang ti 4 nepi ka 24. Tegangan (\(V_{in}\)) robah tina 4V ka 10V, panjang kawat (\(l_{0 } \)) robah tina 40 nepi ka 100 mm, sarta sudut buntut (\) \ ed (\) .
Dina Gbr.6a nembongkeun plot puting beliung rupa-rupa koefisien korelasi pikeun tiap parameter jeung sarat design gaya drive puncak.Ti Gbr.6a bisa ditempo yén parameter tegangan (\(V_{in}\)) langsung patali jeung gaya kaluaran maksimum, sarta koefisien mindahkeun panas convective (\(h_T\)), sudut seuneu (\ ( \ alpha \)), kapindahan spring konstanta ( \ (K_x \)) correlated négatip jeung gaya kaluaran jeung kawat _0 (\) a (l) négatif correlated kalawan gaya kaluaran jeung kawat _0 (\) a (l) tina kawat awal (\) a (l) tina jumlah kawat mimiti (\) a (l) korelasi tibalik kuat Dina kasus korelasi langsung Dina kasus nilai luhur koefisien korelasi tegangan (\(V_ {dina}\)) nunjukkeun yén parameter ieu boga pangaruh greatest dina kaluaran kakuatan.Analisis sarupa sejen ngukur gaya puncak ku evaluating efek parameter béda dina kombinasi béda tina dua spasi komputasi, ditémbongkeun saperti dina Gbr. 6b, c.\(V_{in}\) jeung \(l_0\), \(\alpha\) jeung \(l_0\) mibanda pola nu sarua, sarta grafik némbongkeun yén \(V_{in}\) jeung \(\alpha\ ) jeung \(\alpha\) mibanda pola nu sarupa.Nilai nu leuwih leutik tina \(l_0\) ngahasilkeun gaya puncak nu leuwih luhur.Dua plot séjén konsisten jeung Gambar 6a, dimana n jeung \(K_x\) correlated négatif jeung \(V_{in}\) correlated positif.Analisis ieu mantuan pikeun nangtukeun tur ngaluyukeun parameter influencing ku mana gaya kaluaran, stroke jeung efisiensi tina sistem drive bisa diadaptasi kana sarat jeung aplikasi.
Karya panalungtikan ayeuna ngenalkeun sareng nalungtik drive hirarki sareng tingkat N.Dina hirarki dua-tingkat, ditémbongkeun saperti dina Gbr. 7a, dimana tinimbang unggal kawat SMA tina actuator tingkat kahiji, kahontal susunan bimodal, ditémbongkeun saperti dina Gbr.9e.Dina Gbr.7c nembongkeun kumaha kawat SMA ieu tatu sabudeureun panangan movable (panangan bantu) nu ngan ngalir dina arah longitudinal.Sanajan kitu, panangan movable primér terus gerak dina cara nu sarua salaku panangan movable tina 1st stage multi-stage actuator.Ilaharna, hiji N-tahap drive dijieun ku ngaganti \ (N-1 \) kawat SMA tahap jeung drive tahap kahiji.Hasilna, unggal cabang imitates drive tahap kahiji, iwal cabang nu nahan kawat sorangan.Ku cara kieu, struktur sarang tiasa dibentuk anu nyiptakeun gaya anu sababaraha kali langkung ageung tibatan gaya drive primér.Dina ulikan ieu, pikeun tiap tingkat, total panjang kawat SMA éféktif 1 m dicokot kana rekening, ditémbongkeun saperti dina format tabular dina Gbr. 7d.Arus ngaliwatan unggal kawat dina unggal desain unimodal sarta hasilna prastress jeung tegangan dina unggal ruas kawat SMA sarua di unggal tingkat.Numutkeun model analitik urang, gaya kaluaran correlated positif jeung tingkat, sedengkeun kapindahan ieu négatip correlated.Dina waktu nu sarua, aya trade-off antara kapindahan jeung kakuatan otot.Saperti katempo dina Gbr.7b, sedengkeun gaya maksimum kahontal dina jumlah pangbadagna lapisan, kapindahan pangbadagna dititénan dina lapisan panghandapna.Nalika tingkat hirarki disetel ka \ (N = 5 \), kakuatan otot puncak 2,58 kN kapanggih kalawan 2 stroke observasi \(\upmu\)m.Di sisi séjén, drive tahap kahiji ngahasilkeun gaya 150 N dina stroke 277 \(\upmu\)m.Aktuator multi-tingkat tiasa meniru otot biologis nyata, dimana otot jieunan dumasar kana bentuk alloy mémori tiasa ngahasilkeun gaya anu langkung luhur kalayan gerakan anu tepat sareng langkung saé.Watesan desain miniatur ieu nyaéta nalika hierarki ningkat, gerakanna diréduksi pisan sareng pajeulitna prosés manufaktur drive naék.
(a) A dua-tahap (\ (N = 2 \)) layered bentuk mémori alloy Sistim actuator linier ditémbongkeun dina konfigurasi bimodal.Modél anu diusulkeun dihontal ku ngagentos kawat SMA dina aktuator berlapis tahap kahiji sareng aktuator berlapis tunggal sanés.(c) Konfigurasi cacad tina aktuator multilayer tahap kadua.(b) Distribusi gaya na displacements gumantung kana jumlah tingkat digambarkeun.Geus kapanggih yén gaya puncak actuator nu correlated positif jeung tingkat skala dina grafik, sedengkeun stroke ieu négatip correlated kalawan tingkat skala.Arus jeung pre-tegangan dina unggal kawat tetep konstan dina sagala tingkatan.(d) tabél nembongkeun jumlah keran jeung panjang kawat SMA (serat) dina unggal tingkat.Karakteristik kawat dituduhkeun ku indéks 1, sareng jumlah cabang sekundér (hiji dihubungkeun sareng leg primér) dituduhkeun ku jumlah panggedéna dina subskrip.Contona, dina tingkat 5, \ (n_1 \) nujul kana jumlah kawat SMA hadir dina unggal struktur bimodal, sarta \ (n_5 \) nujul kana jumlah suku bantu (hiji disambungkeun ka leg utama).
Rupa-rupa métode geus diajukeun ku loba panalungtik model paripolah SMA jeung memori bentuk, nu gumantung kana sipat thermomechanical marengan parobahan makroskopis dina struktur kristal pakait sareng transisi fase.Formulasi métode konstitutif sacara inherently kompléks.Modél fénoménologis anu paling sering dianggo diusulkeun ku Tanaka28 sareng seueur dianggo dina aplikasi rékayasa.Modél fénoménologis anu diusulkeun ku Tanaka [28] nganggap yén fraksi volume martensit mangrupikeun fungsi éksponénsial suhu sareng setrés.Salajengna, Liang sareng Rogers29 sareng Brinson30 ngusulkeun modél dimana dinamika transisi fase dianggap fungsi kosinus tegangan sareng suhu, kalayan modifikasi sakedik kana modél.Becker jeung Brinson ngusulkeun model kinétik dumasar diagram fase pikeun model paripolah bahan SMA dina kaayaan loading sawenang ogé transisi parsial.Banerjee32 ngagunakeun métode dinamika diagram fase Bekker jeung Brinson31 pikeun nyonto hiji gelar manipulator kabebasan anu dikembangkeun ku Elahinia jeung Ahmadian33.Métode kinétik dumasar kana diagram fase, anu merhatikeun parobahan nonmonotonic dina tegangan jeung suhu, hésé dilaksanakeun dina aplikasi rékayasa.Elakhinia sareng Ahmadian narik perhatian kana kakurangan model fenomenologis anu aya sareng ngajukeun modél fenomenologis ngalegaan pikeun nganalisis sareng nangtukeun paripolah mémori bentuk dina kaayaan beban anu kompleks.
Modél struktural kawat SMA méré stress (\(\sigma\)), galur (\(\epsilon\)), suhu (T), jeung fraksi volume martensite (\(\xi\)) kawat SMA.Modél konstitutif fenomenologis munggaran diajukeun ku Tanaka28 teras diadopsi ku Liang29 sareng Brinson30.Turunan tina persamaan ngabogaan wangun:
dimana E nyaéta modulus SMA Young gumantung fase diala ngagunakeun \(\displaystyle E=\xi E_M + (1-\xi)E_A\) jeung \(E_A\) jeung \(E_M\) ngalambangkeun modulus Young nyaéta fase austenitic jeung martensitic, masing-masing, sarta koefisien ékspansi termal digambarkeun ku \(\\theta).Faktor kontribusi transisi fase nyaéta \ (\ Omega = -E \ epsilon _L \) jeung \ (\ epsilon _L \) teh galur recoverable maksimum dina kawat SMA.
Persamaan dinamika fase coincides jeung fungsi kosinus dikembangkeun ku Liang29 sarta engké diadopsi ku Brinson30 tinimbang fungsi eksponensial diajukeun ku Tanaka28.Modél transisi fase mangrupa ékspansi tina modél anu diusulkeun ku Elakhinia jeung Ahmadian34 sarta dirobah dumasar kana kondisi transisi fase anu dibikeun ku Liang29 jeung Brinson30.Kaayaan anu digunakeun pikeun modél transisi fase ieu sah dina beban térmomékanis kompléks.Dina unggal momen waktu, nilai fraksi volume martensit diitung nalika modeling persamaan constitutive.
Persamaan retransformasi anu ngatur, ditembongkeun ku transformasi martensit ka austenit dina kaayaan pemanasan, nyaéta kieu:
dimana \(\xi\) nyaéta fraksi volume martensit, \(\xi _M\) nyaéta fraksi volume martensit diala saméméh pemanasan, \(\displaystyle a_A = \pi /(A_f – A_s)\), \ ( \displaystyle b_A = -a_A/C_A\) jeung \(C_A\) (kurve parameter_, T –A\) (kurve appro_, T –A\) – parameter_kurva_, T –A\) ) - awal jeung ahir fase austenite, masing-masing, suhu.
Persamaan kontrol transformasi langsung, digambarkeun ku transformasi fase austenite ka martensit dina kaayaan cooling, nyaéta:
dimana \(\xi _A\) mangrupa fraksi volume martensit diala saméméh cooling, \(\displaystyle a_M = \pi /(M_s - M_f)\), \(\displaystyle b_M = -a_M/C_M\) jeung \ ( C_M \) - kurva pas parameter, T - suhu kawat SMA, masing-masing - (M_s \) jeung suhu kawat awal, \(M_s \) jeung \ (M_s \) jeung tegangan awal, masing-masing \ (M_s \) jeung \ (M_s \)
Sanggeus persamaan (3) jeung (4) dibédakeun, persamaan transformasi tibalik jeung langsung disederhanakeun kana wangun ieu:
Salila transformasi maju jeung mundur \(\eta _{\sigma}\) jeung \(\eta _{T}\) nyokot nilai béda.Persamaan dasar pakait sareng \(\eta _{\sigma}\) jeung \(\eta _{T}\) geus diturunkeun sarta dibahas sacara rinci dina bagian tambahan.
Énergi termal diperlukeun pikeun naekeun suhu kawat SMA asalna tina pangaruh pemanasan Joule.Énergi termal diserep atawa dileupaskeun ku kawat SMA digambarkeun ku panas laten tina transformasi.Leungitna panas dina kawat SMA disababkeun ku convection kapaksa, sarta dibéré pangaruh negligible radiasi, persamaan kasaimbangan énergi panas nyaéta kieu:
Dimana \ (m_ {kawat} \) nyaéta total massa kawat SMA, \ (c_{p}\) nyaéta kapasitas panas spésifik SMA, \ (V_ {di} \) nyaéta tegangan dilarapkeun kana kawat, \ (R_ {ohm} \ ) - lalawanan fase-gumantung SMA, diartikeun salaku;\(R_{ohm} = (l/A_{cross})[\xi r_M + (1-\xi)r_A]\) dimana \(r_M\) jeung \(r_A\) nyaéta résistivitas fase SMA dina martensit jeung austenit, masing-masing, \(A_{c}\) nyaéta aréa permukaan kawat SMA, \(\Delta H alloy.Panas laten transisi kawat, T jeung \(T_{\infty}\) nyaéta suhu kawat SMA jeung lingkungan, masing-masing.
Nalika kawat alloy memori bentukna diaktipkeun, kawat compresses, nyiptakeun gaya dina unggal cabang desain bimodal disebut gaya serat.Gaya serat dina unggal untaian tina kawat SMA babarengan nyieun gaya otot pikeun actuate, ditémbongkeun saperti dina Gbr. 9e.Kusabab ayana cinyusu biasing, total gaya otot Nth multilayer actuator nyaéta:
Ngagantikeun \(N = 1\) kana persamaan (7), kakuatan otot prototipe drive bimodal tahap kahiji tiasa didapet kieu:
dimana n nyaéta jumlah suku unimodal, \ (F_m \) nyaéta gaya otot dihasilkeun ku drive, \​​(F_f \) nyaéta kakuatan serat dina kawat SMA, \ (K_x \) nyaéta stiffness bias.cinyusu, \ (\ alfa \) nyaéta sudut segitiga, \ (x_0 \) nyaéta offset awal spring bias pikeun nyekel kabel SMA dina posisi pre-tensioned, sarta \ (\ Delta x \) nyaeta perjalanan actuator.
The total kapindahan atawa gerak drive (\(\Delta x\)) gumantung kana tegangan (\(\ sigma \)) jeung galur (\(\ epsilon \)) dina kawat SMA tahap Nth, drive disetel ka (tingali Gbr. bagian tambahan kaluaran):
Persamaan kinematic méré hubungan antara deformasi drive (\(\ epsilon \)) jeung kapindahan atawa kapindahan (\(\Delta x\)).Deformasi kawat Arb salaku fungsi tina panjang kawat Arb awal (\(l_0\)) jeung panjang kawat (l) iraha wae t dina hiji cabang unimodal nyaéta kieu:
dimana \(l = \sqrt{l_0^2 +(\Delta x_1)^2 – 2 l_0 (\Delta x_1) \cos \alpha _1}\) dimeunangkeun ku cara nerapkeun rumus kosinus dina \(\Delta\)ABB ', ditémbongkeun saperti dina Gambar 8. Pikeun tahap kahiji drive (\) \\ D = 1, \ (N = 1) , \ (N = 1) , \ (N = 1). \(\alfa _1\) nyaéta \(\alfa \) ditémbongkeun saperti dina Gambar 8, ku cara ngabédakeun waktu tina Persamaan (11) jeung ngagantikeun nilai l, laju galur bisa ditulis jadi:
dimana \ (l_0 \) nyaéta panjang awal kawat SMA, l nyaéta panjang kawat iraha wae t dina hiji cabang unimodal, \ (\ epsilon \) teh deformasi dimekarkeun dina kawat SMA, sarta \ (\ alfa \) sudut segitiga , \ (\ Delta x \) teh drive offset (sakumaha ditémbongkeun dina Gambar 8).
Kabéh n struktur single-puncak (\ (n = 6 \) dina gambar ieu) disambungkeun runtuyan jeung \ (V_ {di} \) salaku tegangan input.Tahap I: diagram skéma tina kawat SMA dina konfigurasi bimodal dina kaayaan tegangan enol Tahap II: Struktur dikawasa ditémbongkeun dimana kawat SMA dikomprés alatan konversi tibalik, ditémbongkeun saperti ku garis beureum.
Salaku bukti konsép, hiji bimodal drive basis SMA dikembangkeun pikeun nguji derivasi simulated tina persamaan kaayaan kalawan hasil eksperimen.Model CAD tina actuator linier bimodal dipidangkeun dina Gbr.9a.Di sisi séjén, dina Gbr.9c nembongkeun desain anyar diajukeun pikeun sambungan prismatic rotational maké actuator basis SMA dua-pesawat kalawan struktur bimodal.Komponén drive didamel nganggo manufaktur aditif dina printer 3D Ultimaker 3 Extended.Bahan anu dianggo pikeun percetakan 3D komponén nyaéta polycarbonate anu cocog pikeun bahan tahan panas sabab kuat, awét sareng suhu transisi kaca anu luhur (110-113 \(^{\circ }\) C).Salaku tambahan, Dynalloy, Inc. Flexinol bentukna kawat alloy memori dipaké dina percobaan, sarta sipat bahan pakait jeung kawat Flexinol dipaké dina simulasi.Sababaraha kawat SMA anu disusun salaku serat hadir dina susunan bimodal otot pikeun ménta gaya luhur dihasilkeun actuators multilayer, ditémbongkeun saperti dina Gbr. 9b, d.
Ditémbongkeun saperti dina Gambar 9a, sudut akut dibentuk ku panangan movable kawat SMA disebut sudut (\(\alfa\)).Kalawan clamps terminal napel na clamps kénca jeung katuhu, kawat SMA dilaksanakeun dina sudut bimodal nu dipikahoyong.Alat spring bias dilaksanakeun dina konektor spring dirancang pikeun nyaluyukeun grup extension spring bias béda nurutkeun jumlah (n) serat SMA.Sajaba ti éta, lokasi bagian pindah dirancang supados kawat SMA kakeunaan lingkungan éksternal pikeun cooling convection kapaksa.Piring luhur jeung handap tina assembly pisah mantuan ngajaga kawat SMA tiis kalawan cutouts extruded dirancang pikeun ngurangan beurat.Sajaba ti éta, duanana tungtung kawat CMA dibereskeun kana terminal kénca jeung katuhu, masing-masing ku cara maké crimp a.Plunger napel dina hiji tungtung assembly movable pikeun ngajaga clearance antara pelat luhur jeung handap.Plunger ogé dipaké pikeun nerapkeun gaya blocking kana sensor via kontak pikeun ngukur gaya blocking nalika kawat SMA diaktipkeun.
Struktur otot bimodal SMA disambungkeun sacara éléktrik dina séri sareng didamel ku tegangan pulsa input.Salila siklus pulsa tegangan, nalika tegangan dilarapkeun jeung kawat SMA dipanaskeun luhureun suhu awal austenite nu, panjang kawat dina unggal untaian disingget.Retraction ieu ngaktifkeun subassembly panangan movable.Nalika tegangan ieu zeroed dina siklus sarua, kawat SMA dipanaskeun ieu leuwih tiis handap suhu permukaan martensite, kukituna balik deui ka posisi aslina.Dina kaayaan setrés enol, kawat SMA mimitina sacara pasif dipanjangkeun ku cinyusu bias pikeun ngahontal kaayaan martensitik anu dipisahkeun.Screw, anu ngaliwatan kawat SMA, ngalir alatan komprési dijieun ku nerapkeun pulsa tegangan ka kawat SMA (SPA ngahontal fase austenite), nu ngabalukarkeun actuation tina uas movable.Nalika kawat SMA dicabut, cinyusu bias nyiptakeun gaya lawan ku cara manjangkeun cinyusu.Nalika tegangan dina tegangan dorongan jadi nol, kawat SMA elongates sarta robah bentukna alatan cooling convection kapaksa, ngahontal fase martensitic ganda.
Sistem aktuator linier basis SMA anu diusulkeun gaduh konfigurasi bimodal dimana kawat SMA dijuru.(a) ngagambarkeun model CAD tina prototipe, nu nyebutkeun sababaraha komponén jeung harti maranéhanana pikeun prototipe, (b, d) ngagambarkeun prototipe eksperimen dimekarkeun35.Bari (b) nembongkeun tempoan luhur prototipe kalawan sambungan listrik sarta cinyusu bias jeung gauges galur dipaké, (d) nembongkeun view sudut pandang tina setelan.(e) Diagram sistem actuation linier kalawan kawat SMA disimpen bimodally iraha wae t, némbongkeun arah jeung kursus serat sarta kakuatan otot.(c) A 2-DOF sambungan prismatic rotational geus diusulkeun pikeun deploying a actuator basis SMA dua pesawat.Salaku ditémbongkeun, link transmits gerak linier ti drive handap ka panangan luhur, nyieun sambungan rotational.Di sisi séjén, gerakan pasangan prisma sarua jeung gerakan multilayer tahap kahiji drive.
Hiji studi ékspérimén dilaksanakeun dina prototipe ditémbongkeun dina Gambar 9b pikeun evaluate kinerja drive bimodal dumasar SMA.Ditémbongkeun saperti dina Gambar 10a, setelan eksperimen diwangun ku catu daya DC programmable pikeun suplai tegangan input ka kawat SMA.Ditémbongkeun saperti dina Gbr.10b, gauge galur piezoelektrik (PACEline CFT/5kN) dipaké pikeun ngukur gaya blocking maké data logger Graphtec GL-2000.Data dirékam ku host pikeun ulikan salajengna.Pengukur galur sareng panguat muatan merlukeun catu daya konstan pikeun ngahasilkeun sinyal tegangan.Sinyal anu saluyu dirobih kana kaluaran kakuatan dumasar kana sensitipitas sénsor gaya piezoelektrik sareng parameter sanésna sapertos anu dijelaskeun dina Tabel 2. Nalika tegangan pulsa diterapkeun, suhu kawat SMA ningkat, nyababkeun kawat SMA niiskeun, anu nyababkeun aktuator ngahasilkeun gaya.Hasil eksperimen kaluaran kakuatan otot ku pulsa tegangan input 7 V ditémbongkeun dina Gbr.2a.
(a) Sistem aktuator linier dumasar SMA disetél dina percobaan pikeun ngukur gaya anu dihasilkeun ku aktuator.Sél beban ngukur kakuatan pameungpeuk sareng didamel ku catu daya 24 V DC.Teundeun tegangan 7 V dilarapkeun sapanjang sakabéh panjang kabel ngagunakeun GW Instek programmable DC catu daya.Kawat SMA shrinks alatan panas, sarta panangan movable kontak sél beban sarta exerts gaya blocking.Sél beban disambungkeun ka GL-2000 data logger jeung data disimpen dina host pikeun ngolah salajengna.(b) Diagram némbongkeun ranté komponén tina setelan ékspérimén pikeun ngukur kakuatan otot.
Wangun alloy mémori bungah ku énergi termal, jadi suhu jadi parameter penting pikeun diajar fenomena memori bentuk.Sacara ékspérimén, ditémbongkeun saperti dina Gbr. 11a, pencitraan termal jeung pangukuran suhu dipigawé dina prototipe aktuator divalerate basis SMA.Sumber DC programmable dilarapkeun tegangan input ka kawat SMA dina setelan eksperimen, ditémbongkeun saperti dina Gambar 11b.Robah suhu kawat SMA diukur sacara real waktos nganggo kaméra LWIR resolusi luhur (FLIR A655sc).Inangna ngagunakeun parangkat lunak ResearchIR pikeun ngarékam data pikeun ngolah pos salajengna.Nalika tegangan pulsa diterapkeun, suhu kawat SMA naek, ngabalukarkeun kawat SMA ngaleutikan.Dina Gbr.Gambar 2b nembongkeun hasil eksperimen tina suhu kawat SMA versus waktu pikeun pulsa tegangan input 7V.