ขอบคุณที่เยี่ยมชม Nature.comเวอร์ชันเบราว์เซอร์ที่คุณใช้มีการรองรับ CSS ที่จำกัดเพื่อประสบการณ์ที่ดีที่สุด เราขอแนะนำให้คุณใช้เบราว์เซอร์ที่อัปเดตแล้ว (หรือปิดใช้งานโหมดความเข้ากันได้ใน Internet Explorer)ในระหว่างนี้ เพื่อให้แน่ใจว่าได้รับการสนับสนุนอย่างต่อเนื่อง เราจะแสดงไซต์โดยไม่มีสไตล์และ JavaScript
แอคชูเอเตอร์ถูกใช้งานทุกที่และสร้างการเคลื่อนไหวที่ควบคุมโดยการใช้แรงกระตุ้นหรือแรงบิดที่ถูกต้องเพื่อดำเนินการต่างๆ ในการผลิตและระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมความต้องการไดรฟ์ที่เร็วขึ้น ขนาดเล็กลง และมีประสิทธิภาพมากขึ้นกำลังขับเคลื่อนนวัตกรรมในการออกแบบไดรฟ์ไดร์ฟ Shape Memory Alloy (SMA) มีข้อดีหลายประการเหนือไดร์ฟทั่วไป รวมถึงอัตราส่วนกำลังต่อน้ำหนักที่สูงในวิทยานิพนธ์นี้ แอคชูเอเตอร์ที่ใช้ SMA แบบขนนกสองตัวได้รับการพัฒนาขึ้นโดยผสมผสานข้อดีของกล้ามเนื้อขนนกของระบบชีวภาพและคุณสมบัติเฉพาะของ SMAการศึกษานี้สำรวจและขยายแอคชูเอเตอร์ SMA รุ่นก่อนหน้าโดยการพัฒนาแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของแอคชูเอเตอร์ใหม่ตามการจัดเรียงสาย SMA แบบ bimodal และทดสอบด้วยการทดลองเมื่อเทียบกับไดรฟ์ที่รู้จักซึ่งใช้ SMA แรงกระตุ้นของไดรฟ์ใหม่จะสูงกว่าอย่างน้อย 5 เท่า (สูงสุด 150 N)การลดน้ำหนักที่สอดคล้องกันคือประมาณ 67%ผลของการวิเคราะห์ความไวของแบบจำลองทางคณิตศาสตร์มีประโยชน์สำหรับการปรับพารามิเตอร์การออกแบบและทำความเข้าใจกับพารามิเตอร์หลักการศึกษานี้ยังนำเสนอไดรฟ์สเตจ N หลายระดับที่สามารถใช้เพื่อปรับปรุงไดนามิกให้ดียิ่งขึ้นแอคชูเอเตอร์ของกล้ามเนื้อ Dipvalerate ที่ใช้ SMA มีการใช้งานที่หลากหลาย ตั้งแต่การสร้างระบบอัตโนมัติไปจนถึงระบบนำส่งยาที่แม่นยำ
ระบบชีวภาพ เช่น โครงสร้างกล้ามเนื้อของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม สามารถกระตุ้นตัวกระตุ้นที่บอบบางได้มากมาย1สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมมีโครงสร้างกล้ามเนื้อที่แตกต่างกัน ซึ่งแต่ละชนิดมีจุดประสงค์เฉพาะอย่างไรก็ตาม โครงสร้างส่วนใหญ่ของเนื้อเยื่อกล้ามเนื้อของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมสามารถแบ่งออกได้เป็นสองประเภทกว้างๆขนานและเพนเนตในเอ็นร้อยหวายและกล้ามเนื้ออ่อนแรงอื่น ๆ ตามชื่อที่แนะนำ กล้ามเนื้อขนานมีเส้นใยกล้ามเนื้อขนานกับเอ็นกลางสายโซ่ของเส้นใยกล้ามเนื้อนั้นเรียงตัวกันและเชื่อมต่อกันด้วยเนื้อเยื่อเกี่ยวพันที่อยู่รอบๆแม้ว่ากล้ามเนื้อเหล่านี้มีการยืดออกมาก (เปอร์เซ็นต์สั้นลง) ความแข็งแรงของกล้ามเนื้อโดยรวมมี จำกัด มากในทางตรงกันข้าม ในกล้ามเนื้อน่องไขว้2 (lateral gastrocnemius (GL)3, medial gastrocnemius (GM)4 และ soleus (SOL)) และ extensor femoris (quadriceps)5,6 พบเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อเพนเนทในกล้ามเนื้อแต่ละมัด7ในโครงสร้างแบบพินเนท ใยกล้ามเนื้อในกล้ามเนื้อไบเพนเนทมีอยู่ทั้งสองด้านของเอ็นกลางที่มุมเฉียง (มุมพินเนท)Pennate มาจากคำภาษาละตินว่า "penna" ซึ่งแปลว่า "ปากกา" และดังแสดงในรูป1 มีลักษณะคล้ายขนนกเส้นใยของกล้ามเนื้อเพนเนตจะสั้นกว่าและทำมุมกับแกนตามยาวของกล้ามเนื้อเนื่องจากโครงสร้าง pinnate การเคลื่อนไหวโดยรวมของกล้ามเนื้อเหล่านี้จะลดลง ซึ่งนำไปสู่ส่วนประกอบตามขวางและตามยาวของกระบวนการทำให้สั้นลงในทางกลับกัน การกระตุ้นกล้ามเนื้อเหล่านี้ทำให้กล้ามเนื้อโดยรวมแข็งแรงขึ้น เนื่องจากวิธีวัดพื้นที่หน้าตัดทางสรีรวิทยาดังนั้นสำหรับพื้นที่หน้าตัดที่กำหนด กล้ามเนื้อเพนเนตจะแข็งแรงกว่าและสร้างแรงได้สูงกว่ากล้ามเนื้อที่มีเส้นใยคู่ขนานกันแรงที่เกิดจากเส้นใยแต่ละเส้นจะสร้างแรงของกล้ามเนื้อในระดับมหภาคในเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อนั้นนอกจากนี้ยังมีคุณสมบัติเฉพาะเช่นการหดตัวอย่างรวดเร็ว การป้องกันความเสียหายจากแรงดึง การรองรับแรงกระแทกมันแปลงความสัมพันธ์ระหว่างอินพุตไฟเบอร์และเอาต์พุตกำลังของกล้ามเนื้อโดยใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติเฉพาะและความซับซ้อนทางเรขาคณิตของการจัดเรียงไฟเบอร์ที่เกี่ยวข้องกับเส้นการทำงานของกล้ามเนื้อ
ที่แสดงเป็นแผนภาพแผนผังของการออกแบบแอคชูเอเตอร์ที่ใช้ SMA ที่มีอยู่ซึ่งสัมพันธ์กับสถาปัตยกรรมของกล้ามเนื้อ bimodal ตัวอย่างเช่น (a) ซึ่งแสดงถึงปฏิสัมพันธ์ของแรงสัมผัสซึ่งอุปกรณ์รูปมือที่กระตุ้นโดยสาย SMA ติดตั้งอยู่บนหุ่นยนต์เคลื่อนที่อิสระสองล้อ9,10, (b) อวัยวะเทียมในวงโคจรของหุ่นยนต์ที่มีอวัยวะเทียมในวงโคจรแบบสปริงโหลด SMA ที่วางปฏิปักษ์กันตำแหน่งของตาเทียมถูกควบคุมโดยสัญญาณจากกล้ามเนื้อตาของตา (c) แอคชูเอเตอร์ SMA เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานใต้น้ำ เนื่องจากการตอบสนองความถี่สูงและแบนด์วิธต่ำในการกำหนดค่านี้ แอคชูเอเตอร์ SMA ถูกใช้เพื่อสร้างการเคลื่อนที่ของคลื่นโดยจำลองการเคลื่อนไหวของปลา (d) แอคชูเอเตอร์ SMA ถูกใช้เพื่อสร้างหุ่นยนต์ตรวจสอบท่อขนาดเล็กที่สามารถใช้หลักการเคลื่อนที่ของหนอนนิ้ว ซึ่งควบคุมโดยการเคลื่อนที่ของเส้น SMA ภายในช่อง 10 (e) แสดงทิศทางของเส้นใยกล้ามเนื้อหดตัวและสร้างแรงหดตัวในเนื้อเยื่อแกสโตรนีเมียส (f) แสดงเส้นลวด SMA ที่จัดเรียงในรูปแบบของเส้นใยกล้ามเนื้อในโครงสร้างกล้ามเนื้อเพนเนท
แอคชูเอเตอร์ได้กลายเป็นส่วนสำคัญของระบบกลไกเนื่องจากการใช้งานที่หลากหลายดังนั้นความต้องการไดรฟ์ที่มีขนาดเล็กลง เร็วขึ้น และมีประสิทธิภาพมากขึ้นจึงเป็นสิ่งสำคัญแม้จะมีข้อได้เปรียบ แต่ไดรฟ์แบบดั้งเดิมก็ได้พิสูจน์แล้วว่ามีราคาแพงและใช้เวลานานในการบำรุงรักษาแอคชูเอเตอร์แบบไฮดรอลิกและนิวเมติกมีความซับซ้อนและมีราคาแพง และอาจมีการสึกหรอ ปัญหาการหล่อลื่น และส่วนประกอบขัดข้องเพื่อตอบสนองต่อความต้องการ โฟกัสอยู่ที่การพัฒนาแอคชูเอเตอร์ขั้นสูงที่คุ้มราคา ปรับขนาดให้เหมาะสม และใช้วัสดุอัจฉริยะการวิจัยที่กำลังดำเนินอยู่กำลังมองหาแอคชูเอเตอร์แบบชั้นของ Shape Memory Alloy (SMA) เพื่อตอบสนองความต้องการนี้แอคชูเอเตอร์แบบลำดับชั้นมีลักษณะเฉพาะตรงที่รวมแอคชูเอเตอร์แบบแยกส่วนจำนวนมากเข้าไว้ในระบบย่อยของสเกลมาโครที่ซับซ้อนทางเรขาคณิต เพื่อให้การทำงานที่เพิ่มขึ้นและขยายออกไปในเรื่องนี้ เนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อมนุษย์ที่อธิบายไว้ข้างต้นให้ตัวอย่างหลายชั้นที่ยอดเยี่ยมของการกระตุ้นหลายชั้นดังกล่าวการศึกษาในปัจจุบันอธิบายถึงไดร์ฟ SMA หลายระดับที่มีองค์ประกอบไดร์ฟหลายตัว (สาย SMA) ที่จัดแนวตามทิศทางของเส้นใยที่มีอยู่ในกล้ามเนื้อไบโมดัล ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพไดร์ฟโดยรวม
จุดประสงค์หลักของแอคชูเอเตอร์คือการสร้างกำลังทางกล เช่น แรงและการกระจัดโดยการแปลงพลังงานไฟฟ้าShape Memory Alloys เป็นวัสดุประเภท “ฉลาด” ที่สามารถคืนรูปได้ที่อุณหภูมิสูงภายใต้โหลดสูง การเพิ่มอุณหภูมิของเส้นลวด SMA นำไปสู่การคืนรูป ส่งผลให้ความหนาแน่นของพลังงานในการสั่งงานสูงขึ้นเมื่อเทียบกับวัสดุอัจฉริยะที่ยึดติดโดยตรงต่างๆในขณะเดียวกันภายใต้ภาระเชิงกล SMA จะเปราะภายใต้เงื่อนไขบางประการ โหลดแบบวนรอบสามารถดูดซับและปล่อยพลังงานกล ซึ่งแสดงการเปลี่ยนแปลงรูปร่างแบบฮิสเทรีติกที่พลิกกลับได้คุณสมบัติเฉพาะเหล่านี้ทำให้ SMA เหมาะอย่างยิ่งสำหรับเซ็นเซอร์ การลดการสั่นสะเทือน และโดยเฉพาะอย่างยิ่งแอคทูเอเตอร์12ด้วยเหตุนี้จึงมีการวิจัยจำนวนมากเกี่ยวกับไดรฟ์ที่ใช้ SMAควรสังเกตว่าแอคชูเอเตอร์ที่ใช้ SMA ได้รับการออกแบบมาเพื่อให้การเคลื่อนที่แบบแปลและแบบหมุนสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย13,14,15แม้ว่าแอคชูเอเตอร์แบบโรตารีบางรุ่นจะได้รับการพัฒนา แต่นักวิจัยก็ให้ความสนใจเป็นพิเศษกับลิเนียร์แอคชูเอเตอร์แอคชูเอเตอร์เชิงเส้นเหล่านี้สามารถแบ่งออกเป็นแอคทูเอเตอร์ได้สามประเภท: แอคทูเอเตอร์หนึ่งมิติ ดิสเพลสเมนต์ และดิฟเฟอเรนเชียล 16 .ในขั้นต้น ไดรฟ์ไฮบริดถูกสร้างขึ้นร่วมกับ SMA และไดรฟ์ทั่วไปอื่นๆตัวอย่างหนึ่งของแอคชูเอเตอร์เชิงเส้นแบบไฮบริดที่ใช้ SMA คือการใช้ลวด SMA กับมอเตอร์กระแสตรงเพื่อให้แรงเอาต์พุตประมาณ 100 นิวตันและการกระจัดที่มีนัยสำคัญ17
หนึ่งในการพัฒนาแรกๆ ในไดรฟ์ที่ใช้ SMA ทั้งหมดคือไดรฟ์แบบขนาน SMAการใช้สาย SMA หลายเส้น ไดรฟ์แบบขนานที่ใช้ SMA ได้รับการออกแบบมาเพื่อเพิ่มความสามารถด้านพลังงานของไดรฟ์โดยการวางสายไฟ SMA18 ทั้งหมดแบบขนานการเชื่อมต่อแบบขนานของแอคทูเอเตอร์ไม่เพียงแต่ต้องการพลังงานที่มากขึ้นเท่านั้น แต่ยังจำกัดกำลังเอาต์พุตของสายไฟเส้นเดียวอีกด้วยข้อเสียอีกประการหนึ่งของแอคชูเอเตอร์ที่ใช้ SMA คือการเดินทางที่จำกัดซึ่งสามารถทำได้เพื่อแก้ปัญหานี้ คานเคเบิล SMA ถูกสร้างขึ้นซึ่งมีคานยืดหยุ่นแบบโก่งตัวเพื่อเพิ่มการกระจัดและบรรลุการเคลื่อนที่เชิงเส้น แต่ไม่ได้สร้างแรงที่สูงขึ้น19โครงสร้างและเนื้อผ้าที่เปลี่ยนรูปได้อย่างนุ่มนวลสำหรับหุ่นยนต์ที่ใช้โลหะผสมจำรูปร่างได้รับการพัฒนาเพื่อการขยายแรงกระแทกเป็นหลัก20,21,22สำหรับการใช้งานที่ต้องการความเร็วสูง มีการรายงานปั๊มขับเคลื่อนขนาดกะทัดรัดโดยใช้ SMA แบบฟิล์มบางสำหรับการใช้งานที่ขับเคลื่อนด้วยปั๊มขนาดเล็ก23ความถี่ในการขับเคลื่อนของเมมเบรน SMA แบบฟิล์มบางเป็นปัจจัยสำคัญในการควบคุมความเร็วของไดร์เวอร์ดังนั้น มอเตอร์เชิงเส้น SMA จึงมีการตอบสนองไดนามิกที่ดีกว่ามอเตอร์สปริงหรือแกน SMAซอฟต์โรโบติกส์และเทคโนโลยีการจับยึดเป็นอีกสองแอพพลิเคชั่นที่ใช้แอคทูเอเตอร์แบบ SMAตัวอย่างเช่น เพื่อแทนที่แอคชูเอเตอร์มาตรฐานที่ใช้ในสเปซแคลมป์ 25 N แอคชูเอเตอร์แบบขนานของโลหะผสมหน่วยความจำรูปร่าง 24 ได้รับการพัฒนาในอีกกรณีหนึ่ง แอคชูเอเตอร์แบบอ่อน SMA ถูกสร้างขึ้นโดยใช้ลวดที่มีเมทริกซ์ในตัวที่สามารถสร้างแรงดึงสูงสุดที่ 30 นิวตัน เนื่องจากคุณสมบัติเชิงกล SMA ยังใช้ในการผลิตแอคชูเอเตอร์ที่เลียนแบบปรากฏการณ์ทางชีววิทยาหนึ่งในการพัฒนาดังกล่าวรวมถึงหุ่นยนต์ 12 เซลล์ที่เลียนแบบสิ่งมีชีวิตคล้ายไส้เดือนด้วย SMA เพื่อสร้างการเคลื่อนที่แบบไซน์เพื่อจุดไฟ26,27
ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ มีขีดจำกัดของแรงสูงสุดที่สามารถได้รับจากแอคชูเอเตอร์ที่ใช้ SMA ที่มีอยู่เพื่อแก้ไขปัญหานี้ การศึกษานี้นำเสนอโครงสร้างกล้ามเนื้อ bimodal ทางชีวภาพขับเคลื่อนด้วยลวดโลหะผสมหน่วยความจำรูปร่างมีระบบการจำแนกประเภทที่มีลวดโลหะผสมหน่วยความจำรูปร่างหลายแบบจนถึงปัจจุบัน ยังไม่มีรายงานแอคชูเอเตอร์ที่ใช้ SMA ที่มีสถาปัตยกรรมคล้ายคลึงกันในเอกสารระบบที่ไม่เหมือนใครและแปลกใหม่นี้ใช้ SMA ได้รับการพัฒนาเพื่อศึกษาพฤติกรรมของ SMA ระหว่างการจัดแนวของกล้ามเนื้อ bimodalเมื่อเปรียบเทียบกับแอคชูเอเตอร์ที่ใช้ SMA ที่มีอยู่แล้ว เป้าหมายของการศึกษานี้คือการสร้างแอคชูเอเตอร์แบบ biomimetic dipvalerate เพื่อสร้างแรงที่สูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญในปริมาณเล็กน้อยเมื่อเปรียบเทียบกับไดรฟ์แบบสเต็ปเปอร์มอเตอร์ทั่วไปที่ใช้ในระบบอัตโนมัติและระบบควบคุมอาคาร HVAC การออกแบบไดรฟ์แบบ Bimodal แบบ SMA ที่นำเสนอช่วยลดน้ำหนักของกลไกขับเคลื่อนได้ 67%ต่อไปนี้ คำว่า "กล้ามเนื้อ" และ "ไดรฟ์" จะใช้แทนกันได้การศึกษานี้ตรวจสอบการจำลองมัลติฟิสิกส์ของไดรฟ์ดังกล่าวพฤติกรรมทางกลของระบบดังกล่าวได้รับการศึกษาด้วยวิธีการทดลองและการวิเคราะห์การกระจายแรงและอุณหภูมิถูกตรวจสอบเพิ่มเติมที่แรงดันอินพุตที่ 7 V ต่อจากนั้น การวิเคราะห์พารามิเตอร์ได้ดำเนินการเพื่อให้เข้าใจความสัมพันธ์ระหว่างพารามิเตอร์หลักและแรงเอาต์พุตได้ดียิ่งขึ้นในที่สุด แอคชูเอเตอร์แบบลำดับชั้นได้รับการมองเห็นและเอฟเฟกต์ระดับลำดับชั้นได้รับการเสนอเป็นพื้นที่ในอนาคตที่เป็นไปได้สำหรับแอคทูเอเตอร์แบบไม่ใช้แม่เหล็กสำหรับการใช้งานด้านเทียมจากผลการศึกษาข้างต้น การใช้สถาปัตยกรรมขั้นตอนเดียวสร้างแรงที่สูงกว่าแอคชูเอเตอร์ที่ใช้ SMA อย่างน้อยสี่ถึงห้าเท่านอกจากนี้ แรงขับเคลื่อนเดียวกันที่เกิดจากไดรฟ์หลายระดับหลายระดับยังแสดงให้เห็นว่ามีมากกว่าไดรฟ์แบบ SMA ทั่วไปถึงสิบเท่าจากนั้น การศึกษาจะรายงานพารามิเตอร์หลักโดยใช้การวิเคราะห์ความไวระหว่างการออกแบบที่แตกต่างกันและตัวแปรอินพุตความยาวเริ่มต้นของเส้นลวด SMA (\(l_0\)) มุมพินเนท (\(\alpha\)) และจำนวนเส้นเดี่ยว (n) ในแต่ละเส้นมีผลเสียอย่างมากต่อขนาดของแรงผลักดันความแรงในขณะที่แรงดันไฟฟ้าเข้า (พลังงาน) กลายเป็นความสัมพันธ์เชิงบวก
ลวด SMA แสดงผลหน่วยความจำรูปร่าง (SME) ที่พบในตระกูลโลหะผสมนิกเกิล-ไททาเนียม (Ni-Ti)โดยทั่วไป SMA จะแสดงสองเฟสที่ขึ้นกับอุณหภูมิ: เฟสอุณหภูมิต่ำและเฟสอุณหภูมิสูงทั้งสองเฟสมีคุณสมบัติเฉพาะตัวเนื่องจากมีโครงสร้างผลึกที่แตกต่างกันในเฟสออสเทนไนท์ (เฟสอุณหภูมิสูง) ที่อยู่เหนืออุณหภูมิการเปลี่ยนแปลง วัสดุจะมีความแข็งแรงสูงและเปลี่ยนรูปได้ไม่ดีภายใต้ภาระโลหะผสมมีพฤติกรรมเหมือนเหล็กกล้าไร้สนิม ดังนั้นจึงสามารถทนต่อแรงกดสั่งงานที่สูงขึ้นได้การใช้ประโยชน์จากคุณสมบัตินี้ของโลหะผสม Ni-Ti ทำให้สาย SMA เอียงเพื่อสร้างแอคชูเอเตอร์แบบจำลองการวิเคราะห์ที่เหมาะสมได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่อทำความเข้าใจกลไกพื้นฐานของพฤติกรรมทางความร้อนของ SMA ภายใต้อิทธิพลของพารามิเตอร์ต่างๆ และรูปทรงเรขาคณิตต่างๆได้รับข้อตกลงที่ดีระหว่างผลการทดลองและการวิเคราะห์
การศึกษาเชิงทดลองได้ดำเนินการกับต้นแบบที่แสดงในรูปที่ 9a เพื่อประเมินประสิทธิภาพของไดรฟ์ bimodal ตาม SMAคุณสมบัติสองอย่างเหล่านี้คือแรงที่เกิดจากไดรฟ์ (แรงของกล้ามเนื้อ) และอุณหภูมิของเส้นลวด SMA (อุณหภูมิ SMA) ถูกวัดจากการทดลองเมื่อความต่างศักย์ไฟฟ้าเพิ่มขึ้นตามความยาวทั้งหมดของสายไฟในไดรฟ์ อุณหภูมิของสายไฟจะเพิ่มขึ้นเนื่องจากเอฟเฟกต์ความร้อนของจูลแรงดันไฟฟ้าอินพุตถูกนำไปใช้ในรอบ 10 วินาทีสองรอบ (แสดงเป็นจุดสีแดงในรูปที่ 2a, b) โดยมีช่วงระบายความร้อน 15 วินาทีระหว่างแต่ละรอบแรงปิดกั้นถูกวัดโดยใช้เพียโซอิเล็กทริกสเตรนเกจ และการกระจายอุณหภูมิของสาย SMA ได้รับการตรวจสอบตามเวลาจริงโดยใช้กล้อง LWIR ความละเอียดสูงระดับวิทยาศาสตร์ (ดูลักษณะของอุปกรณ์ที่ใช้ในตารางที่ 2)แสดงให้เห็นว่าในระหว่างเฟสไฟฟ้าแรงสูง อุณหภูมิของสายไฟจะเพิ่มขึ้นแบบโมโนโทนิก แต่เมื่อไม่มีกระแสไหล อุณหภูมิของสายไฟจะลดลงอย่างต่อเนื่องในการตั้งค่าการทดลองปัจจุบัน อุณหภูมิของสาย SMA ลดลงระหว่างขั้นตอนการทำความเย็น แต่ยังคงสูงกว่าอุณหภูมิโดยรอบบนมะเดื่อ2e แสดงภาพรวมของอุณหภูมิบนสาย SMA ที่ถ่ายจากกล้อง LWIRในทางกลับกันในรูป2a แสดงแรงปิดกั้นที่เกิดจากระบบขับเคลื่อนเมื่อแรงของกล้ามเนื้อเกินแรงคืนตัวของสปริง แขนที่ขยับได้ดังแสดงในรูปที่ 9a จะเริ่มเคลื่อนที่ทันทีที่การสั่งงานเริ่มขึ้น แขนที่ขยับได้จะสัมผัสกับเซ็นเซอร์ ทำให้เกิดแรงจากร่างกาย ดังแสดงในรูป2ค, ง.เมื่ออุณหภูมิสูงสุดใกล้เคียงกับ \(84\,^{\circ}\hbox {C}\) แรงสังเกตสูงสุดคือ 105 นิวตัน
กราฟแสดงผลการทดลองของอุณหภูมิของเส้นลวด SMA และแรงที่เกิดจากตัวกระตุ้น bimodal ที่ใช้ SMA ในระหว่างสองรอบแรงดันไฟฟ้าอินพุตจะถูกจ่ายเป็นสองรอบ รอบละ 10 วินาที (แสดงเป็นจุดสีแดง) โดยมีช่วงคูลดาวน์ 15 วินาทีระหว่างแต่ละรอบเส้นลวด SMA ที่ใช้สำหรับการทดลองคือเส้นลวด Flexinol ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.51 มม. จาก Dynalloy, Inc. (a) กราฟแสดงแรงการทดลองที่ได้รับในสองรอบ (c, d) แสดงสองตัวอย่างอิสระของการทำงานของแอคทูเอเตอร์แขนเคลื่อนไหวบนเครื่องแปลงสัญญาณแรงเพียโซอิเล็กทริก PACEline CFT/5kN (b) กราฟแสดงอุณหภูมิสูงสุดของเส้นลวด SMA ทั้งหมดในช่วงเวลาสองรอบ (e) แสดงสแนปช็อตอุณหภูมิที่ถ่ายจากเส้นลวด SMA โดยใช้ ซอฟต์แวร์ FLIR ResearchIR กล้อง LWIRพารามิเตอร์ทางเรขาคณิตที่นำมาพิจารณาในการทดลองแสดงไว้ในตารางหนึ่ง.
ผลการจำลองของแบบจำลองทางคณิตศาสตร์และผลการทดลองจะถูกเปรียบเทียบภายใต้เงื่อนไขของแรงดันอินพุต 7V ดังแสดงในรูปที่ 5จากผลการวิเคราะห์พารามิเตอร์และเพื่อหลีกเลี่ยงความเป็นไปได้ที่สาย SMA จะมีความร้อนสูงเกินไป จึงจ่ายกำลังไฟ 11.2 W ให้กับแอคชูเอเตอร์แหล่งจ่ายไฟ DC ที่ตั้งโปรแกรมได้ถูกใช้เพื่อจ่าย 7V เป็นแรงดันอินพุต และวัดกระแส 1.6A ทั่วทั้งเส้นลวดแรงที่เกิดจากไดรฟ์และอุณหภูมิของ SDR จะเพิ่มขึ้นเมื่อใช้กระแสไฟฟ้าด้วยแรงดันอินพุต 7V แรงเอาต์พุตสูงสุดที่ได้รับจากผลการจำลองและผลการทดลองของรอบแรกคือ 78 N และ 96 N ตามลำดับในรอบที่สอง แรงส่งออกสูงสุดของการจำลองและผลการทดลองคือ 150 N และ 105 N ตามลำดับความแตกต่างระหว่างการวัดแรงบดเคี้ยวและข้อมูลการทดลองอาจเกิดจากวิธีการที่ใช้ในการวัดแรงบดเคี้ยวผลการทดลองแสดงในรูป5a สอดคล้องกับการวัดแรงล็อค ซึ่งจะวัดเมื่อเพลาขับสัมผัสกับทรานสดิวเซอร์แรงเพียโซอิเล็กทริก PACEline CFT/5kN ดังแสดงในรูป2 วินาทีดังนั้น เมื่อเพลาขับไม่สัมผัสกับเซ็นเซอร์แรงที่จุดเริ่มต้นของโซนทำความเย็น แรงจะกลายเป็นศูนย์ทันที ดังแสดงในรูปที่ 2dนอกจากนี้ พารามิเตอร์อื่น ๆ ที่ส่งผลต่อการก่อตัวของแรงในรอบต่อ ๆ ไปคือค่าของเวลาในการทำความเย็นและค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อนในรอบก่อนหน้าจากมะเดื่อ2b จะเห็นได้ว่าหลังจากช่วงเวลาเย็นลง 15 วินาที สาย SMA ไม่ถึงอุณหภูมิห้อง และดังนั้นจึงมีอุณหภูมิเริ่มต้นที่สูงขึ้น (\(40\,^{\circ }\hbox {C}\)) ในรอบการขับเคลื่อนที่สองเมื่อเทียบกับรอบแรก (\(25\, ^{\circ}\hbox {C}\))ดังนั้น เมื่อเปรียบเทียบกับรอบแรก อุณหภูมิของเส้นลวด SMA ในระหว่างรอบการให้ความร้อนที่สองจะถึงอุณหภูมิออสเทนไนท์เริ่มต้น (\(A_s\)) เร็วกว่า และคงอยู่ในช่วงการเปลี่ยนแปลงนานขึ้น ส่งผลให้เกิดความเครียดและแรงในทางกลับกัน การกระจายตัวของอุณหภูมิระหว่างรอบการให้ความร้อนและความเย็นที่ได้จากการทดลองและการจำลองมีความคล้ายคลึงกันเชิงคุณภาพสูงกับตัวอย่างจากการวิเคราะห์ด้วยความร้อนการวิเคราะห์เปรียบเทียบข้อมูลความร้อนของเส้นลวด SMA จากการทดลองและการจำลองแสดงความสอดคล้องระหว่างรอบการให้ความร้อนและความเย็น และอยู่ในเกณฑ์ความคลาดเคลื่อนที่ยอมรับได้สำหรับข้อมูลการทดลองอุณหภูมิสูงสุดของเส้นลวด SMA ที่ได้จากการจำลองและการทดลองรอบแรกคือ \(89\,^{\circ }\hbox {C}\) และ \(75\,^{\circ }\hbox { C }\ ตามลำดับ ) และในรอบที่สอง อุณหภูมิสูงสุดของเส้นลวด SMA คือ \(94\,^{\circ }\hbox {C}\) และ \(83\,^{\circ }\ hbox {C} \).โมเดลที่พัฒนาขึ้นโดยพื้นฐานเป็นการยืนยันผลของเอฟเฟ็กต์หน่วยความจำรูปร่างบทวิจารณ์นี้ไม่ได้พิจารณาถึงบทบาทของความเมื่อยล้าและความร้อนสูงเกินไปในอนาคต โมเดลจะได้รับการปรับปรุงให้รวมประวัติความเค้นของลวด SMA ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานด้านวิศวกรรมมากขึ้นแรงขับเอาต์พุตและแผนภาพอุณหภูมิ SMA ที่ได้จากบล็อก Simulink อยู่ภายในเกณฑ์ความคลาดเคลื่อนที่อนุญาตของข้อมูลการทดลองภายใต้เงื่อนไขของพัลส์แรงดันอินพุตที่ 7 V สิ่งนี้ยืนยันความถูกต้องและความน่าเชื่อถือของแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่พัฒนาขึ้น
แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ได้รับการพัฒนาในสภาพแวดล้อมของ MathWorks Simulink R2020b โดยใช้สมการพื้นฐานที่อธิบายไว้ในส่วนวิธีการบนมะเดื่อ3b แสดงบล็อกไดอะแกรมของโมเดลคณิตศาสตร์ Simulinkแบบจำลองนี้จำลองขึ้นสำหรับพัลส์แรงดันไฟฟ้าอินพุต 7V ดังแสดงในรูปที่ 2a, bค่าของพารามิเตอร์ที่ใช้ในการจำลองแสดงอยู่ในตารางที่ 1 ผลการจำลองของกระบวนการชั่วคราวแสดงในรูปที่ 1 และ 1 รูปที่ 3a และ 4 ในรูป4a,b แสดงแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำในสาย SMA และแรงที่เกิดจากแอคชูเอเตอร์เป็นฟังก์ชันของเวลา ระหว่างการแปลงย้อนกลับ (การให้ความร้อน) เมื่ออุณหภูมิเส้นลวด SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (อุณหภูมิเริ่มต้นของเฟสออสเทนไนท์ที่ปรับความเค้น) อัตราการเปลี่ยนแปลงของเศษส่วนปริมาตรของมาร์เทนไซต์ (\(\dot{\xi }\)) จะเป็นศูนย์ ระหว่างการแปลงย้อนกลับ (การให้ความร้อน) เมื่ออุณหภูมิเส้นลวด SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (อุณหภูมิเริ่มต้นของเฟสออสเทนไนท์ที่ปรับความเค้น) อัตราการเปลี่ยนแปลงของเศษส่วนปริมาตรของมาร์เทนไซต์ (\(\dot{\ xi }\)) จะเป็นศูนย์ Во время обратного превращения (нагрева), когда температура проволоки SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (температура начала аустенитной фа зы, модифицированная напряжением), скорость изменения объемной доли мартенсита (\(\dot{\ xi }\)) будет равно нулю. ระหว่างการแปลงย้อนกลับ (การให้ความร้อน) เมื่ออุณหภูมิของเส้นลวด SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (อุณหภูมิเริ่มต้นของออสเทนไนต์ที่ปรับความเค้น) อัตราการเปลี่ยนแปลงของเศษส่วนปริมาตรมาร์เทนไซต์ (\(\dot{\ xi }\ )) จะเป็นศูนย์在反向转变（加热）过程中，当SMA 线温度\(T < A_s^{\prime}\)（应力修正奥氏体相起始温度）时，马氏体体积分数的变化率（\(\dot{\ xi }\)) 将为零。在反向转变（加热）中，当当线温度\(t
(a) ผลการจำลองแสดงการกระจายตัวของอุณหภูมิและอุณหภูมิทางแยกที่เกิดจากความเค้นในแอคชูเอเตอร์แบบไดวาเลอเรตที่ใช้ SMAเมื่ออุณหภูมิของเส้นลวดตัดผ่านอุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านของออสเทนไนท์ในขั้นตอนการให้ความร้อน อุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านของออสเทนไนท์ที่ปรับเปลี่ยนจะเริ่มเพิ่มขึ้น และในทำนองเดียวกัน เมื่ออุณหภูมิของเหล็กลวดข้ามอุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านของมาร์เทนซิติกในขั้นตอนการทำความเย็น อุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านของมาร์เทนซิติกจะลดลงSMA สำหรับการสร้างแบบจำลองเชิงวิเคราะห์ของกระบวนการสั่งงาน(สำหรับมุมมองโดยละเอียดของแต่ละระบบย่อยของโมเดล Simulink โปรดดูภาคผนวกของไฟล์เสริม)
ผลลัพธ์ของการวิเคราะห์สำหรับการแจกแจงพารามิเตอร์ต่างๆ จะแสดงสำหรับสองรอบของแรงดันไฟฟ้าขาเข้า 7V (รอบการอุ่นเครื่อง 10 วินาที และรอบการเย็นลง 15 วินาที)ในขณะที่ (ac) และ (e) แสดงการกระจายตามเวลา ในทางกลับกัน (d) และ (f) แสดงการกระจายด้วยอุณหภูมิสำหรับเงื่อนไขอินพุตที่เกี่ยวข้อง ความเค้นสูงสุดที่สังเกตได้คือ 106 MPa (น้อยกว่า 345 MPa ความแข็งแรงของเส้นลวด) แรงคือ 150 N การกระจัดสูงสุดคือ 270 µm และเศษส่วนของปริมาตรมาร์เทนซิติกขั้นต่ำคือ 0.91ในทางกลับกัน การเปลี่ยนแปลงของความเค้นและการเปลี่ยนแปลงในส่วนของปริมาตรของมาร์เทนไซต์ที่มีอุณหภูมิจะคล้ายกับลักษณะเฉพาะของฮิสเทรีซิส
คำอธิบายเดียวกันนี้ใช้กับการเปลี่ยนแปลงโดยตรง (การทำให้เย็นลง) จากเฟสออสเทนไนต์ไปยังเฟสมาร์เทนไซต์ โดยที่อุณหภูมิเส้นลวด SMA (T) และอุณหภูมิสิ้นสุดของเฟสมาร์เทนไซต์ที่ปรับความเค้น (\(M_f^{\prime}\ )) นั้นยอดเยี่ยมบนมะเดื่อ4d,f แสดงการเปลี่ยนแปลงของความเค้นเหนี่ยวนำ (\(\sigma\)) และเศษส่วนปริมาตรของมาร์เทนไซต์ (\(\xi\)) ในเส้นลวด SMA โดยเป็นฟังก์ชันของการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของเส้นลวด SMA (T) สำหรับรอบการขับขี่ทั้งสองบนมะเดื่อรูปที่ 3a แสดงการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิของสาย SMA ตามเวลา ขึ้นอยู่กับพัลส์แรงดันอินพุตดังที่เห็นได้จากรูป อุณหภูมิของเส้นลวดยังคงเพิ่มขึ้นโดยให้แหล่งความร้อนที่แรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์และการระบายความร้อนแบบพาความร้อนตามมาระหว่างการให้ความร้อน การเปลี่ยนรูปของมาร์เทนไซต์เป็นเฟสออสเทนไนต์เริ่มต้นขึ้นเมื่ออุณหภูมิเส้นลวด SMA (T) ข้ามอุณหภูมินิวเคลียสของออสเทนไนท์ที่แก้ไขความเค้น (\(A_s^{\prime}\))ในระหว่างขั้นตอนนี้ สาย SMA จะถูกบีบอัดและแอคทูเอเตอร์จะสร้างแรงนอกจากนี้ ในระหว่างการทำให้เย็นลง เมื่ออุณหภูมิของเส้นลวด SMA (T) ข้ามอุณหภูมินิวเคลียสของเฟสมาร์เทนไซต์ที่ปรับปรุงความเค้น (\(M_s^{\prime}\)) จะเกิดการเปลี่ยนแปลงในเชิงบวกจากเฟสออสเทนไนท์ไปยังเฟสมาร์เทนไซต์แรงขับเคลื่อนลดลง
ลักษณะเชิงคุณภาพหลักของไดรฟ์ bimodal ตาม SMA สามารถหาได้จากผลการจำลองในกรณีของอินพุตพัลส์แรงดัน อุณหภูมิของสาย SMA จะเพิ่มขึ้นเนื่องจากเอฟเฟกต์ความร้อนของจูลค่าเริ่มต้นของเศษส่วนปริมาตรของมาร์เทนซิติก (\(\xi\)) ถูกกำหนดเป็น 1 เนื่องจากในตอนแรกวัสดุอยู่ในช่วงมาร์เทนซิติกเต็มที่ขณะที่ลวดยังคงร้อนขึ้น อุณหภูมิของเส้นลวด SMA จะสูงกว่าอุณหภูมินิวเคลียสของออสเทนไนต์ที่แก้ไขความเค้น \(A_s^{\prime}\) ซึ่งส่งผลให้เศษส่วนปริมาตรของมาร์เทนไซต์ลดลง ดังแสดงในรูปที่ 4cนอกจากนี้ในรูป4e แสดงการกระจายจังหวะของแอคชูเอเตอร์ในเวลาและในรูปที่5 – แรงผลักดันเป็นฟังก์ชันของเวลาระบบสมการที่เกี่ยวข้องรวมถึงอุณหภูมิ ส่วนปริมาตรของมาร์เทนไซต์ และความเครียดที่ก่อตัวขึ้นในเส้นลวด ส่งผลให้เส้นลวด SMA หดตัวและแรงที่เกิดจากแอคชูเอเตอร์ดังแสดงในรูป4d,f, การแปรผันของแรงดันไฟฟ้าพร้อมอุณหภูมิและการแปรผันของเศษส่วนปริมาตรของมาร์เทนไซต์พร้อมอุณหภูมิสอดคล้องกับลักษณะเฉพาะของฮิสเทรีซิสของ SMA ในกรณีจำลองที่ 7 V
การเปรียบเทียบพารามิเตอร์การขับขี่ได้มาจากการทดลองและการคำนวณเชิงวิเคราะห์สายไฟอยู่ภายใต้แรงดันพัลซิ่งอินพุต 7 V เป็นเวลา 10 วินาที จากนั้นทำให้เย็นลงเป็นเวลา 15 วินาที (คูลลิ่งเฟส) ตลอดสองรอบมุมพินเนทถูกกำหนดเป็น \(40^{\circ}\) และความยาวเริ่มต้นของเส้นลวด SMA ในขาพินเดี่ยวแต่ละขาถูกตั้งค่าเป็น 83 มม.(a) การวัดแรงผลักดันด้วยโหลดเซลล์ (b) การตรวจสอบอุณหภูมิสายไฟด้วยกล้องอินฟราเรดความร้อน
เพื่อให้เข้าใจถึงอิทธิพลของพารามิเตอร์ทางกายภาพที่มีต่อแรงที่เกิดจากไดรฟ์ การวิเคราะห์ความไวของแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ต่อพารามิเตอร์ทางกายภาพที่เลือกได้ดำเนินการ และจัดอันดับพารามิเตอร์ตามอิทธิพลของมันขั้นแรก การสุ่มตัวอย่างพารามิเตอร์แบบจำลองทำโดยใช้หลักการออกแบบการทดลองที่ตามด้วยการกระจายแบบสม่ำเสมอ (ดูส่วนเพิ่มเติมเกี่ยวกับการวิเคราะห์ความไว)ในกรณีนี้ พารามิเตอร์ของโมเดลประกอบด้วยแรงดันอินพุต (\(V_{in}\)) ความยาวของลวด SMA เริ่มต้น (\(l_0\)) มุมสามเหลี่ยม (\(\alpha\)) ค่าคงที่ของสปริงไบแอส (\( K_x\ )) ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อน (\(h_T\)) และจำนวนสาขารูปแบบเดียว (n)ในขั้นตอนต่อไป ความแข็งแรงของกล้ามเนื้อสูงสุดได้รับเลือกเป็นข้อกำหนดในการออกแบบการศึกษา และรับผลพาราเมตริกของตัวแปรแต่ละชุดต่อความแข็งแรงแผนทอร์นาโดสำหรับการวิเคราะห์ความไวได้มาจากค่าสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์สำหรับแต่ละพารามิเตอร์ ดังแสดงในรูปที่ 6a
(a) ค่าสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์ของพารามิเตอร์แบบจำลองและผลกระทบต่อกำลังส่งออกสูงสุดของ 2,500 กลุ่มเฉพาะของพารามิเตอร์แบบจำลองข้างต้นจะแสดงในแผนภาพพายุทอร์นาโดกราฟแสดงความสัมพันธ์อันดับของตัวบ่งชี้ต่างๆเป็นที่ชัดเจนว่า \(V_{in}\) เป็นพารามิเตอร์เดียวที่มีความสัมพันธ์เชิงบวก และ \(l_0\) เป็นพารามิเตอร์ที่มีความสัมพันธ์เชิงลบสูงสุดผลของพารามิเตอร์ต่างๆ ในชุดค่าผสมต่างๆ ต่อความแข็งแรงของกล้ามเนื้อสูงสุดแสดงไว้ใน (b, c)\(K_x\) มีช่วงตั้งแต่ 400 ถึง 800 N/m และช่วง n ตั้งแต่ 4 ถึง 24 แรงดันไฟฟ้า (\(V_{in}\)) เปลี่ยนจาก 4V เป็น 10V ความยาวสายไฟ (\(l_{0 } \)) เปลี่ยนจาก 40 เป็น 100 มม. และมุมท้าย (\ (\alpha \)) เปลี่ยนจาก \ (20 – 60 \, ^ {\circ }\)
บนมะเดื่อ6a แสดงพล็อตทอร์นาโดของค่าสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์ต่างๆ สำหรับแต่ละพารามิเตอร์ที่มีข้อกำหนดการออกแบบแรงขับสูงสุดจากมะเดื่อ6a จะเห็นได้ว่าพารามิเตอร์แรงดันไฟฟ้า (\(V_{in}\)) เกี่ยวข้องโดยตรงกับแรงเอาต์พุตสูงสุด และค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อน (\(h_T\)) มุมเปลวไฟ (\ ( \alpha\)) ค่าคงที่ของสปริงดิสเพลสเมนต์ ( \(K_x\)) มีความสัมพันธ์เชิงลบกับแรงส่งออกและความยาวเริ่มต้น (\(l_0\)) ของเส้นลวด SMA และจำนวนกิ่งแบบเอกรูปแบบ (n) แสดงค่าผกผันที่รุนแรง ความสัมพันธ์ ในกรณีของความสัมพันธ์โดยตรง ในกรณีของค่าสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์แรงดันไฟฟ้าที่มีค่าสูงกว่า (\(V_ {in}\)) แสดงว่าพารามิเตอร์นี้มีผลมากที่สุดต่อเอาต์พุตกำลังการวิเคราะห์อื่นที่คล้ายคลึงกันจะวัดแรงสูงสุดโดยการประเมินผลกระทบของพารามิเตอร์ต่างๆ ในชุดค่าผสมที่แตกต่างกันของสเปซการคำนวณทั้งสอง ดังที่แสดงในรูปที่ 6b, c\(V_{in}\) และ \(l_0\), \(\alpha\) และ \(l_0\) มีรูปแบบที่คล้ายกัน และกราฟแสดงว่า \(V_{in}\) และ \(\alpha\ ) และ \(\alpha\) มีรูปแบบที่คล้ายกันค่าที่น้อยลงของ \(l_0\) ส่งผลให้แรงสูงสุดสูงขึ้นอีกสองแผนภาพสอดคล้องกับรูปที่ 6a โดยที่ n และ \(K_x\) มีความสัมพันธ์ทางลบและ \(V_{in}\) มีความสัมพันธ์ทางบวกการวิเคราะห์นี้ช่วยในการกำหนดและปรับพารามิเตอร์ที่มีอิทธิพล ซึ่งสามารถปรับแรงเอาต์พุต ระยะชัก และประสิทธิภาพของระบบขับเคลื่อนให้เข้ากับความต้องการและการใช้งานได้
งานวิจัยปัจจุบันแนะนำและตรวจสอบไดรฟ์แบบลำดับชั้นที่มีระดับ Nในลำดับชั้นสองระดับดังแสดงในรูปที่ 7a ซึ่งแทนที่จะใช้สาย SMA แต่ละเส้นของแอคชูเอเตอร์ระดับแรก จะมีการจัดเรียงแบบ bimodal ดังแสดงในรูป9eบนมะเดื่อ7c แสดงให้เห็นว่าลวด SMA พันรอบแขนที่เคลื่อนที่ได้ (แขนเสริม) ซึ่งเคลื่อนที่ในทิศทางตามยาวเท่านั้นอย่างไรก็ตาม แขนหลักที่เคลื่อนย้ายได้ยังคงเคลื่อนที่ในลักษณะเดียวกับแขนที่เคลื่อนที่ได้ของแอคชูเอเตอร์หลายขั้นขั้นที่ 1โดยทั่วไปแล้ว ไดร์ฟสเตจ N จะถูกสร้างขึ้นโดยการแทนที่สายสเตจ SMA \(N-1\) ด้วยไดร์ฟสเตจแรกเป็นผลให้แต่ละสาขาเลียนแบบไดรฟ์ขั้นที่หนึ่ง ยกเว้นสาขาที่ยึดสายไฟไว้ด้วยวิธีนี้โครงสร้างที่ซ้อนกันสามารถก่อตัวขึ้นซึ่งสร้างแรงที่มากกว่าแรงของไดรฟ์หลักหลายเท่าในการศึกษานี้ สำหรับแต่ละระดับ ความยาวสาย SMA ที่มีประสิทธิภาพรวม 1 ม. ถูกนำมาพิจารณาด้วย ดังที่แสดงในรูปแบบตารางในรูปที่ 7dกระแสที่ไหลผ่านแต่ละเส้นในการออกแบบ Unimodal แต่ละอันและแรงดันที่เกิดขึ้นในแต่ละส่วนของเส้นลวด SMA จะเท่ากันในแต่ละระดับตามแบบจำลองการวิเคราะห์ของเรา แรงที่ส่งออกมีความสัมพันธ์เชิงบวกกับระดับ ในขณะที่การกระจัดมีความสัมพันธ์เชิงลบในเวลาเดียวกัน มีการแลกเปลี่ยนระหว่างการกระจัดและความแข็งแรงของกล้ามเนื้อดังที่เห็นในรูป7b ในขณะที่เกิดแรงสูงสุดในชั้นจำนวนมากที่สุด การกระจัดที่ใหญ่ที่สุดจะสังเกตได้ในชั้นต่ำสุดเมื่อตั้งค่าระดับลำดับชั้นเป็น \(N=5\) จะพบแรงกล้ามเนื้อสูงสุดที่ 2.58 kN โดยมี 2 จังหวะที่สังเกตได้ \(\upmu\)mในทางกลับกัน ไดรฟ์ระยะที่หนึ่งสร้างแรง 150 นิวตันที่ระยะชัก 277 \(\upmu\)mแอคทูเอเตอร์หลายระดับสามารถเลียนแบบกล้ามเนื้อจริงได้ โดยที่กล้ามเนื้อเทียมซึ่งใช้โลหะผสมจำรูปร่างสามารถสร้างแรงได้สูงกว่ามากด้วยการเคลื่อนไหวที่แม่นยำและละเอียดกว่าข้อจำกัดของการออกแบบย่อส่วนนี้คือ เมื่อลำดับชั้นเพิ่มขึ้น การเคลื่อนไหวจะลดลงอย่างมาก และความซับซ้อนของกระบวนการผลิตไดรฟ์ก็เพิ่มขึ้น
(a) ระบบแอคชูเอเตอร์เชิงเส้นหน่วยความจำโลหะผสมรูปทรงสองขั้นตอน (\(N=2\)) แสดงในการกำหนดค่า bimodalแบบจำลองที่เสนอทำได้โดยการแทนที่สาย SMA ในแอคชูเอเตอร์แบบเลเยอร์ขั้นแรกด้วยแอคชูเอเตอร์แบบเลเยอร์สเตจเดียวอีกตัว(c) การกำหนดค่าที่ผิดรูปของแอคชูเอเตอร์หลายชั้นขั้นที่สอง(b) มีการอธิบายการกระจายของแรงและการกระจัดขึ้นอยู่กับจำนวนของระดับพบว่าแรงสูงสุดของแอคชูเอเตอร์มีความสัมพันธ์เชิงบวกกับระดับสเกลบนกราฟ ในขณะที่จังหวะมีความสัมพันธ์เชิงลบกับระดับสเกลกระแสและแรงดันล่วงหน้าในแต่ละสายคงที่ทุกระดับ(ง) ตารางแสดงจำนวนก๊อกและความยาวของสาย SMA (ไฟเบอร์) ในแต่ละระดับลักษณะของสายไฟระบุด้วยดัชนี 1 และจำนวนสาขารอง (สาขาที่เชื่อมต่อกับขาหลัก) ระบุด้วยจำนวนที่มากที่สุดในตัวห้อยตัวอย่างเช่น ที่ระดับ 5 \(n_1\) หมายถึงจำนวนของสาย SMA ที่มีอยู่ในโครงสร้าง bimodal แต่ละอัน และ \(n_5\) หมายถึงจำนวนของขาเสริม (สายหนึ่งที่เชื่อมต่อกับขาหลัก)
นักวิจัยจำนวนมากได้เสนอวิธีการต่างๆ เพื่อจำลองพฤติกรรมของ SMA ด้วยหน่วยความจำรูปร่าง ซึ่งขึ้นอยู่กับคุณสมบัติเชิงความร้อนเชิงกลที่มาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงระดับมหภาคในโครงสร้างผลึกที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนเฟสการกำหนดวิธีการที่เป็นส่วนประกอบนั้นซับซ้อนโดยเนื้อแท้แบบจำลองปรากฏการณ์วิทยาที่ใช้บ่อยที่สุดเสนอโดย Tanaka28 และใช้กันอย่างแพร่หลายในงานด้านวิศวกรรมแบบจำลองปรากฏการณ์วิทยาที่เสนอโดยทานากะ [28] สันนิษฐานว่าเศษส่วนปริมาตรของมาร์เทนไซต์เป็นฟังก์ชันเอกซ์โปเนนเชียลของอุณหภูมิและความเครียดต่อมา Liang และ Rogers29 และ Brinson30 ได้เสนอแบบจำลองที่ไดนามิกการเปลี่ยนเฟสเป็นฟังก์ชันโคไซน์ของแรงดันและอุณหภูมิ โดยมีการปรับเปลี่ยนแบบจำลองเล็กน้อยเบกเกอร์และบรินสันได้เสนอเฟสไดอะแกรมตามแบบจำลองจลน์ศาสตร์เพื่อจำลองพฤติกรรมของวัสดุ SMA ภายใต้เงื่อนไขการโหลดโดยพลการเช่นเดียวกับการเปลี่ยนผ่านบางส่วนBanerjee32 ใช้วิธีไดนามิกเฟสไดอะแกรมของ Bekker และ Brinson31 เพื่อจำลองตัวควบคุมอิสระระดับเดียวที่พัฒนาโดย Elahinia และ Ahmadian33วิธีการทางจลนศาสตร์ตามเฟสไดอะแกรมซึ่งคำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงของแรงดันและอุณหภูมิแบบไม่โมโนโทนิกนั้นเป็นเรื่องยากที่จะนำไปใช้ในงานด้านวิศวกรรมElakhinia และ Ahmadian ให้ความสนใจกับข้อบกพร่องเหล่านี้ของแบบจำลองปรากฏการณ์วิทยาที่มีอยู่ และเสนอแบบจำลองปรากฏการณ์วิทยาเพิ่มเติมเพื่อวิเคราะห์และกำหนดพฤติกรรมหน่วยความจำรูปร่างภายใต้เงื่อนไขการโหลดที่ซับซ้อนใดๆ
แบบจำลองโครงสร้างของเส้นลวด SMA จะแสดงความเครียด (\(\sigma\)) ความเครียด (\(\epsilon\)) อุณหภูมิ (T) และเศษส่วนของปริมาตรมาร์เทนไซต์ (\(\xi\)) ของเส้นลวด SMAแบบจำลองเชิงปรากฏการณ์วิทยาได้รับการเสนอครั้งแรกโดยทานากะ28 และภายหลังนำมาใช้โดยเหลียง29 และบรินสัน30อนุพันธ์ของสมการมีรูปแบบดังนี้
โดยที่ E คือโมดูลัสที่ขึ้นอยู่กับเฟสของ SMA Young ที่ได้รับโดยใช้ \(\displaystyle E=\xi E_M + (1-\xi )E_A\) และ \(E_A\) และ \(E_M\) แทนโมดูลัสของ Young คือเฟสออสเทนนิติกและมาร์เทนซิติก ตามลำดับ และค่าสัมประสิทธิ์ของการขยายตัวทางความร้อนแสดงด้วย \(\theta _T\)ปัจจัยสนับสนุนการเปลี่ยนเฟสคือ \(\Omega = -E \epsilon _L\) และ \(\epsilon _L\) คือความเครียดสูงสุดที่กู้คืนได้ในสาย SMA
สมการไดนามิกของเฟสสอดคล้องกับฟังก์ชันโคไซน์ที่พัฒนาโดย Liang29 และนำมาใช้ในภายหลังโดย Brinson30 แทนฟังก์ชันเอกซ์โปเนนเชียลที่เสนอโดย Tanaka28โมเดลการเปลี่ยนเฟสเป็นส่วนขยายของโมเดลที่เสนอโดย Elakhinia และ Ahmadian34 และแก้ไขตามเงื่อนไขการเปลี่ยนเฟสที่กำหนดโดย Liang29 และ Brinson30เงื่อนไขที่ใช้สำหรับโมเดลการเปลี่ยนเฟสนี้ใช้ได้ภายใต้โหลดเชิงกลเชิงความร้อนที่ซับซ้อนในแต่ละช่วงเวลา ค่าของเศษส่วนปริมาตรของมาร์เทนไซต์จะถูกคำนวณเมื่อสร้างแบบจำลองสมการประกอบ
สมการการเปลี่ยนรูปแบบการควบคุมที่แสดงโดยการเปลี่ยนแปลงของมาร์เทนไซต์เป็นออสเทนไนต์ภายใต้สภาวะการให้ความร้อน มีดังนี้:
โดยที่ \(\xi\) คือส่วนปริมาตรของมาร์เทนไซต์ \(\xi _M\) คือส่วนปริมาตรของมาร์เทนไซต์ที่ได้รับก่อนการให้ความร้อน \(\displaystyle a_A = \pi /(A_f – A_s)\), \ ( \displaystyle b_A = -a_A/C_A\) และ \(C_A\) – พารามิเตอร์การประมาณเส้นโค้ง T – อุณหภูมิเส้นลวด SMA, \(A_s\) และ \(A_f\) – จุดเริ่มต้นและ สิ้นสุดเฟสออสเทนไนต์ ตามลำดับ อุณหภูมิ
สมการการควบคุมการเปลี่ยนแปลงโดยตรง ซึ่งแสดงโดยการเปลี่ยนเฟสของออสเทนไนต์เป็นมาร์เทนไซต์ภายใต้สภาวะการเย็นตัว คือ:
โดยที่ \(\xi _A\) คือเศษส่วนปริมาตรของมาร์เทนไซต์ที่ได้รับก่อนการทำให้เย็นลง \(\displaystyle a_M = \pi /(M_s – M_f)\), \(\displaystyle b_M = -a_M/C_M\) และ \ ( C_M \) – พารามิเตอร์เส้นโค้ง, T – อุณหภูมิเส้นลวด SMA, \(M_s\) และ \(M_f\) – อุณหภูมิมาร์เทนไซต์เริ่มต้นและสุดท้าย ตามลำดับ
หลังจากหาอนุพันธ์ของสมการ (3) และ (4) แล้ว สมการการแปลงผกผันและการแปลงโดยตรงจะถูกทำให้ง่ายในรูปแบบต่อไปนี้:
ระหว่างการแปลงไปข้างหน้าและย้อนกลับ \(\eta _{\sigma}\) และ \(\eta _{T}\) รับค่าต่างกันสมการพื้นฐานที่เกี่ยวข้องกับ \(\eta _{\sigma}\) และ \(\eta _{T}\) ได้รับมาและอธิบายโดยละเอียดในส่วนเพิ่มเติม
พลังงานความร้อนที่จำเป็นในการเพิ่มอุณหภูมิของเส้นลวด SMA นั้นมาจากเอฟเฟกต์ความร้อนของจูลพลังงานความร้อนที่ดูดซับหรือปล่อยออกมาจากเส้นลวด SMA จะแสดงด้วยความร้อนแฝงของการเปลี่ยนแปลงการสูญเสียความร้อนในเส้นลวด SMA เกิดจากการพาความร้อนแบบบังคับ และเนื่องจากผลกระทบเล็กน้อยของการแผ่รังสี สมการสมดุลพลังงานความร้อนจะเป็นดังนี้:
โดยที่ \(m_{wire}\) คือมวลรวมของเส้นลวด SMA, \(c_{p}\) คือความจุความร้อนจำเพาะของ SMA, \(V_{in}\) คือแรงดันที่ใช้กับเส้นลวด, \(R_{ohm} \ ) – SMA ความต้านทานขึ้นอยู่กับเฟส ซึ่งกำหนดเป็น;\(R_{ohm} = (l/A_{cross})[\xi r_M + (1-\xi )r_A]\ ) โดยที่ \(r_M\ ) และ \(r_A\) คือความต้านทานของเฟส SMA ในมาร์เทนไซต์และออสเทนไนต์ ตามลำดับ \(A_{c}\) คือพื้นที่ผิวของเส้นลวด SMA \(\Delta H \) เป็นโลหะผสมหน่วยความจำรูปร่างความร้อนแฝงของการเปลี่ยนเส้นลวด T และ \(T_{\infty}\) คืออุณหภูมิของเส้นลวด SMA และสิ่งแวดล้อม ตามลำดับ
เมื่อมีการกระตุ้นลวดโลหะผสมหน่วยความจำรูปร่าง ลวดจะบีบอัด ทำให้เกิดแรงในแต่ละสาขาของการออกแบบ bimodal ที่เรียกว่าแรงไฟเบอร์แรงของเส้นใยในแต่ละเส้นของเส้นลวด SMA ร่วมกันสร้างแรงของกล้ามเนื้อเพื่อกระตุ้น ดังแสดงในรูปที่ 9eเนื่องจากมีสปริงไบซิ่ง แรงรวมของกล้ามเนื้อของแอคชูเอเตอร์หลายชั้นที่ N คือ:
แทน \(N = 1\) ลงในสมการ (7) จะได้ค่าความแข็งแรงของกล้ามเนื้อของต้นแบบไดรฟ์ bimodal ระยะที่หนึ่ง ดังนี้:
โดยที่ n คือจำนวนขาแบบ Unimodal, \(F_m\) คือแรงของกล้ามเนื้อที่เกิดจากไดรฟ์, \(F_f\) คือความแข็งแรงของเส้นใยในเส้นลวด SMA, \(K_x\) คือค่าความแข็งของอคติสปริง \(\alpha\) คือมุมของสามเหลี่ยม \(x_0\) คือค่าชดเชยเริ่มต้นของสปริงไบอัสเพื่อยึดสาย SMA ในตำแหน่งปรับความตึงล่วงหน้า และ \(\Delta x\) คือการเคลื่อนที่ของแอคชูเอเตอร์
การกระจัดหรือการเคลื่อนที่โดยรวมของไดรฟ์ (\(\Delta x\)) ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้า (\(\sigma\)) และความเครียด (\(\epsilon\)) บนสาย SMA ของสเตจที่ N ไดรฟ์ถูกตั้งค่าเป็น (ดูรูปที่ ส่วนเพิ่มเติมของเอาต์พุต):
สมการจลนศาสตร์ให้ความสัมพันธ์ระหว่างการเปลี่ยนรูปของไดรฟ์ (\(\epsilon\)) และการกระจัดหรือการกระจัด (\(\Delta x\))การเสียรูปของลวด Arb ตามฟังก์ชันของความยาวลวด Arb เริ่มต้น (\(l_0\)) และความยาวของลวด (l) ณ เวลาใดๆ t ในหนึ่งกิ่งเดียวมีดังนี้:
โดยที่ \(l = \sqrt{l_0^2 +(\Delta x_1)^2 – 2 l_0 (\Delta x_1) \cos \alpha _1}\) ได้มาจากการใช้สูตรโคไซน์ใน \(\Delta\)ABB ' ดังแสดงในรูปที่ 8 สำหรับไดรฟ์ระยะแรก (\(N = 1\)), \(\Delta x_1\) คือ \(\Delta x\) และ \ (\alpha _1\) คือ \(\alpha \) ดังแสดงในรูปที่ 8 โดยแยกความแตกต่างของเวลาจากสมการ (11) และแทนค่าของ l อัตราความเครียดสามารถเขียนเป็น:
โดยที่ \(l_0\) คือความยาวเริ่มต้นของเส้นลวด SMA, l คือความยาวของเส้นลวด ณ เวลาใดๆ t ในกิ่งเดียวแบบเดียว, \(\epsilon\) คือความผิดปกติที่เกิดขึ้นในเส้นลวด SMA และ \(\alpha \) คือมุมของสามเหลี่ยม , \(\Delta x\) คือออฟเซ็ตของไดรฟ์ (ดังแสดงในรูปที่ 8)
โครงสร้างยอดเดี่ยว n ทั้งหมด (\(n=6\) ในรูปนี้) เชื่อมต่อเป็นอนุกรมโดยมี \(V_{in}\) เป็นแรงดันอินพุตขั้นที่ 1: แผนภาพแผนผังของสาย SMA ในการกำหนดค่าแบบไบโมดอลภายใต้สภาวะแรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์ ขั้นที่ II: แสดงโครงสร้างที่ควบคุมโดยที่สาย SMA ถูกบีบอัดเนื่องจากการแปลงผกผัน ดังที่แสดงโดยเส้นสีแดง
เพื่อเป็นการพิสูจน์แนวคิด ไดร์ฟ bimodal ที่ใช้ SMA ได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่อทดสอบการจำลองที่มาของสมการพื้นฐานพร้อมผลการทดลองแบบจำลอง CAD ของแอคชูเอเตอร์เชิงเส้น bimodal แสดงในรูปที่9ก.ในทางกลับกันในรูป9c แสดงการออกแบบใหม่ที่เสนอสำหรับการเชื่อมต่อแบบปริซึมแบบหมุนโดยใช้แอคชูเอเตอร์แบบฐาน SMA สองระนาบที่มีโครงสร้างแบบ bimodalส่วนประกอบของไดรฟ์ถูกประดิษฐ์ขึ้นโดยใช้การผลิตแบบเพิ่มเนื้อในเครื่องพิมพ์ Ultimaker 3 Extended 3Dวัสดุที่ใช้สำหรับการพิมพ์ชิ้นส่วน 3 มิติคือโพลีคาร์บอเนตซึ่งเหมาะสำหรับวัสดุทนความร้อนเนื่องจากมีความแข็งแรง ทนทาน และมีอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้วสูง (110-113 \(^{\circ }\) C)นอกจากนี้ ยังใช้ลวดโลหะผสมหน่วยความจำรูปร่าง Flexinol ของ Dynalloy, Inc. ในการทดลอง และใช้คุณสมบัติของวัสดุที่สอดคล้องกับลวด Flexinol ในการจำลองสาย SMA หลายเส้นถูกจัดเรียงเป็นเส้นใยที่มีอยู่ในการจัดเรียงของกล้ามเนื้อแบบ bimodal เพื่อให้ได้แรงสูงที่ผลิตโดยแอคทูเอเตอร์หลายชั้นดังที่แสดงในรูปที่ 9b, d
ดังที่แสดงในรูปที่ 9a มุมแหลมที่เกิดจากเส้นลวด SMA ของแขนที่เคลื่อนที่ได้เรียกว่ามุม (\(\alpha\))ด้วยแคลมป์ขั้วต่อที่แคลมป์ซ้ายและขวา ลวด SMA จะถูกยึดไว้ที่มุม bimodal ที่ต้องการอุปกรณ์สปริงไบอัสที่ยึดบนขั้วต่อสปริงได้รับการออกแบบเพื่อปรับกลุ่มส่วนขยายของสปริงไบอัสที่แตกต่างกันตามจำนวน (n) ของเส้นใย SMAนอกจากนี้ ตำแหน่งของชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวได้รับการออกแบบเพื่อให้สาย SMA สัมผัสกับสภาพแวดล้อมภายนอกเพื่อการระบายความร้อนด้วยการพาความร้อนแบบบังคับเพลทด้านบนและด้านล่างของส่วนประกอบที่ถอดออกได้ช่วยให้ลวด SMA เย็นด้วยช่องเจาะที่ออกแบบมาเพื่อลดน้ำหนักนอกจากนี้ ปลายทั้งสองของสายไฟ CMA จะถูกยึดเข้ากับขั้วต่อด้านซ้ายและขวาตามลำดับ โดยใช้การย้ำลูกสูบติดอยู่กับปลายด้านหนึ่งของชุดประกอบแบบเคลื่อนย้ายได้เพื่อรักษาระยะห่างระหว่างเพลตด้านบนและด้านล่างลูกสูบยังใช้เพื่อใช้แรงปิดกั้นกับเซ็นเซอร์ผ่านหน้าสัมผัสเพื่อวัดแรงปิดกั้นเมื่อสั่งงานสาย SMA
โครงสร้างกล้ามเนื้อ bimodal SMA เชื่อมต่อทางไฟฟ้าเป็นอนุกรมและขับเคลื่อนด้วยแรงดันพัลส์อินพุตในระหว่างวงจรพัลส์แรงดัน เมื่อจ่ายแรงดันและลวด SMA ได้รับความร้อนสูงกว่าอุณหภูมิเริ่มต้นของออสเทนไนต์ ความยาวของลวดในแต่ละเส้นจะสั้นลงการถอยกลับนี้เปิดใช้งานส่วนประกอบย่อยของแขนที่เคลื่อนที่ได้เมื่อแรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์ในวงจรเดียวกัน ลวด SMA ที่ได้รับความร้อนจะถูกทำให้เย็นลงต่ำกว่าอุณหภูมิของพื้นผิวมาร์เทนไซต์ ซึ่งจะทำให้กลับสู่ตำแหน่งเดิมภายใต้สภาวะความเค้นเป็นศูนย์ ลวด SMA จะถูกยืดออกก่อนโดยสปริงไบแอสเพื่อเข้าสู่สถานะมาร์เทนซิติกที่ถูกแยกออกสกรูที่ลวด SMA ผ่านจะเคลื่อนที่เนื่องจากการบีบอัดที่สร้างขึ้นโดยการใช้พัลส์แรงดันไฟฟ้ากับลวด SMA (SPA ถึงเฟสออสเทนไนท์) ซึ่งนำไปสู่การกระตุ้นคันโยกที่เคลื่อนที่ได้เมื่อดึงลวด SMA ออก สปริงไบอัสจะสร้างแรงต้านโดยการยืดสปริงให้ยาวขึ้นเมื่อความเครียดในแรงดันอิมพัลส์กลายเป็นศูนย์ ลวด SMA จะยืดออกและเปลี่ยนรูปร่างเนื่องจากการพาความเย็นแบบบังคับ ทำให้ถึงเฟสมาร์เทนซิติกสองเท่า
ระบบแอคชูเอเตอร์เชิงเส้นที่ใช้ SMA ที่เสนอมีการกำหนดค่าแบบ bimodal ซึ่งสาย SMA จะทำมุม(a) แสดงแบบจำลอง CAD ของต้นแบบ ซึ่งกล่าวถึงส่วนประกอบบางส่วนและความหมายสำหรับต้นแบบ (b, d) เป็นตัวแทนของต้นแบบทดลองที่พัฒนาขึ้น35ในขณะที่ (b) แสดงมุมมองด้านบนของต้นแบบด้วยการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าและสปริงไบอัสและสเตรนเกจที่ใช้ (d) แสดงมุมมองแบบเปอร์สเป็คทีฟของการตั้งค่า(e) แผนผังของระบบสั่งงานเชิงเส้นด้วยสาย SMA ที่วางแบบ bimodally ที่เวลาใดก็ได้ t แสดงทิศทางและเส้นทางของเส้นใยและความแข็งแรงของกล้ามเนื้อ(c) มีการเสนอการเชื่อมต่อแบบแท่งปริซึมแบบหมุน 2-DOF สำหรับการปรับใช้แอคชูเอเตอร์ที่ใช้ SMA แบบสองระนาบดังที่แสดงไว้ ลิงค์ส่งการเคลื่อนที่เชิงเส้นจากไดรฟ์ด้านล่างไปยังแขนด้านบน ทำให้เกิดการเชื่อมต่อแบบหมุนในทางกลับกัน การเคลื่อนที่ของปริซึมคู่จะเหมือนกับการเคลื่อนที่ของไดรฟ์สเตจแรกแบบหลายชั้น
การศึกษาเชิงทดลองดำเนินการกับต้นแบบที่แสดงในรูปที่ 9b เพื่อประเมินประสิทธิภาพของไดรฟ์ bimodal ตาม SMAดังแสดงในรูปที่ 10a การตั้งค่าการทดลองประกอบด้วยแหล่งจ่ายไฟ DC ที่ตั้งโปรแกรมได้เพื่อจ่ายแรงดันอินพุตให้กับสายไฟ SMAดังแสดงในรูป10b, เพียโซอิเล็กทริกสเตรนเกจ (PACEline CFT/5kN) ใช้ในการวัดแรงปิดกั้นโดยใช้เครื่องบันทึกข้อมูล Graphtec GL-2000เจ้าภาพบันทึกข้อมูลไว้เพื่อการศึกษาต่อไปสเตรนเกจและเครื่องขยายประจุต้องการแหล่งจ่ายไฟคงที่เพื่อสร้างสัญญาณแรงดันไฟฟ้าสัญญาณที่เกี่ยวข้องจะถูกแปลงเป็นเอาต์พุตกำลังตามความไวของเซ็นเซอร์แรงเพียโซอิเล็กทริกและพารามิเตอร์อื่นๆ ตามที่อธิบายไว้ในตารางที่ 2 เมื่อใช้พัลส์แรงดัน อุณหภูมิของเส้นลวด SMA จะเพิ่มขึ้น ทำให้เส้นลวด SMA บีบอัด ซึ่งทำให้แอคชูเอเตอร์สร้างแรงผลการทดลองของเอาต์พุตของความแข็งแรงของกล้ามเนื้อโดยพัลส์แรงดันอินพุต 7 V แสดงในรูปที่2a
(a) ระบบแอคชูเอเตอร์เชิงเส้นที่ใช้ SMA ได้รับการตั้งค่าในการทดลองเพื่อวัดแรงที่เกิดจากแอคชูเอเตอร์โหลดเซลล์วัดแรงปิดกั้นและใช้พลังงานจากแหล่งจ่ายไฟ 24 V DCแรงดันไฟตก 7 V ถูกใช้ตลอดความยาวสายเคเบิลโดยใช้แหล่งจ่ายไฟ DC ที่ตั้งโปรแกรมได้ GW Instekลวด SMA หดตัวเนื่องจากความร้อน และแขนที่เคลื่อนที่ได้จะสัมผัสกับโหลดเซลล์และออกแรงปิดกั้นโหลดเซลล์เชื่อมต่อกับเครื่องบันทึกข้อมูล GL-2000 และข้อมูลจะถูกจัดเก็บไว้ในโฮสต์สำหรับการประมวลผลเพิ่มเติม(b) แผนภาพแสดงห่วงโซ่ของส่วนประกอบของการตั้งค่าการทดลองสำหรับการวัดความแข็งแรงของกล้ามเนื้อ
โลหะผสมหน่วยความจำรูปร่างถูกกระตุ้นด้วยพลังงานความร้อน ดังนั้นอุณหภูมิจึงกลายเป็นตัวแปรสำคัญสำหรับการศึกษาปรากฏการณ์หน่วยความจำรูปร่างจากการทดลอง ดังที่แสดงในรูปที่ 11a การถ่ายภาพความร้อนและการวัดอุณหภูมิได้ดำเนินการบนแอคชูเอเตอร์แบบไดวาเลอเรตที่ใช้ SMA ต้นแบบแหล่งจ่ายไฟ DC ที่ตั้งโปรแกรมได้ใช้แรงดันอินพุตกับสาย SMA ในการตั้งค่าการทดลอง ดังแสดงในรูปที่ 11bการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของสาย SMA ถูกวัดตามเวลาจริงโดยใช้กล้อง LWIR ความละเอียดสูง (FLIR A655sc)โฮสต์ใช้ซอฟต์แวร์ ResearchIR เพื่อบันทึกข้อมูลสำหรับการประมวลผลภายหลังเมื่อใช้พัลส์แรงดันไฟฟ้า อุณหภูมิของเส้นลวด SMA จะเพิ่มขึ้น ทำให้เส้นลวด SMA หดตัวบนมะเดื่อรูปที่ 2b แสดงผลการทดลองของอุณหภูมิสาย SMA เทียบกับเวลาสำหรับพัลส์แรงดันอินพุต 7V
เวลาโพสต์: 28 ก.ย.-2565