Ташаккур ба шумо барои боздид аз Nature.com.Версияи браузере, ки шумо истифода мебаред, дастгирии маҳдуди CSS дорад.Барои таҷрибаи беҳтарин, мо тавсия медиҳем, ки шумо браузери навшударо истифода баред (ё Ҳолати мутобиқатро дар Internet Explorer хомӯш кунед).Дар ҳамин ҳол, барои таъмини дастгирии доимӣ, мо сайтро бе услубҳо ва JavaScript пешкаш хоҳем кард.
Фаъолкунандаҳо дар ҳама ҷо истифода мешаванд ва тавассути истифодаи қувваи дурусти барангезанда ё моменти дуруст барои иҷрои амалиётҳои гуногун дар истеҳсолот ва автоматизатсияи саноатӣ ҳаракати идорашавандаро эҷод мекунанд.Талабот ба дискҳои тезтар, хурдтар ва муассиртар боиси навоварӣ дар тарҳрезии диск мегардад.Дискҳои Shape Memory Alloy (SMA) нисбат ба дискҳои муқаррарӣ як қатор бартариҳоро пешниҳод мекунанд, аз ҷумла таносуби баланди қувва ба вазн.Дар ин диссертация як актуатори ду-пара дар асоси SMA таҳия карда шуд, ки бартарии мушакҳои парии системаҳои биологӣ ва хосиятҳои беназири SMA-ро муттаҳид мекунад.Ин тадқиқот фаъолкунакҳои пешинаи SMA-ро тавассути таҳияи модели математикии фаъолкунандаи нав дар асоси сохтори сими бимодалии SMA ва озмоиши он ба таври таҷрибавӣ омӯхта ва васеъ мекунад.Дар муқоиса бо дискҳои маълум дар асоси SMA, қувваи фаъолсозии диски нав ҳадди аққал 5 маротиба зиёдтар аст (то 150 Н).Аз даст додани вазни мувофиқ тақрибан 67% -ро ташкил медиҳад.Натиҷаҳои таҳлили ҳассосияти моделҳои математикӣ барои танзими параметрҳои тарҳрезӣ ва фаҳмидани параметрҳои асосӣ муфид мебошанд.Ин тадқиқот минбаъд як диски марҳилаи Nth-ро пешниҳод мекунад, ки метавонад барои такмили минбаъдаи динамика истифода шавад.Фаъолкунандаи мушакҳои дипвалератии SMA дорои доираи васеи барномаҳо мебошанд, аз автоматикунонии сохтмон то системаҳои дақиқи интиқоли маводи мухаддир.
Системаҳои биологӣ, ба монанди сохторҳои мушакҳои ширхӯрон, метавонанд бисёр фаъолкунандаҳои нозукро фаъол созанд1.Ширхӯрон сохторҳои мушакҳои гуногун доранд, ки ҳар кадоме ба ҳадафҳои мушаххас хизмат мекунанд.Бо вуҷуди ин, қисми зиёди сохтори бофтаи мушакҳои ширхӯронро метавон ба ду категорияи васеъ тақсим кард.Параллел ва пеннат.Дар сутунҳо ва дигар флексорҳо, тавре ки аз ном бармеояд, мушакҳои параллелӣ дорои нахҳои мушакҳои параллел ба риштаи марказӣ мебошанд.Занҷири нахҳои мушакҳо як қатор буда, бо бофтаи пайвандкунандаи атрофи онҳо ба таври функсионалӣ пайваст мешавад.Ҳарчанд гуфта мешавад, ки ин мушакҳо экскурсияи калон доранд (кӯтоҳшавии фоиз), қувваи умумии мушакҳои онҳо хеле маҳдуд аст.Баръакс, дар мушакҳои трицепсҳои гӯсола2 (gastrocnemius паҳлӯӣ (GL)3, gastrocnemius medial (GM)4 ва soleus (SOL)) ва фемори сунъӣ (quadriceps) 5,6 бофтаи мушакҳои пеннатӣ дар ҳар як мушак мавҷуд аст7.Дар сохтори пиннатӣ, нахҳои мушакҳои мушакҳои дупеннатӣ дар ҳар ду тарафи риштаи марказӣ дар кунҷҳои моликӣ (кунҷҳои пиннатӣ) мавҷуданд.Pennate аз калимаи лотинии "penna", ки маънояш "қалам" аст ва тавре ки дар расм нишон дода шудааст.1 намуди зоҳирии пар монанд дорад.Нахҳои мушакҳои пеннатӣ кӯтоҳтар буда, ба меҳвари тулонии мушак кунҷ доранд.Аз сабаби сохтори пиннатӣ, ҳаракати умумии ин мушакҳо коҳиш меёбад, ки ба ҷузъҳои трансверсивӣ ва дарозии раванди кӯтоҳшавӣ оварда мерасонад.Аз тарафи дигар, фаъолсозии ин мушакҳо ба баланд шудани қувваи умумии мушакҳо бо сабаби чен кардани майдони физиологии физиологӣ оварда мерасонад.Аз ин рӯ, барои як майдони буриши додашуда, мушакҳои пеннатӣ қавитар хоҳанд буд ва нисбат ба мушакҳои дорои нахҳои параллелӣ қувваҳои баландтар тавлид мекунанд.Қувваҳое, ки аз нахҳои алоҳида тавлид мешаванд, дар сатҳи макроскопӣ дар он бофтаи мушакҳо қувваҳои мушакҳоро тавлид мекунанд.Илова бар ин, он дорои чунин хосиятҳои беназир, ба монанди коҳишёбии зуд, муҳофизат аз осеби кашиш, болишткунӣ.Он бо истифода аз хусусиятҳои беназир ва мураккабии геометрии сохтори нах, ки бо хатҳои амали мушакҳо алоқаманд аст, муносибати байни вуруди нах ва тавлиди қувваи мушакҳоро тағир медиҳад.
Диаграммаҳои схематикии тарҳҳои амалкунандаи мавҷудаи SMA дар робита бо меъмории мушакҳои бимодалӣ нишон дода шудаанд, масалан (a), ки таъсири мутақобилаи қувваи ламсиро ифода мекунад, ки дар он дастгоҳи дастшакл, ки тавассути симҳои SMA фаъол карда мешавад, ба роботи мобилии дучархаи автономӣ васл карда мешавад9,10., (б) Протези роботии орбиталӣ бо протези ба таври антагонистӣ ҷойгиршудаи SMA бо пружинаи орбиталӣ.Мавқеи чашми сунъӣ тавассути сигнал аз мушакҳои чашми чашм идора карда мешавад11, (в) Фаъолкунандаҳои SMA аз сабаби вокуниши басомади баланд ва паҳнои пасти онҳо барои барномаҳои зериобӣ беҳтаринанд.Дар ин конфигуратсия, фаъолкунакҳои SMA барои эҷоди ҳаракати мавҷҳо тавассути тақлид кардани ҳаракати моҳӣ истифода мешаванд, (г) фаъолкунакҳои SMA барои сохтани роботи санҷиши микро қубур истифода мешаванд, ки метавонанд принсипи ҳаракати кирми дюймро истифода баранд, ки тавассути ҳаракати симҳои SMA дар дохили канали 10 идора карда мешавад, (д) самти кашиши нахҳои мушакҳо ва тавлиди қувваи контрактилии мушакҳоро дар шакли SMA нишон медиҳад. с дар сохтори мушакҳои пеннатӣ.
Фаъолкунандаҳо аз сабаби доираи васеи татбиқашон як қисми муҳими системаҳои механикӣ гардиданд.Аз ин рӯ, зарурати дискҳои хурдтар, тезтар ва самараноктар муҳим мегардад.Сарфи назар аз бартариҳои худ, дискҳои анъанавӣ исбот карданд, ки нигоҳдорӣ гарон ва вақтро сарф мекунанд.Ҳаракаткунакҳои гидравликӣ ва пневматикӣ мураккаб ва гаронбаҳо буда, ба фарсудашавӣ, мушкилоти молиданӣ ва шикастани ҷузъҳо дучор мешаванд.Дар вокуниш ба талабот, таваҷҷӯҳ ба таҳияи муҳаррикҳои камхарҷ, ба андозаи оптимизатсияшуда ва пешрафта дар асоси маводи интеллектуалӣ нигаронида шудааст.Тадқиқоти давомдор барои қонеъ кардани ин ниёз ба амалкунандаҳои қабати хӯлаи хотираи шакл (SMA) нигаронида шудааст.Фаъолкунандаҳои иерархӣ аз он иборатанд, ки онҳо бисёр фаъолкунакҳои дискретиро ба зерсистемаҳои аз ҷиҳати геометрӣ мураккаби макромикёс муттаҳид намуда, функсияҳои зиёд ва васеъро таъмин мекунанд.Дар робита ба ин, бофтаи мушакҳои инсон, ки дар боло тавсиф шудааст, намунаи олии бисёрқабатаи чунин фаъолсозии бисёрқабатаро медиҳад.Таҳқиқоти ҷорӣ як диски бисёрсатҳи SMA-ро бо якчанд унсурҳои инфиродии гардонанда (симҳои SMA) тавсиф мекунад, ки ба самтҳои нахи дар мушакҳои бимодалӣ мавҷудбуда мутобиқ карда шудаанд, ки кори умумии дискро беҳтар мекунад.
Мақсади асосии фаъолкунанда тавлиди қувваи механикӣ ба монанди қувва ва ҷойивазкунӣ тавассути табдил додани энергияи барқ мебошад.Хӯлаҳои хотираи шакл як синфи маводи "ақл" мебошанд, ки метавонанд шакли худро дар ҳарорати баланд барқарор кунанд.Дар зери сарбории баланд, баланд шудани ҳарорати сими SMA ба барқароршавии шакл оварда мерасонад, ки дар муқоиса бо маводҳои гуногуни интеллектуалии мустақим пайвастшуда зичии баландтари энергияро ба вуҷуд меорад.Дар айни замон, дар зери бори механикӣ, СМАҳо шикаста мешаванд.Дар шароити муайян, сарбории даврӣ метавонад энергияи механикиро азхуд кунад ва озод кунад, ки тағироти баръакси шакли гистеретикиро нишон медиҳад.Ин хосиятҳои нодир SMA-ро барои сенсорҳо, паст кардани ларзиш ва махсусан фаъолкунандаҳо беҳтарин мекунанд12.Бо дарназардошти ин, дар бораи дискҳои ба SMA асосёфта тадқиқоти зиёде гузаронида шудааст.Бояд қайд кард, ки фаъолкунакҳои ба SMA асосёфта барои таъмини ҳаракати тарҷума ва гардиш барои барномаҳои гуногун тарҳрезӣ шудаанд13,14,15.Гарчанде ки баъзе фаъолкунакҳои гардишгарӣ таҳия шуда бошанд ҳам, тадқиқотчиён махсусан ба фаъолкунандаҳои хатӣ таваҷҷӯҳ доранд.Ин амалкунакҳои хатиро метавон ба се намуди иҷрокунанда тақсим кард: якченака, ҷобаҷокунанда ва дифференсиалӣ 16 .Дар аввал, дискҳои гибридӣ дар якҷоягӣ бо SMA ва дигар дискҳои муқаррарӣ сохта шуданд.Яке аз чунин мисолҳои фаъолкунандаи хаттии гибридии ба SMA асосёфта истифодаи сими SMA бо муҳаррики доимӣ барои таъмини қувваи баромади тақрибан 100 Н ва ҷойивазкунии назаррас мебошад17.
Яке аз аввалин пешрафтҳо дар дискҳо, ки комилан ба SMA асос ёфтааст, гардонандаи параллели SMA буд.Бо истифода аз симҳои сершумори SMA, гардонандаи параллелӣ дар асоси SMA барои баланд бардоштани қобилияти нерӯи гардонанда тавассути ҷойгир кардани ҳама симҳои SMA18 дар мувозӣ тарҳрезӣ шудааст.Пайвастани параллели фаъолкунанда на танҳо қувваи бештарро талаб мекунад, балки қувваи баромади як симро маҳдуд мекунад.Камбудии дигари фаъолкунакҳои SMA ин сафари маҳдуди онҳост.Барои ҳалли ин мушкилот, як чӯби кабели SMA сохта шуд, ки дорои чӯби чандирии каҷшуда барои зиёд кардани ҷойивазкунӣ ва ноил шудан ба ҳаракати хатӣ буд, аммо қувваҳои баландтарро тавлид накард19.Сохторҳо ва матоъҳои мулоими деформатсияшаванда барои роботҳо дар асоси хӯлаҳои хотираи шакл асосан барои тақвияти таъсир таҳия шудаанд20,21,22.Барои барномаҳое, ки суръати баланд талаб карда мешаванд, насосҳои паймоне, ки идорашавандаро истифода мебаранд, бо истифода аз филмҳои борик SMA барои барномаҳои микронасосӣ гузориш дода шудаанд23.Басомади гардонандаи мембранаи филми тунуки SMA омили асосии идоракунии суръати ронанда мебошад.Аз ин рӯ, муҳаррикҳои хаттии SMA нисбат ба муҳаррикҳои пружина ё асои SMA вокуниши беҳтари динамикӣ доранд.Роботехникаи нарм ва технологияи чангӣ ду барномаи дигаре мебошанд, ки фаъолкунакҳои SMA-ро истифода мебаранд.Масалан, барои иваз кардани фаъолкунандаи стандартие, ки дар тазиқи фосилаи 25 Н истифода мешавад, як хӯлаи хотираи шакли параллелӣ 24 таҳия карда шуд.Дар мавриди дигар, як фаъолкунандаи нарми SMA дар асоси сим бо матритсаи дарунсохт сохта шудааст, ки қодир ба тавлиди қувваи максималии кашиши 30 Н мебошад. Аз сабаби хосиятҳои механикии худ, SMAҳо инчунин барои истеҳсоли фаъолкунандаҳое истифода мешаванд, ки падидаҳои биологиро тақлид мекунанд.Яке аз чунин рушдҳо роботи 12-ҳуҷайраро дар бар мегирад, ки биомиметикии организмҳои ба кирми замин монанд бо SMA барои тавлиди ҳаракати синусоидалӣ ба оташ аст26,27.
Тавре ки қаблан зикр гардид, маҳдудияти қувваи ҳадди аксар вуҷуд дорад, ки онро аз фаъолкунакҳои мавҷудаи SMA ба даст овардан мумкин аст.Барои ҳалли ин масъала, ин тадқиқот сохтори мушакҳои бимодалии биомиметикиро пешниҳод мекунад.Бо сим хӯлаи хотираи шакли ронда.Он системаи таснифотро таъмин мекунад, ки дорои якчанд симҳои хӯлаи хотираи шакл мебошад.То имрӯз дар адабиёт ягон фаъолкунакҳои ба SMA асосёфта бо меъмории шабеҳ гузориш дода нашудааст.Ин системаи беназир ва нав дар асоси SMA барои омӯзиши рафтори SMA ҳангоми ҳамоҳангсозии мушакҳои бимодалӣ таҳия шудааст.Дар муқоиса бо фаъолкунакҳои мавҷудаи дар асоси SMA, ҳадафи ин таҳқиқот эҷоди як фаъолкунандаи дипвалератии биомиметикӣ барои тавлиди қувваҳои назаррас дар ҳаҷми хурд буд.Дар муқоиса бо дискҳои муқаррарии муҳаррики қадам, ки дар системаҳои автоматикунонӣ ва идоракунии бинои HVAC истифода мешаванд, тарҳи пешниҳодшудаи гардонандаи бимодалӣ дар асоси SMA вазни механизми гардонандаро 67% коҳиш медиҳад.Дар зер истилоҳҳои "мушакҳо" ва "драйв" ба ҷои ҳамдигар истифода мешаванд.Ин тадқиқот моделсозии мултифизикии чунин дискро таҳқиқ мекунад.Рафтори механикии чунин системаҳо бо усулҳои таҷрибавӣ ва аналитикӣ омӯхта шудааст.Тақсимоти қувва ва ҳарорат минбаъд дар шиддати вуруди 7 В таҳқиқ карда шуданд. Баъдан, барои беҳтар фаҳмидани муносибати байни параметрҳои асосӣ ва қувваи баромад таҳлили параметрӣ гузаронида шуд.Ниҳоят, фаъолкунакҳои иерархӣ пешбинӣ шудаанд ва эффектҳои сатҳи иерархӣ ҳамчун як минтақаи эҳтимолии ояндаи фаъолкунандаҳои ғайримагнитӣ барои барномаҳои протезӣ пешниҳод карда шудаанд.Тибқи натиҷаҳои таҳқиқоти дар боло зикршуда, истифодаи меъмории якмарҳила қувваҳоро на камтар аз чор то панҷ маротиба зиёдтар аз фаъолкунандаҳои дар асоси SMA гузоришшуда ба вуҷуд меорад.Илова бар ин, ҳамон як қувваи гардонандае, ки тавассути гардонандаи бисёрсатҳи бисёрсатҳа тавлид шудааст, аз дискҳои маъмулии SMA беш аз даҳ маротиба зиёд аст.Сипас таҳқиқот параметрҳои асосиро бо истифода аз таҳлили ҳассосият байни тарҳҳои гуногун ва тағирёбандаҳои воридотӣ гузориш медиҳад.Дарозии ибтидоии сими SMA (\(l_0\)), кунҷи кунҷӣ (\(\альфа\)) ва шумораи риштаҳои ягона (n) дар ҳар як риштаи алоҳида ба бузургии қувваи ҳаракаткунанда таъсири манфии сахт доранд.қувват, дар ҳоле ки шиддати вуруд (энергия) ба таври мусбӣ алоқаманд буд.
Сими SMA эффекти хотираи шаклро (SME) нишон медиҳад, ки дар оилаи хӯлаҳои никел-титан (Ni-Ti) дида мешавад.Одатан, SMAs ду марҳилаи вобаста ба ҳароратро нишон медиҳанд: марҳилаи ҳарорати паст ва марҳилаи ҳарорати баланд.Ҳарду марҳила аз сабаби мавҷудияти сохторҳои гуногуни кристалл хосиятҳои беназир доранд.Дар марҳилаи аустенитӣ (фазаи ҳарорати баланд), ки болотар аз ҳарорати табдилёбӣ мавҷуд аст, мавод қувваи баланд нишон медиҳад ва дар зери сарборӣ суст деформатсия мешавад.Хӯла мисли пӯлоди зангногир рафтор мекунад, аз ин рӯ он метавонад ба фишорҳои баландтари фаъол тоб оварад.Бо истифода аз ин хосияти хӯлаҳои Ni-Ti, симҳои SMA моил шуда, як фаъолкунандаро ташкил медиҳанд.Барои фаҳмидани механикаи бунёдии рафтори гармии SMA дар зери таъсири параметрҳои гуногун ва геометрияҳои гуногун моделҳои мувофиқи таҳлилӣ таҳия карда мешаванд.Дар байни натиҷаҳои таҷрибавӣ ва таҳлилӣ мувофиқати хуб ба даст омад.
Тадқиқоти таҷрибавӣ дар прототипе, ки дар расми 9а нишон дода шудааст, барои арзёбии кори гардонандаи бимодалӣ дар асоси SMA гузаронида шуд.Ду хосият, қувваи тавлидшуда (қувваи мушакҳо) ва ҳарорати сими SMA (ҳарорати SMA) ба таври таҷрибавӣ чен карда шуданд.Дар баробари зиёд шудани фарқияти шиддат дар тамоми дарозии сим дар гардонанда ҳарорати сим аз ҳисоби эффекти гармкунии Ҷоул баланд мешавад.Шиддати вуруд дар ду давраи 10 сония (ҳамчун нуқтаҳои сурх дар расми 2а, б нишон дода шудааст) бо давраи сардшавии 15 сония байни ҳар як давра татбиқ карда шуд.Қувваи басташавӣ бо истифода аз штаммометри пьезоэлектрикӣ чен карда шуд ва тақсимоти ҳарорати сими SMA дар вақти воқеӣ бо истифода аз камераи дараҷаи илмии баландсифати LWIR назорат карда шуд (нигаред ба хусусиятҳои таҷҳизоти истифодашуда дар ҷадвали 2).нишон медихад, ки дар фазаи баландшиддати сим харорати сим якранг баланд мешавад, вале хангоми чараён надоштани харорати сим пастшавиро давом медихад.Дар насби таҷрибавии ҷорӣ, ҳарорати сими SMA дар марҳилаи хунуккунӣ паст шуд, аммо он ҳанӯз ҳам аз ҳарорати муҳити атроф боло буд.Дар расм.2e акси ҳароратро дар сими SMA, ки аз камераи LWIR гирифта шудааст, нишон медиҳад.Аз тарафи дигар, дар расм.2а қувваи бастани аз ҷониби системаи гардонанда тавлидшударо нишон медиҳад.Вакте ки кувваи мушакхо аз кувваи баркароркунандаи пружина зиёд мешавад, бозуи харакаткунанда, чунон ки дар расми 9а нишон дода шудааст, ба харакат шуруъ мекунад.Ҳамин ки ба кор андохтан оғоз мешавад, бозуи ҳаракаткунанда бо сенсор тамос мегирад ва қувваи баданро ба вуҷуд меорад, тавре ки дар расм нишон дода шудааст.2c, д.Вақте ки ҳарорати максималӣ ба \(84\,^{\circ}\hbox {C}\ наздик аст), қувваи максималии мушоҳидашуда 105 Н аст.
Графика натиҷаҳои таҷрибавии ҳарорати сими SMA ва қувваеро, ки аз ҷониби фаъолкунандаи бимодалии SMA дар давоми ду давра тавлид шудааст, нишон медиҳад.Шиддати вуруд дар ду давраи 10 сония (ҳамчун нуқтаҳои сурх нишон дода мешавад) бо давраи сардшавии 15 сония байни ҳар як давра истифода мешавад.Сими SMA, ки барои таҷрибаҳо истифода шудааст, сими диаметри 0,51 мм Flexinol аз Dynalloy, Inc. буд. (a) Графика қувваи таҷрибавиро, ки дар тӯли ду давра ба даст оварда шудааст, нишон медиҳад, (c, d) ду мисоли мустақили амали фаъолкунакҳои бозуи ҳаракаткунандаро дар PACEline CFT/5kN табдилдиҳандаи қувваи пьезоэлектрикӣ нишон медиҳад, (b) ҳароратро дар давоми тамоми сим нишон медиҳад. акси ҳарорат аз сими SMA бо истифода аз камераи нармафзори FLIR ResearchIR LWIR гирифта шудааст.Параметрҳои геометрии дар таҷрибаҳо ба назар гирифташуда дар ҷадвал оварда шудаанд.як.
Натиҷаҳои моделсозии модели математикӣ ва натиҷаҳои таҷрибавӣ дар ҳолати шиддати вуруди 7V, тавре ки дар расми 5 нишон дода шудааст, муқоиса карда мешаванд.Аз руи нати-чахои тахлили параметрй ва бо максади рох надодан ба имкони аз ҳад зиёд гарм шудани сими SMA ба фаъолкунанда қувваи 11,2 Вт дода шуд.Барои таъмини 7V ҳамчун шиддати вуруд як манбаи барқи доимии барномарезишаванда истифода шуд ва ҷараёни 1,6А дар тамоми сим чен карда шуд.Қувваи тавлидкунандаи гардонанда ва ҳарорати SDR ҳангоми ҷорӣ кардани ҷараён зиёд мешавад.Бо шиддати вуруди 7В, қувваи максималии баромад, ки аз натиҷаи моделиронӣ ва натиҷаҳои таҷрибавии давраи якум ба даст омадааст, мутаносибан 78 Н ва 96 Н мебошад.Дар давраи дуюм қувваи максималии баромади моделсозӣ ва натиҷаҳои таҷрибавӣ мутаносибан 150 Н ва 105 Н буд.Тафовут байни андозагирии қувваи окклюзия ва маълумоти таҷрибавӣ метавонад ба усули ченкунии қувваи окклюзия вобаста бошад.Натиҷаҳои таҷрибавӣ дар расм нишон дода шудаанд.5а ба андозагирии қувваи қулфкунӣ мувофиқат мекунад, ки он дар навбати худ ҳангоми дар тамос будани чоҳи гардонанда бо табдилдиҳандаи қувваи пьезоэлектрии PACEline CFT/5kN чен карда шуд, тавре ки дар расм нишон дода шудааст.2с.Бинобар ин, ваќте ки ваќте ки дар ибтидои минтаќаи хунуккунї бо датчики ќувва дар тамос набошад, ќувва дарњол ба сифр табдил меёбад, ки дар расми 2г нишон дода шудааст.Илова бар ин, параметрҳои дигаре, ки ба ташаккули қувва дар давраҳои минбаъда таъсир мерасонанд, арзишҳои вақти хунуккунӣ ва коэффисиенти интиқоли гармии конвективӣ дар давраи қаблӣ мебошанд.Аз анҷир.Дар расми 2b, дидан мумкин аст, ки пас аз 15 сонияи хунуккунӣ, сими SMA ба ҳарорати хонагӣ нарасид ва аз ин рӯ ҳарорати ибтидоии баландтар дошт (\(40\,^{\circ }\hbox {C}\)) дар давраи дуюми ронандагӣ нисбат ба давраи аввал (\(25\, ^{\circ}\hbox {C}\)).Њамин тавр, дар муќоиса бо даври аввал њарорати сими СМА њангоми давраи дуюми гармидиҳӣ ба њарорати авалии аустенит (\(A_s\)) пештар мерасад ва дар давраи гузариш дарозтар меистад, ки дар натиља фишор ва ќувва ба амал меояд.Аз тарафи дигар, тақсимоти ҳарорат дар давраҳои гармидиҳӣ ва хунуккунӣ, ки аз таҷрибаҳо ва моделиронӣ ба даст оварда шудаанд, ба мисолҳои таҳлили термографӣ шабоҳати баланди сифатӣ доранд.Таҳлили муқоисавии маълумоти гармии сими SMA аз таҷрибаҳо ва моделиронӣ мутобиқатро дар давраҳои гармидиҳӣ ва хунуккунӣ ва дар доираи таҳаммулпазирии қобили қабул барои маълумоти таҷрибавӣ нишон дод.Ҳарорати максималии сими SMA, ки аз натиҷаи моделиронӣ ва таҷрибаҳои даври якум ба даст омадааст, мутаносибан \(89\,^{\circ }\hbox {C}\) ва \(75\,^{\circ }\hbox { C }\) ва дар давраи дуюм ҳарорати максималии сими SMA \(94\, \{\}, \{\rc\}, \{\rc\}, \{\rc\}, \{\rc\}, \{\rc\}, \{\rc\}, \{\rc\}, \\(89\,^{\circ }\hbox {C}\) аст. circ }\ hbox {C}\).Модели ба таври бунёдӣ таҳияшуда таъсири эффекти хотираи шаклро тасдиқ мекунад.Дар ин барраси нақши хастагӣ ва аз ҳад зиёд гармшавӣ ба назар гирифта нашудааст.Дар оянда, модел такмил дода мешавад, то таърихи фишори сими SMA-ро дар бар гирад ва онро барои барномаҳои муҳандисӣ мувофиқтар кунад.Қувваи баромади гардонанда ва графикҳои ҳарорати SMA, ки аз блоки Simulink гирифта шудаанд, дар доираи таҳаммулпазирии маълумоти таҷрибавӣ дар ҳолати импулси шиддати вуруди 7 В мебошанд. Ин дурустӣ ва эътимоднокии модели математикии таҳияшударо тасдиқ мекунад.
Модели математикӣ дар муҳити MathWorks Simulink R2020b бо истифода аз муодилаҳои асосии дар бахши Усулҳо тавсифшуда таҳия шудааст.Дар расм.Дар 3b диаграммаи блоки модели математикии Simulink нишон дода шудааст.Модел барои импулси шиддати вуруди 7V, тавре ки дар расми 2а, б нишон дода шудааст, тақлид карда шуд.Қиматҳои параметрҳои дар моделиронӣ истифодашуда дар ҷадвали 1 оварда шудаанд. Натиҷаҳои моделсозии равандҳои муваққатӣ дар расмҳои 1 ва 1 оварда шудаанд. Расмҳои 3а ва 4. Дар расми 1.Дар расми 4а,б шиддати индуксионии сими SMA ва қувваи тавлидшуда аз ҷониби иҷрокунанда ҳамчун функсияи вақт нишон дода шудааст. Ҳангоми табдили баръакс (гармкунӣ), вақте ки ҳарорати сими SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (ҳарорати оғози марҳилаи аустенит, ки бо фишор тағир ёфтааст), суръати тағирёбии фраксияи ҳаҷми мартенсит (\(\нуқта{\xi }\)) сифр мешавад. Ҳангоми табдили баръакс (гармкунӣ), вақте ки ҳарорати сими SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (ҳарорати оғози марҳилаи аустенитӣ бо фишор тағйирёфта), суръати тағирёбии фраксияи ҳаҷми мартенсит (\(\нуқта{\ xi }\)) сифр мешавад. Во время обратного превращения (нагрева), когда ҳарорати проволоки SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (температура начала аустенитной фазы, тағир додани напряжением), скорост равзании объемной доли мартенсита (\(\dot{)\)но. Ҳангоми табдили баръакс (гармкунӣ), вақте ки ҳарорати сими SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (ҳарорати пайдоиши аустенит бо фишор тағйирёфта), суръати тағирёбии фраксияи ҳаҷми мартенсит (\(\нуқта{\ xi }\ )) сифр мешавад.在反向转变（加热）过程中，当SMA 线温度\(T < A_s^{\prime}\)（应力修正氏体修正氏体弗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) Натиҷаи моделиронӣ, ки тақсимоти ҳарорат ва ҳарорати пайвастшавӣ ба стресс дар як фаъолкунандаи дивалератии SMA асос ёфтааст.Вақте ки ҳарорати сим аз ҳарорати гузариши аустенит дар марҳилаи гармкунӣ убур мекунад, ҳарорати гузариши аустенитҳои тағирёфта ба афзоиш оғоз мекунад ва ба ин монанд, вақте ки ҳарорати симчӯб аз ҳарорати гузариши мартенситӣ дар марҳилаи хунуккунӣ убур мекунад, ҳарорати гузариши мартенситӣ паст мешавад.SMA барои моделсозии таҳлилии раванди фаъолсозӣ.(Барои дидани муфассали ҳар як зерсистемаи модели Simulink, ба бахши замимаи файли иловагӣ нигаред.)
Натиљањои тањлил барои таќсимоти гуногуни параметрњо барои ду давраи шиддати вуруди 7V (10 сонияи гармшавї ва 15 сония сардшавии давра) нишон дода шудаанд.Дар ҳоле ки (ac) ва (д) тақсимотро бо мурури замон тасвир мекунанд, аз тарафи дигар, (г) ва (f) тақсимотро бо ҳарорат тасвир мекунанд.Барои шароити воридшавии дахлдор, фишори максималии мушоҳидашуда 106 МПа (камтар аз 345 МПа, қувват гирифтани сим), қувват 150 Н, ҷойивазкунии максималӣ 270 мкм ва фраксияи ҳадди ақали ҳаҷми мартенсит 0,91 аст.Аз тарафи дигар, тағирёбии фишор ва тағирёбии фраксияи ҳаҷми мартенсит бо ҳарорат ба хусусиятҳои гистерезис монанд аст.
Айнан ҳамин тавзеҳот ба табдили мустақим (сардшавӣ) аз фазаи аустенит ба марҳилаи мартенсит дахл дорад, ки дар он ҳарорати сими SMA (T) ва ҳарорати охири фазаи мартенсити бо фишор тағирёфта (\(M_f^{\prime}\ )) аъло аст.Дар расм.4d,f тағирёбии фишори индуксионӣ (\(\сигма\)) ва фраксияи ҳаҷми мартенсит (\(\xi\)) дар сими SMA ҳамчун функсияи тағирёбии ҳарорати сими SMA (T), барои ҳарду давраи ҳаракат нишон медиҳад.Дар расм.Дар расми 3а тағирёбии ҳарорати сими SMA бо мурури замон вобаста ба импулси шиддати воридотӣ нишон дода шудааст.Тавре ки аз расм дида мешавад, ҳарорати сим бо роҳи таъмини манбаи гармӣ дар шиддати сифр ва хунуккунии минбаъдаи конвективӣ афзоиш меёбад.Ҳангоми гармкунӣ, табдили мартенсит ба фазаи аустенит вақте оғоз мешавад, ки ҳарорати сими SMA (T) аз ҳарорати ядроии аустенит бо фишор ислоҳшуда (\(A_s^{\prime}\)) мегузарад.Дар ин марҳила, сими SMA фишурда мешавад ва фаъолкунанда қувва тавлид мекунад.Инчунин ҳангоми хунуккунӣ, вақте ки ҳарорати сими SMA (T) аз ҳарорати ядроии фазаи мартенсити бо фишор тағйирёфта (\(M_s^{\prime}\)) убур мекунад, аз фазаи аустенит ба фазаи мартенситӣ гузариши мусбат ба амал меояд.кувваи пешбаранда кам мешавад.
Ҷанбаҳои асосии сифатии гардонандаи бимодалӣ дар асоси SMA метавонанд аз натиҷаҳои моделиронӣ ба даст оварда шаванд.Дар сурати воридшавии импульси шиддат ҳарорати сими SMA аз ҳисоби таъсири гармкунии Ҷоул зиёд мешавад.Қимати ибтидоии фраксияи ҳаҷми мартенсит (\(\xi\)) ба 1 муқаррар карда шудааст, зеро мавод аввал дар марҳилаи пурраи мартенситӣ қарор дорад.Ҳангоми идомаи гармшавии сим, ҳарорати сими SMA аз ҳарорати нуклеатсияи аустенитӣ, ки бо фишор ислоҳшуда \(A_s^{\prime}\) зиёдтар мешавад, ки дар натиҷа фраксияи ҳаҷми мартенсит, тавре ки дар расми 4в нишон дода шудааст, кам мешавад.Илова бар ин, дар расм.4е тақсимоти зарбаҳои фаъолкунандаро дар вақт нишон медиҳад ва дар расм.5 – қувваи пешбаранда ҳамчун функсияи вақт.Системаи муодилаҳои алоқаманд ҳарорат, фраксияи ҳаҷми мартенсит ва стрессро дар бар мегирад, ки дар сим ба вуҷуд меояд, ки боиси коҳиши сими SMA ва қувваи тавлидшуда аз ҷониби фаъолкунанда мегардад.Чунон ки дар расм нишон дода шудааст.4d,f, таѓйирёбии шиддат бо њарорат ва таѓйирёбии фраксияи њаљми мартенсит бо њарорат ба хусусиятњои гистерезистии СМА дар њолати симулятсияшуда дар 7 В мувофиќат мекунад.
Муқоисаи параметрҳои ронандагӣ тавассути таҷрибаҳо ва ҳисобҳои аналитикӣ ба даст оварда шудааст.Симҳо дар давоми 10 сония ба шиддати импулси воридшавандаи 7 В дучор шуданд, сипас дар тӯли ду давра дар тӯли 15 сония (фазаи хунуккунӣ) хунук карда шуданд.Кунҷи пиннатӣ ба \(40^{\circ}\) муқаррар карда шудааст ва дарозии ибтидоии сими SMA дар ҳар як пои ягонаи пин ба 83мм муқаррар карда шудааст.(а) Андозаи қувваи ҳаракаткунанда бо ҳуҷайраи боркунӣ (б) Мониторинги ҳарорати сим бо камераи инфрасурх.
Барои фаҳмидани таъсири параметрҳои физикӣ ба қувваи тавлидшуда, таҳлили ҳассосияти модели математикӣ ба параметрҳои физикии интихобшуда гузаронида шуда, параметрҳо мувофиқи таъсири онҳо гурӯҳбандӣ карда шуданд.Аввалан, интихоби параметрҳои модел бо истифода аз принсипҳои тарҳрезии таҷрибавӣ, ки пас аз тақсимоти якхела сурат гирифт (ниг. Бахши иловагӣ оид ба таҳлили ҳассосият).Дар ин ҳолат, параметрҳои моделӣ шиддати вуруд (\(V_{in}\)), дарозии сими ибтидоии SMA (\(l_0\)), кунҷи секунҷа (\(\альфа\)), доимии пружаи қафо (\( K_x\ )), коэффисиенти интиқоли гармии конвективӣ (\(h_T\)) ва шумораи шохаҳои унимодалиро (n) дар бар мегиранд.Дар қадами навбатӣ, қувваи қуллаи мушакҳо ҳамчун талаботи тарҳрезии омӯзиш интихоб карда шуд ва таъсири параметрии ҳар як маҷмӯи тағирёбандаҳо ба қувват гирифта шуд.Нақшаҳои гирдбод барои таҳлили ҳассосият аз коэффисиентҳои коррелятсионӣ барои ҳар як параметр, ки дар расми 6а нишон дода шудаанд, гирифта шудаанд.
(а) Қиматҳои коэффисиенти коррелятсияи параметрҳои модел ва таъсири онҳо ба қувваи максималии баромади 2500 гурӯҳи беназири параметрҳои модели дар боло зикршуда дар нақшаи гирдбод нишон дода шудаанд.График таносуби рутбаи якчанд нишондиҳандаҳоро нишон медиҳад.Маълум аст, ки \(V_{in}\) ягона параметр бо таносуби мусбат ва \(l_0\) параметри дорои таносуби манфии баландтарин мебошад.Таъсири параметрҳои гуногун дар комбинатсияҳои гуногун ба қувваи қуллаи мушакҳо дар (б, в) нишон дода шудааст.\(K_x\) аз 400 то 800 Н/м ва n диапазони аз 4 то 24. Шиддат (\(V_{in}\)) аз 4V ба 10В, дарозии сим (\(l_{0 } \)) аз 40 то 100 мм ва кунҷи дум (\) (\alp \rc {6) \).
Дар расм.6а нақшаи гирдбоди коэффисиентҳои гуногуни коррелятсия барои ҳар як параметр бо талаботи тарҳрезии қувваи гардонанда нишон медиҳад.Аз анҷир.6а дидан мумкин аст, ки параметри шиддат (\(V_{in}\)) ба қувваи максималии баромад мустақиман вобаста аст ва коэффисиенти гармии конвективӣ (\(h_T\)), кунҷи аланга (\ ( \alpha\)), доимии пружинаи ҷойнишинӣ ( \(K_x\)) бо қувваи баромад манфӣ алоқаманд аст ва дарозии ибтидоии сими S (\) ва шохаи ибтидоии S (\)l (\)l. таносуби баръакси қавӣ Дар сурати таносуби мустақим Дар ҳолати баланд будани коэффисиенти коррелятсияи шиддат (\(V_ {in}\)) нишон медиҳад, ки ин параметр ба тавлиди нерӯ бештар таъсир мерасонад.Таҳлили дигари шабеҳ қувваи қулларо тавассути арзёбии таъсири параметрҳои гуногун дар комбинатсияи гуногуни ду фазои ҳисоббарорӣ, тавре ки дар расми 6б, в нишон дода шудааст, чен мекунад.\(V_{in}\) ва \(l_0\), \(\alpha\) ва \(l_0\) намунаҳои шабеҳ доранд ва график нишон медиҳад, ки \(V_{in}\) ва \(\alpha\ ) ва \(\alpha\) намунаҳои монанд доранд.Қиматҳои хурдтари \(l_0\) боиси баланд шудани қувваҳои баландтар мешаванд.Ду қитъаи дигар бо расми 6а мувофиқанд, ки дар он n ва \(K_x\) таносуби манфӣ ва \(V_{in}\) ба таври мусбат алоқаманданд.Ин таҳлил барои муайян ва танзим кардани параметрҳои таъсирбахш, ки тавассути онҳо қувваи баромад, зарба ва самаранокии системаи гардонанда метавонад ба талабот ва татбиқ мутобиқ карда шавад, кӯмак мекунад.
Корҳои тадқиқотии ҷорӣ дискҳои иерархикиро бо сатҳи N муаррифӣ ва таҳқиқ мекунанд.Дар иерархияи дусатҳӣ, тавре ки дар расми 7а нишон дода шудааст, ки дар он ҷо ба ҷои ҳар як сими SMA-и иҷрокунандаи дараҷаи якум, тартиби бимодалӣ ба даст меояд, тавре ки дар расм нишон дода шудааст.9е.Дар расм.7c нишон медиҳад, ки чӣ тавр сими SMA дар атрофи бозуи ҳаракаткунанда (дасти ёрирасон) печонида мешавад, ки танҳо дар самти тулонӣ ҳаракат мекунад.Бо вуҷуди ин, бозуи ибтидоии ҳаракаткунанда ҳамон тавре ки бозуи ҳаракаткунандаи марҳилаи 1-уми фаъолкунандаи бисёрзинагӣ ҳаракат мекунад.Одатан, диски марҳилаи N тавассути иваз кардани сими марҳилаи \(N-1\) бо диски марҳилаи аввал сохта мешавад.Дар натиҷа, ҳар як шоха ба гардонандаи марҳилаи аввал тақлид мекунад, ба истиснои шохае, ки худи симро нигоҳ медорад.Бо ин роҳ, сохторҳои лонаеро ба вуҷуд овардан мумкин аст, ки қувваҳоеро ба вуҷуд меоранд, ки аз қувваҳои дискҳои ибтидоӣ якчанд маротиба зиёдтаранд.Дар ин тадқиқот, барои ҳар як сатҳ, дарозии умумии сими самараноки SMA 1 м ба назар гирифта шуд, тавре ки дар формати ҷадвал дар расми 7d нишон дода шудааст.Ҷараён тавассути ҳар як сим дар ҳар як тарҳи унимодалӣ ва фишори натиҷавӣ ва шиддат дар ҳар як сегменти сими SMA дар ҳар сатҳ якхелаанд.Тибқи модели таҳлилии мо, қувваи баромад бо сатҳ таносуби мусбӣ дорад, дар ҳоле ки ҷойивазкунӣ ба таври манфӣ алоқаманд аст.Дар айни замон, байни ивазшавӣ ва қувваи мушакҳо муомила вуҷуд дошт.Чунон ки дар расм дида мешавад.7b, дар ҳоле ки қувваи максималӣ дар шумораи зиёди қабатҳо ба даст оварда мешавад, ҷойивазкунии калонтарин дар қабати пасттарин мушоҳида мешавад.Вақте ки сатҳи иерархия ба \(N=5\) гузошта шуд, қувваи қуллаи мушакҳо 2,58 кН бо 2 зарбаи мушоҳидашуда \(\upmu\)m пайдо шуд.Аз тарафи дигар, гардонандаи марҳилаи аввал қувваи 150 Н дар зарбаи 277 \(\upmu\)m тавлид мекунад.Фаъолкунандаҳои бисёрсатҳа қодиранд мушакҳои воқеии биологиро тақлид кунанд, ки дар он мушакҳои сунъӣ дар асоси хӯлаҳои хотираи шакл қодиранд бо ҳаракатҳои дақиқ ва дақиқ қувваҳои хеле баландтар тавлид кунанд.Маҳдудиятҳои ин тарҳи миниатюрӣ дар он аст, ки ҳангоми афзоиши иерархия, ҳаракат хеле кам мешавад ва мураккабии раванди истеҳсоли диск меафзояд.
(a) Системаи фаъолкунандаи хаттии хӯлаи хотираи шакли қабати думарҳила (\(N=2\)) дар конфигуратсияи бимодалӣ нишон дода шудааст.Модели пешниҳодшуда тавассути иваз кардани сими SMA дар фаъолкунандаи қабати марҳилаи якум бо дигар фаъолкунандаи қабати якқабата ба даст оварда мешавад.(в) Конфигуратсияи деформатсияи иҷрокунандаи бисёрқабати марҳилаи дуюм.$B) Таќсимоти ќуввањо ва љойивазкунињо вобаста ба шумораи сатњњо тасвир шудааст.Муайян карда шуд, ки қувваи қуллаи фаъолкунанда бо сатҳи миқёси график алоқамандии мусбат дорад, дар ҳоле ки зарба бо сатҳи миқёс манфӣ дорад.Ҷараён ва шиддати пеш аз ҳар як сим дар ҳама сатҳҳо доимӣ мемонанд.(г) Дар ҷадвал шумораи кранҳо ва дарозии сими SMA (нахи) дар ҳар сатҳ нишон дода шудааст.Хусусиятҳои симҳо бо индекси 1 ва шумораи шохаҳои дуюмдараҷа (як ба пояи ибтидоӣ пайваст) бо рақами калонтарин дар зер нишон дода мешавад.Масалан, дар сатҳи 5, \(n_1\) ба шумораи ноқилҳои SMA дар ҳар як сохтори бимодалӣ ишора мекунад ва \(n_5\) ба шумораи пойҳои ёрирасон (яке ба пои асосӣ пайваст) ишора мекунад.
Аз ҷониби бисёре аз тадқиқотчиён усулҳои гуногун барои моделсозии рафтори SMAs бо хотираи шакл пешниҳод карда шудаанд, ки аз хосиятҳои термомеханикӣ, ки бо тағироти макроскопии сохтори кристалл бо гузариши фаза алоқаманданд, вобастаанд.Тартиб додани усулҳои конститутсионӣ табиатан мураккаб аст.Модели феноменологии маъмултарин аз ҷониби Tanaka28 пешниҳод шудааст ва дар барномаҳои муҳандисӣ васеъ истифода мешавад.Модели феноменологии пешниҳодкардаи Танака [28] тахмин мекунад, ки фраксияи ҳаҷми мартенсит функсияи экспоненсиалии ҳарорат ва фишор мебошад.Баъдтар, Лианг ва Роҷерс29 ва Бринсон30 моделеро пешниҳод карданд, ки дар он динамикаи гузариши фаза функсияи косинуси шиддат ва ҳарорат ҳисобида мешуд ва бо тағироти каме ба модел.Беккер ва Бринсон модели кинетикӣ дар асоси диаграммаи марҳилавӣ барои моделсозии рафтори маводи SMA дар шароити боркунии ихтиёрӣ ва инчунин гузариши қисман пешниҳод карданд.Banerjee32 усули диаграммаи марҳилаи динамикии Беккер ва Бринсон31-ро барои тақлид кардани дараҷаи ягонаи манипулятори озодӣ, ки аз ҷониби Элахиния ва Ахмадиан33 таҳия шудааст, истифода мебарад.Усулҳои кинетикӣ дар асоси диаграммаҳои фазавӣ, ки тағирёбии ғайримонотоникии шиддатро бо ҳарорат ба назар мегиранд, дар барномаҳои муҳандисӣ татбиқ кардан душвор аст.Элахиния ва Аҳмадиан ба ин камбудиҳои моделҳои феноменологии мавҷуда таваҷҷӯҳ зоҳир намуда, модели васеъи феноменологиро барои таҳлил ва муайян кардани рафтори хотираи шакл дар ҳама гуна шароити мураккаби боркунӣ пешниҳод мекунанд.
Модели сохтории сими SMA стресс (\(\сигма\)), шиддат (\(\epsilon\)), ҳарорат (T) ва фраксияи ҳаҷми мартенситро (\(\xi\)) сими SMA медиҳад.Модели конститутивии феноменологӣ аввал аз ҷониби Танака28 пешниҳод шуда буд ва баъдтар аз ҷониби Лианг29 ва Бринсон30 қабул карда шуд.Ҳосили муодила чунин шакл дорад:
ки дар он E модули аз марҳилаи вобастагии SMA Янг мебошад, ки бо истифода аз \(\displaystyle E=\xi E_M + (1-\xi )E_A\) ва \(E_A\) ва \(E_M\), ки модули Янгро ифода мекунанд, мутаносибан фазаҳои аустенитӣ ва мартенситикӣ мебошанд ва коэффисиенти васеъшавии гармидиҳӣ \_\ нишон дода шудааст).Омили саҳми марҳилаи гузариш \(\Omega = -E \epsilon _L\) ва \(\epsilon _L\) шиддати максималии барқароршаванда дар сими SMA мебошад.
Муодилаи динамикаи фаза бо функсияи косинуси аз ҷониби Liang29 таҳияшуда ва баъдтар аз ҷониби Бринсон30 ба ҷои функсияи экспоненсиалии пешниҳодкардаи Танака28 қабулшуда мувофиқат мекунад.Модели гузариши марҳилавӣ тамдиди модели пешниҳодкардаи Элахиния ва Аҳмадиан34 мебошад ва дар асоси шартҳои гузариши марҳилавӣ, ки аз ҷониби Лианг29 ва Бринсон30 дода шудаанд, дигаргун карда шудааст.Шартҳое, ки барои ин модели гузариши фаза истифода мешаванд, дар зери сарбориҳои мураккаби термомеханикӣ эътибор доранд.Ҳангоми моделсозии муодилаи конститутсионӣ дар ҳар лаҳзаи вақт, арзиши ҳиссаи ҳаҷми мартенсит ҳисоб карда мешавад.
Муодилаи ретрансформацияи идоракунанда, ки бо табдили мартенсит ба аустенит дар шароити гармкунӣ ифода карда мешавад, чунин аст:
ки \(\xi\) ҳиссаи ҳаҷми мартенсит, \(\xi _M\) ҳиссаи ҳаҷми мартенсит, ки пеш аз гармкунӣ ба даст оварда шудааст, \(\displaystyle a_A = \pi /(A_f – A_s)\), \ ( \displaystyle b_A = -a_A/C_A\) ва \(C_A\) - сим (C_A\) - сим (C_A\) - сим (S_A\) - сим, ва \(A_f\) – мутаносибан оғоз ва анҷоми марҳилаи аустенитӣ, ҳарорат.
Муодилаи идоракунии мустақими табдилдиҳӣ, ки бо табдили фазавии аустенит ба мартенсит дар шароити хунуккунӣ ифода шудааст, чунин аст:
ки дар он \(\xi _A\) ҳиссаи ҳаҷми мартенсит, ки пеш аз хунуккунӣ ба даст оварда шудааст, \(\displaystyle a_M = \pi /(M_s – M_f)\), \(\displaystyle b_M = -a_M/C_M\) ва \ (C_M \) - параметрҳои мувофиқ кардани каҷ, T - SMA ҳарорати ниҳоии макон ва ҳарорати ниҳоии макон, \(\) ва ly.
Пас аз дифференсиатсияи муодилаҳои (3) ва (4) муодилаҳои табдилдиҳии баръакс ва мустақим ба шакли зерин содда карда мешаванд:
Ҳангоми табдили пеш ва ба ақиб \(\eta _{\sigma}\) ва \(\eta _{T}\) арзишҳои гуногун мегиранд.Муодилаҳои асосии марбут ба \(\eta _{\sigma}\) ва \(\eta _{T}\) дар фасли иловагӣ ба таври муфассал ба даст оварда шудаанд.
Энергияи гармие, ки барои баланд бардоштани ҳарорати сими SMA лозим аст, аз эффекти гармкунии Ҷоул меояд.Энергияи гармии аз ҷониби сими SMA ҷаббидашуда ё баровардашуда бо гармии ниҳонии табдилёбӣ ифода карда мешавад.Талафоти гармӣ дар сими SMA аз конвексияи маҷбурӣ ба амал меояд ва бо назардошти таъсири ночизи радиатсионӣ, муодилаи тавозуни энергияи гармӣ чунин аст:
Дар куҷо \(m_{сим}\) массаи умумии сими SMA, \(c_{p}\) иқтидори хоси гармии SMA, \(V_{in}\) шиддати ба сим додашуда, \(R_{ohm} \ ) - муқовимати ба фаза вобаста SMA, ҳамчун муайян карда мешавад;\(R_{ohm} = (l/A_{cross})[\xi r_M + (1-\xi )r_A]\ ) ки \(r_M\ ) ва \(r_A\) мутаносибан муқовимати марҳилаи SMA дар мартенсит ва аустенит мебошанд, \(A_{c}\) майдони сатҳи сим, шакли хотираи SMA аст.Гармии ниҳонии гузариши сим, T ва \(T_{\infty}\) мутаносибан ҳарорати сими SMA ва муҳити зист мебошанд.
Вақте ки сими хӯлаи хотираи шакл ба кор андохта мешавад, сим фишурда мешавад ва дар ҳар як шохаи тарҳи бимодалӣ қуввае ба вуҷуд меорад, ки қувваи нах номида мешавад.Қувваҳои нахҳо дар ҳар як тори сими SMA якҷоя қувваи мушакҳоро барои амалкунанда эҷод мекунанд, тавре ки дар расми 9е нишон дода шудааст.Аз сабаби мавҷудияти пружинаи ғафс, қувваи умумии мушакҳои фаъолкунандаи бисёрқабати N-ум чунин аст:
Бо иваз кардани \(N = 1\) ба муодилаи (7), қувваи мушакҳои прототипи гардонандаи бимодалии марҳилаи якум ба таври зерин ба даст оварда мешавад:
ки дар он n - шумораи пойҳои унимодалӣ, \(F_m\) қувваи мушакҳо, ки тавассути гардонанда тавлид мешавад, \(F_f\) қувваи нах дар сими SMA, \(K_x\) сахтии ғараз аст.пружина, \(\алфа\) кунҷи секунҷа аст, \(x_0\) ҷуброни ибтидоии пружаи ғаразнок барои нигоҳ доштани сими SMA дар ҳолати қаблан шиддатнок ва \(\Delta x\) ҳаракати фаъолкунанда мебошад.
Ҷойивазкунии умумӣ ё ҳаракати гардонанда (\(\Delta x\)) вобаста ба шиддат (\(\сигма\)) ва шиддат (\(\epsilon\)) дар сими SMA-и марҳилаи N-ум, гардонанда муқаррар карда мешавад (ниг. Расми иловагии баромади):
Муодилаҳои кинематикӣ муносибати байни деформатсияи гардонанда (\(\эпсилон\)) ва ҷобаҷокунӣ ё ҷобаҷокунӣ (\(\Делта x\)) медиҳанд.Деформатсияи сими Arb ҳамчун функсияи дарозии сими ибтидоии Arb (\(l_0\)) ва дарозии сим (l) дар вақти дилхоҳ t дар як шохаи универсалӣ чунин аст:
ки дар он \(l = \sqrt{l_0^2 +(\Delta x_1)^2 – 2 l_0 (\Delta x_1) \cos \alpha _1}\) бо истифода аз формулаи косинус дар \(\Delta\)ABB ', тавре ки дар расми 8 нишон дода шудааст, ба даст оварда мешавад. Барои гардонандаи марҳилаи якум (\)(N), \(1) x(1) \D x(1) аст. ), ва \(\alpha _1\) \(\alpha \) аст, тавре ки дар расми 8 нишон дода шудааст, бо фарқияти вақт аз муодилаи (11) ва иваз кардани арзиши l, суръати шиддатро чунин навиштан мумкин аст:
ки \(l_0\) дарозии ибтидоии сими SMA, l дарозии сим дар вақти дилхоҳ t дар як шохаи унимодалӣ, \(\epsilon\) деформатсияи дар сими SMA таҳияшуда ва \(\алфа \) кунҷи секунҷа аст, \(\Delta x\) ҷуброни гардонанда мебошад (чунон ки дар расми 8 нишон дода шудааст).
Ҳама n сохтори як қуллаи баланд (\(n=6\) дар ин расм) бо \(V_{in}\) ҳамчун шиддати вуруд пайваст шудаанд.Марҳилаи I: Диаграммаи схемавии сими SMA дар конфигуратсияи бимодалӣ дар шароити шиддати сифр Марҳилаи II: Сохтори назоратшаванда нишон дода шудааст, ки дар он сими SMA аз сабаби табдили баръакс фишурда мешавад, тавре ки хати сурх нишон дода шудааст.
Ҳамчун далели консепсия, як диски бимодалӣ дар асоси SMA таҳия шудааст, то ҳосилшавии симулятсияи муодилаҳои асосиро бо натиҷаҳои таҷрибавӣ санҷад.Модели CAD-и фаъолкунандаи хаттии бимодалӣ дар расм нишон дода шудааст.9а.Аз тарафи дигар, дар расм.9c тарҳи наверо нишон медиҳад, ки барои пайвасти призматикии гардишӣ бо истифода аз фаъолкунандаи дуҳавопаймои SMA бо сохтори бимодалӣ пешниҳод шудааст.Қисмҳои гардонанда бо истифода аз истеҳсоли иловагӣ дар принтери Ultimaker 3 Extended 3D сохта шудаанд.Маводе, ки барои чопи 3D-и ҷузъҳо истифода мешавад, поликарбонат аст, ки барои маводҳои ба гармӣ тобовар мувофиқ аст, зеро он қавӣ, пойдор ва ҳарорати баланди гузариши шиша (110-113 \(^{\circ }\) C) дорад.Илова бар ин, дар таҷрибаҳо сими хӯлаи хотираи шакли Dynalloy, Inc. Flexinol истифода шудааст ва хосиятҳои моддии мувофиқ ба сими Flexinol дар моделиронӣ истифода шудаанд.Ноқилҳои сершумори SMA ҳамчун нахҳое, ки дар сохтори бимодалии мушакҳо мавҷуданд, барои ба даст овардани қувваҳои баланде, ки аз ҷониби амалкунандаҳои бисёрқабат ба вуҷуд меоянд, тавре ки дар расми 9б, г нишон дода шудааст, ҷойгир карда шудаанд.
Тавре ки дар расми 9а нишон дода шудааст, кунҷи тезеро, ки аз сими бозуи ҳаракатшавандаи SMA ба вуҷуд омадааст, кунҷ (\(\альфа\)) меноманд.Бо тазиқи терминал ба тазиқи чап ва рост пайваст карда шудааст, сими SMA дар кунҷи дилхоҳи бимодалӣ нигоҳ дошта мешавад.Таҷҳизоти пружинаи ғафс, ки дар пайвасткунаки пружин ҷойгир аст, барои мувофиқ кардани гурӯҳҳои гуногуни тамдиди баҳор аз рӯи шумораи (n) нахҳои SMA тарҳрезӣ шудааст.Илова бар ин, ҷойгиршавии қисмҳои ҳаракаткунанда тавре тарҳрезӣ шудааст, ки сими SMA ба муҳити беруна барои хунуккунии маҷбурии конвексия дучор шавад.Лавҳаҳои боло ва поёни маҷмӯаи ҷудошаванда кӯмак мекунанд, ки сими SMA-ро бо буришҳои истихроҷшуда хунук нигоҳ доранд, ки барои кам кардани вазн пешбинӣ шудаанд.Илова бар ин, ҳарду нӯги сими CMA ба терминалҳои чап ва рост мутаносибан тавассути кримп пайваст карда мешаванд.Барои нигоҳ доштани фосила байни плитаҳои боло ва поён ба як канори василаи ҳаракаткунанда поршен пайваст карда шудааст.Плунжер инчунин барои татбиқ кардани қувваи басташавӣ ба сенсор тавассути тамос барои чен кардани қувваи басташавӣ ҳангоми ба кор андохтани сими SMA истифода мешавад.
Сохтори мушакҳои бимодалии SMA ба таври электрикӣ пайваста пайваст шуда, бо шиддати импульси воридотӣ таъмин карда мешавад.Дар давраи импульси шиддат, хангоми ба кор андохтани шиддат ва гарм кардани сими SMA аз ҳарорати ибтидоии аустенит, дарозии сим дар ҳар як ришта кӯтоҳ мешавад.Ин ақибнишинӣ зерсохтори бозуи манқулро фаъол мекунад.Вақте ки шиддат дар ҳамон давра ба сифр баробар карда шуд, сими гармшудаи SMA аз ҳарорати сатҳи мартенсит пасттар хунук шуд ва ба ин васила ба ҳолати аввалааш бармегардад.Дар шароити фишори сифр, сими SMA аввал ба таври ғайрифаъол тавассути пружаи ғафс дароз карда мешавад, то ба ҳолати муайяншудаи мартенситӣ бирасад.Бурдае, ки аз он сими SMA мегузарад, аз сабаби фишурдашавии импульси шиддат ба сими SMA ба вуҷуд меояд (SPA ба фазаи аустенитӣ мерасад) ҳаракат мекунад, ки боиси фаъол шудани фишанги ҳаракатшаванда мегардад.Вақте ки сими SMA кашида мешавад, пружинаи ғафс қувваи муқобилро тавассути дароз кардани пружа ба вуҷуд меорад.Вақте ки фишор дар шиддати импулс сифр мешавад, сими SMA аз ҳисоби хунуккунии маҷбурии конвексия дароз шуда, шакли худро тағир дода, ба фазаи дукаратаи мартенситӣ мерасад.
Системаи пешниҳодшудаи фаъолкунандаи хаттии ба SMA асосёфта дорои конфигуратсияи бимодалӣ мебошад, ки дар он симҳои SMA кунҷ доранд.(а) модели CAD-и прототипро тасвир мекунад, ки баъзе ҷузъҳо ва маънои онҳоро барои прототип зикр мекунад, (b, d) прототипи таҷрибавии таҳияшударо муаррифӣ мекунад35.Дар ҳоле ки (б) намуди болоии прототипро бо пайвастҳои барқӣ ва пружинаҳои ғафс ва ченакҳои истифодашуда нишон медиҳад, (г) назари дурнамои насбро нишон медиҳад.(д) Диаграммаи системаи фаъолкунии хатӣ бо симҳои SMA дар ҳар вақти t бимодалӣ ҷойгир карда шуда, самт ва ҷараёни қувваи нах ва мушакҳоро нишон медиҳад.(в) Пайвасти призматикии гардиши 2-DOF барои ҷойгиркунии як фаъолкунанда дар асоси SMA ду ҳамвора пешниҳод шудааст.Тавре ки нишон дода шудааст, пайванд ҳаракати хатиро аз диски поён ба бозуи боло интиқол дода, пайвасти гардишро эҷод мекунад.Аз тарафи дигар, ҳаракати ҷуфти призмаҳо ба ҳаракати гардонандаи марҳилаи якум баробар аст.
Тадқиқоти таҷрибавӣ дар прототипе, ки дар расми 9b нишон дода шудааст, барои арзёбии кори гардонандаи бимодалӣ дар асоси SMA гузаронида шуд.Тавре ки дар расми 10a нишон дода шудааст, насби таҷрибавӣ аз як таъминоти барқи доимии барномарезишаванда барои таъмини шиддати вуруд ба симҳои SMA иборат буд.Чунон ки дар расм нишон дода шудааст.Дар расми 10b, як ченаки пьезоэлектрикӣ (PACEline CFT/5kN) барои чен кардани қувваи басташавӣ бо истифода аз сабткунандаи маълумот Graphtec GL-2000 истифода шуд.Маълумот аз ҷониби соҳибхона барои омӯзиши минбаъда сабт карда мешавад.Тезометрҳо ва пурқувваткунакҳои барқ барои тавлиди сигнали шиддат таъминоти доимии барқро талаб мекунанд.Сигналҳои мувофиқ мувофиқи ҳассосияти сенсори қувваи пьезоэлектрикӣ ва параметрҳои дигар, ки дар ҷадвали 2 тавсиф шудаанд, ба баромади барқ табдил дода мешаванд. Ҳангоми ба кор андохтани импулси шиддат ҳарорати сими SMA баланд мешавад ва боиси фишурдани сими SMA мегардад, ки ин боиси тавлиди қувваи иҷрокунанда мегардад.Натиљањои таҷрибавии натиљаи ќувваи мушакњо аз рўи импульси шиддати вуруди 7 В дар расми р нишон дода шудаанд.2а.
(а) Дар таҷриба барои чен кардани қуввае, ки аз ҷониби фаъолкунанда тавлид шудааст, системаи фаъолкунандаи хатӣ дар асоси SMA таъсис дода шуд.Ҳуҷайраи сарборӣ қувваи блоккуниро чен мекунад ва аз қувваи барқ 24 В DC таъмин карда мешавад.Пастшавии шиддати 7 В дар тамоми дарозии ноқил бо истифода аз таъминоти барқ барномашавандаи DC GW Instek татбиқ карда шуд.Сими SMA аз сабаби гармӣ хурд мешавад ва бозуи ҳаракаткунанда бо ҳуҷайраи сарборӣ тамос мегирад ва қувваи басташавӣ ба амал меорад.Ҳуҷраи сарборӣ ба сабтгари маълумот GL-2000 пайваст карда мешавад ва маълумот барои коркарди минбаъда дар ҳост нигоҳ дошта мешавад.(б) Диаграммаи нишон додани занҷири ҷузъҳои дастгоҳи таҷрибавӣ барои чен кардани қувваи мушакҳо.
Хӯлаҳои хотираи шакл аз энергияи гармӣ ба ҳаяҷон меоянд, аз ин рӯ ҳарорат як параметри муҳим барои омӯзиши падидаи хотираи шакл мегардад.Ба таври таҷрибавӣ, тавре ки дар расми 11а нишон дода шудааст, тасвири гармидиҳӣ ва андозагирии ҳарорат дар прототипи фаъолкунандаи дивалератии дар асоси SMA асосёфта анҷом дода шуд.Манбаи барномарезишавандаи DC шиддати вурудро ба симҳои SMA дар танзимоти таҷрибавӣ истифода бурд, тавре ки дар расми 11b нишон дода шудааст.Тағйирёбии ҳарорати сими SMA дар вақти воқеӣ бо истифода аз камераи баландсифати LWIR (FLIR A655sc) чен карда шуд.Хост нармафзори ResearchIR-ро барои сабти маълумот барои коркарди минбаъда истифода мебарад.Вақте ки импулси шиддат ба кор бурда мешавад, ҳарорати сими SMA баланд мешавад ва боиси кам шудани сими SMA мегардад.Дар расм.Дар расми 2b натиҷаҳои таҷрибавии ҳарорати сими SMA нисбат ба вақт барои импулси шиддати вуруди 7V нишон дода шудааст.
Вақти фиристодан: сентябр-28-2022