Nature.com-a gireniňiz üçin sag boluň.Ulanylýan brauzer wersiýaňyzyň çäkli CSS goldawy bar.Iň oňat tejribe üçin täzelenen brauzeri ulanmagy maslahat berýäris (ýa-da Internet Explorer-de Gabat geliş tertibini öçüriň).Şol aralykda, dowamly goldawy üpjün etmek üçin sahypany stil we JavaScript bolmazdan hödürläris.
Hereketlendirijiler hemme ýerde ulanylýar we önümçilikde we senagat awtomatizasiýasynda dürli amallary ýerine ýetirmek üçin dogry tolgundyryjy güýç ýa-da tork ulanyp, gözegçilikli hereket döredýärler.Has çalt, kiçi we has täsirli sürüjileriň zerurlygy sürüjiniň dizaýnynda täzeligi herekete getirýär.“Shape Memory Alloy” (SMA) sürüjileri adaty sürüjilere garanyňda ýokary artykmaçlyk derejesini öz içine alýan birnäçe artykmaçlygy hödürleýär.Bu dissertasiýada biologiki ulgamlaryň ýelek myşsalarynyň artykmaçlyklaryny we SMA-laryň özboluşly aýratynlyklaryny özünde jemleýän iki sany ýelekli SMA esasly hereketlendiriji işlenip düzüldi.Bu gözleg, bimodal SMA sim tertibi esasynda täze hereketlendirijiniň matematiki modelini işläp düzmek we synagdan geçirmek arkaly öňki SMA hereketlendirijilerini öwrenýär we giňeldýär.SMA esasly belli sürüjiler bilen deňeşdirilende, täze sürüjiniň hereket güýji azyndan 5 esse ýokary (150 N çenli).Degişli horlanmak 67% töweregi.Matematiki modelleriň duýgurlyk derňewiniň netijeleri dizaýn parametrlerini sazlamak we esasy parametrlere düşünmek üçin peýdalydyr.Bu gözleg, dinamikany has-da ýokarlandyrmak üçin ulanyp boljak köp derejeli N-basgançak sürüjisini hödürleýär.SMA esasly dipwalerate myşsa hereketlendirijileriniň awtomatlaşdyryşy gurmakdan başlap, neşe serişdelerini iberiş ulgamlaryna çenli köp sanly amaly bar.
Süýdemdirijileriň muskul gurluşlary ýaly biologiki ulgamlar köp inçe hereketlendirijileri işjeňleşdirip biler1.Süýdemdirijilerde dürli myşsa gurluşlary bar, hersi belli bir maksat bilen hyzmat edýär.Şeýle-de bolsa, süýdemdiriji myşsa dokumasynyň gurluşynyň köp bölegini iki giň kategoriýa bölmek mümkin.Parallel we galam.Hamstringsde we beýleki flexorlarda, adyndan görnüşi ýaly, parallel muskulaturada merkezi tendona paralel myşsa süýümleri bar.Myşsa süýümleriniň zynjyry hatar bolup, töweregindäki birleşdiriji dokuma bilen işleýär.Bu myşsalaryň uly gezelenç (göterim gysgalmagy) bar diýilse-de, olaryň umumy myşsa güýji gaty çäklidir.Munuň tersine, triseplerde göle myşsasy2 (gapdal gastroknemius (GL) 3), orta gastroknemi (GM) 4 we soleus (SOL)) we ekstensor femoris (kwadriceps) her myşsada 5,6 pennat myşsa dokumasy bar7.Pinnat gurluşynda, bipennat muskulaturasyndaky myşsa süýümleri merkezi tendonyň iki tarapynda obli burçlarda (pinnat burçlary) bar.Pennate, "ruçka" manysyny berýän we injirde görkezilişi ýaly latynça "penna" sözünden gelýär.1-de ýelek ýaly görnüş bar.Pennat myşsalarynyň süýümleri has gysga we myşsanyň uzyn okuna burçlanýar.Pinnat gurluşy sebäpli bu myşsalaryň umumy hereketi peselýär, bu gysgalma prosesiniň transvers we uzyn böleklerine getirýär.Beýleki tarapdan, bu myşsalaryň işjeňleşmegi, fiziologiki kesiş meýdanynyň ölçelmegi sebäpli umumy myşsa güýjüniň has ýokary bolmagyna getirýär.Şonuň üçin belli bir kesiş meýdany üçin pennat myşsalary has güýçli bolar we parallel süýümli muskullardan has ýokary güýç döreder.Aýry süýümlerden emele gelen güýçler şol myşsa dokumasynda makroskopiki derejede myşsa güýçlerini döredýär.Mundan başga-da, çalt gysylmak, dartylýan zeperlerden goramak, ýassyk ýaly özboluşly aýratynlyklara eýedir.Süýüm girişi bilen myşsa güýji çykarylyşynyň arasyndaky baglanyşygy üýtgedýär, myşsalaryň hereket setirleri bilen baglanyşykly süýüm tertibiniň üýtgeşik aýratynlyklaryny we geometrik çylşyrymlylygyny ulanýar.
Ikitaraplaýyn muskul arhitekturasy bilen baglanyşykly bar bolan SMA esasly hereketlendiriji dizaýnlaryň shematiki diagrammalary görkezilýär, mysal üçin (a), iki tigirli awtonom ykjam robotda SMA simleri bilen işleýän el şekilli enjamyň taktil güýjüniň täsirini görkezýär., (b) Antagonistik ýerleşdirilen SMA bahar ýüklenen orbital protezli robot orbital protez.Protez gözüň ýagdaýy gözüň okulýar myşsasyndan gelýän signal bilen dolandyrylýar11, (c) SMA hereketlendirijileri ýokary ýygylygy we pes geçirijiligi sebäpli suwasty goşundylar üçin amatlydyr.Bu konfigurasiýada, SMA hereketlendirijileri balyklaryň hereketini simulirlemek arkaly tolkun hereketini döretmek üçin ulanylýar, (d) SMA hereketlendirijileri 10-njy kanalyň içindäki SMA simleriniň hereketi bilen dolandyrylýan dýuým gurçuk hereket prinsipini ulanyp bilýän mikro turba barlag robotyny döretmek üçin ulanylýar, (e) muskul süýümleriniň gysylma ugruny görkezýär, muskul süýümleriniň düzüminde muskul süýümleri emele gelýär.
Aktuatorlar, amaly giňligi sebäpli mehaniki ulgamlaryň möhüm bölegine öwrüldi.Şonuň üçin has kiçi, has çalt we has täsirli disklere zerurlyk ýüze çykýar.Artykmaçlyklaryna garamazdan, adaty sürüjiler saklamak üçin gymmat we wagt talap edýändigini subut etdiler.Gidrawlik we pnewmatik herekete getirijiler çylşyrymly we gymmat we könelmek, ýaglamak we komponentleriň näsazlygy.Islege jogap hökmünde, akylly materiallara esaslanýan tygşytly, ulaldylan we ösen hereketlendirijileri ösdürmäge üns berilýär.Dowam edýän gözlegler, bu zerurlygy kanagatlandyrmak üçin şekilli ýadyň garyndysyna (SMA) gatlakly hereketlendirijilere seredýär.Iýerarhiki herekete getirijiler köpelip, giňeldilen işlemegi üpjün etmek üçin geometrik taýdan çylşyrymly makro masştab kiçi ulgamlaryna köp aýry hereketlendirijileri birleşdirýändigi bilen özboluşlydyr.Bu nukdaýnazardan, ýokarda beýan edilen adamyň myşsa dokumasy şeýle köptaraply hereketiň ajaýyp köp gatlakly mysalydyr.Häzirki gözleg, bimodal muskullarda bar bolan süýüm ugurlaryna gabat gelýän birnäçe aýratyn hereketlendiriji elementleri (SMA simleri) bilen köp derejeli SMA sürüjisini suratlandyrýar, bu bolsa sürüjiniň umumy işleýşini gowulandyrýar.
Hereketlendirijiniň esasy maksady, elektrik energiýasyny öwürmek arkaly güýç we süýşmek ýaly mehaniki kuwwat öndürmekdir.Şekilli ýat erginleri, ýokary temperaturada şekilini dikeldip bilýän “akylly” materiallaryň synpydyr.Loadükleriň aşagynda SMA siminiň temperaturasynyň ýokarlanmagy şekiliň dikelmegine getirýär, netijede dürli gönüden-göni baglanyşykly akylly materiallar bilen deňeşdirilende has ýokary hereket energiýa dykyzlygy ýüze çykýar.Şol bir wagtyň özünde, mehaniki ýükleriň aşagynda SMA-lar döwülýär.Käbir şertlerde tigirli ýük mehaniki energiýany siňdirip we goýberip biler, tersine histeretiki şekil üýtgemelerini görkezer.Bu üýtgeşik aýratynlyklar SMA-ny datçikler, titremäniň peselmegi we esasanam herekete getirijiler üçin ideal edýär12.Şuny göz öňünde tutup, SMA esasly disklerde köp gözleg geçirildi.SMA esasly hereketlendirijileriň dürli programmalar üçin terjime we aýlaw hereketini üpjün etmek üçin döredilendigini bellemelidiris13,14,15.Käbir aýlaw hereketlendirijileri işlenip düzülen hem bolsa, gözlegçiler esasanam çyzykly hereketlendirijiler bilen gyzyklanýar.Bu çyzykly hereketlendirijileri herekete getirijileriň üç görnüşine bölmek bolar: bir ölçegli, süýşme we diferensial herekete getirijiler 16.Ilki bilen gibrid diskler SMA we beýleki adaty diskler bilen bilelikde döredildi.SMA esasly gibrid çyzykly hereketlendirijiniň şeýle mysallarynyň biri, 100 N töweregi çykyş güýjüni we ep-esli süýşmegi üpjün etmek üçin DC hereketlendirijisi bolan SMA simini ulanmakdyr.
Tutuşlygyna SMA esasly sürüjilerdäki ilkinji ösüşleriň biri SMA parallel disk boldy.Birnäçe SMA simlerini ulanyp, SMA esasly parallel hereketlendiriji, ähli SMA18 simlerini paralel ýerleşdirip, sürüjiniň kuwwatyny ýokarlandyrmak üçin niýetlenendir.Hereketlendirijileriň parallel baglanyşygy diňe bir köp güýç talap etmän, bir simiň çykyş güýjüni hem çäklendirýär.SMA esasly hereketlendirijileriň ýene bir kemçiligi, ýetip boljak çäkli syýahatdyr.Bu meseläni çözmek üçin süýşmegi köpeltmek we çyzykly herekete ýetmek üçin defektli çeýe şöhläni öz içine alýan SMA kabel şöhlesi döredildi, ýöne has ýokary güýç döretmedi19.Format ýadyň erginlerine esaslanýan robotlar üçin ýumşak deformasiýa gurluşlary we matalary, esasan, täsir güýçlendirmek üçin işlenip düzüldi20,21,22.Speedokary tizlik talap edilýän programmalar üçin ykjam hereketlendiriji nasoslaryň mikropump bilen işleýän programmalar üçin inçe film SMA-laryny ulanýandygy habar berildi23.Inçe film SMA membranasynyň hereketlendiriji ýygylygy sürüjiniň tizligini dolandyrmakda esasy faktor.Şonuň üçin SMA çyzykly hereketlendirijiler SMA pru springina ýa-da çybyk hereketlendirijilerinden has gowy dinamiki jogap berýär.Softumşak robot we tutma tehnologiýasy SMA esasly hereketlendirijileri ulanýan başga iki programma.Mysal üçin, 25 N kosmos gysgyjynda ulanylýan adaty hereketlendirijini çalyşmak üçin şekilli ýadyň garyndysy parallel hereketlendiriji 24 işlenip düzüldi.Başga bir ýagdaýda, 30 N. iň köp çekiji güýji öndürip bilýän oturdylan matrisa bolan sim esasynda SMA ýumşak herekete getiriji ýasaldy, mehaniki aýratynlyklary sebäpli SMA-lar biologiki hadysalara meňzeýän hereketlendirijiler öndürmek üçin hem ulanylýar.Şeýle ösüşleriň biri, otda sinusoidal hereket döretmek üçin SMA bilen ýer gurçugyna meňzeş organizmiň biomimetikasy bolan 12 öýjükli roboty öz içine alýar26,27.
Öň bellenip geçilişi ýaly, bar bolan SMA esasly hereketlendirijilerden alyp boljak iň ýokary güýjüň çägi bar.Bu meseläni çözmek üçin bu gözleg biomimetiki bimodal myşsa gurluşyny hödürleýär.Forma ýadyň garyndy simleri bilen dolandyrylýar.Birnäçe şekilli ýat garyndy simlerini öz içine alýan klassifikasiýa ulgamyny üpjün edýär.Şu güne çenli edebiýatda şuňa meňzeş arhitekturaly SMA esasly hereketlendirijiler barada habar berilmedi.SMA esasly bu üýtgeşik we täze ulgam, bimodal myşsalaryň deňleşmegi wagtynda SMA-nyň özüni alyp barşyny öwrenmek üçin işlenip düzüldi.Bar bolan SMA esasly hereketlendirijiler bilen deňeşdirilende, bu gözlegiň maksady, az mukdarda ep-esli ýokary güýç döretmek üçin biomimetiki dipwalerat hereketlendirijisini döretmekdi.HVAC gurluşyk awtomatlaşdyryş we dolandyryş ulgamlarynda ulanylýan adaty basgançakly hereketlendiriji hereketlendirijiler bilen deňeşdirilende, SMA esasly bimodal sürüjiniň dizaýny, hereket mehanizminiň agramyny 67% azaldar.Aşakda “myşsa” we “sürmek” adalgalary biri-biri bilen ulanylýar.Bu gözleg, şeýle sürüjiniň multifizika simulýasiýasyny derňeýär.Şeýle ulgamlaryň mehaniki häsiýeti synag we seljeriş usullary bilen öwrenildi.Güýç we temperatura paýlanyşy 7 V. giriş naprýa .eniýesinde hasam derňeldi. Soňra esasy parametrler bilen çykyş güýjüniň arasyndaky baglanyşyga has gowy düşünmek üçin parametriki derňew geçirildi.Netijede, iýerarhiki herekete getirijiler göz öňünde tutulypdyr we protez goşundylary üçin magnit däl herekete getirijiler üçin geljekki ugur hökmünde iýerarhiki derejeli täsirler teklip edilipdir.Studiesokarda agzalan gözlegleriň netijelerine görä, bir basgançakly arhitekturanyň ulanylmagy SMA esasly hereketlendirijilerden azyndan dört-bäş esse ýokary güýç öndürýär.Mundan başga-da, köp derejeli köp derejeli sürüjiniň döreden şol bir hereketlendiriji güýji adaty SMA esasly sürüjilerden on esse köpdügi görkezildi.Gözleg, soňra dürli dizaýnlar we giriş üýtgeýänleriniň arasynda duýgurlyk derňewini ulanyp, esasy parametrleri habar berýär.SMA siminiň başlangyç uzynlygy (\ (l_0 \)), pinnat burçy (\ (\ alfa \)) we her bir setirdäki ýeke setirleriň (n) hereketlendiriji güýjiň ululygyna güýçli ýaramaz täsir edýär.güýç, giriş naprýa .eniýesi (energiýa) oňyn korrelýasiýa boldy.
SMA sim, nikel-titanium (Ni-Ti) garyndylar maşgalasynda görlen şekilli ýadyň täsirini (KOK) görkezýär.Adatça, SMA-lar temperatura bagly iki fazany görkezýärler: pes temperatura fazasy we ýokary temperatura fazasy.Iki fazanyň hem dürli kristal gurluşlaryň bolmagy sebäpli özboluşly aýratynlyklary bar.Üýtgetme temperaturasyndan ýokary bolan austenit fazasynda (ýokary temperatura fazasy) material ýokary güýç görkezýär we ýük astynda pes deformasiýa bolýar.Garyndy poslamaýan polat ýaly hereket edýär, şonuň üçin has ýokary hereket basyşlaryna çydap bilýär.Ni-Ti garyndylarynyň bu häsiýetinden peýdalanyp, SMA simleri herekete getiriji emele gelýär.Dürli parametrleriň we dürli geometriýalaryň täsiri astynda SMA-nyň ýylylyk hereketiniň esasy mehanikasyna düşünmek üçin degişli analitiki modeller işlenip düzüldi.Synag we seljeriş netijeleriniň arasynda gowy ylalaşyk gazanyldy.
SMA esasly bimodal sürüjiniň işine baha bermek üçin 9a suratda görkezilen prototipde synag synaglary geçirildi.Bu häsiýetleriň ikisi, hereketlendiriji (myşsa güýji) we SMA siminiň temperaturasy (SMA temperaturasy) tarapyndan döredilen güýç synagda ölçenildi.Sürüjidäki simiň tutuş uzynlygy boýunça naprýa .eniýe tapawudynyň ýokarlanmagy bilen, Joule ýyladyş täsiri sebäpli simiň temperaturasy ýokarlanýar.Giriş naprýa .eniýesi her sikliň arasynda 15 s sowadyş döwri bilen iki 10 s siklde (2a, b suratda gyzyl nokatlar görnüşinde görkezilýär) ulanyldy.Bloklaýyş güýji piezoelektrik ştamm ölçeýjisi bilen ölçenildi we SMA siminiň temperatura paýlanyşy ýokary derejeli LWIR kamerasy arkaly hakyky wagtda gözegçilik edildi (2-nji tablisada ulanylýan enjamlaryň aýratynlyklaryna serediň).volokary woltly döwürde simiň temperaturasynyň monotoniki ýokarlanýandygyny görkezýär, ýöne tok akmasa, simiň temperaturasy peselmegini dowam etdirýär.Häzirki synag synaglarynda SMA siminiň temperaturasy sowadyş döwründe peseldi, ýöne entegem daşky gurşawyň temperaturasyndan ýokarydy.Injirde.2e, LWIR kamerasyndan alnan SMA simindäki temperaturanyň suratyny görkezýär.Beýleki tarapdan, injirde.2a, sürüjiniň ulgamy tarapyndan döredilen blokirleme güýjüni görkezýär.Myşsa güýji çeşmäniň dikeldiş güýjünden ýokary bolanda, 9a suratda görkezilişi ýaly hereketli gol hereket edip başlaýar.Hereket başlan badyna hereketli gol, injirde görkezilişi ýaly beden güýji döredip, datçik bilen gatnaşyga girýär.2c, d.Iň ýokary temperatura \ (84 \, ^ {\ circ} \ hbox {C} \) ýakyn bolanda, iň ýokary gözegçilik edilýän güýç 105 N.
Grafada SMA siminiň temperaturasynyň we iki aýlawda SMA esasly bimodal hereketlendirijiniň döreden güýjüniň synag synaglary görkezilýär.Giriş naprýa .eniýesi her sikliň arasynda 15 sekunt sowuklyk döwri bilen iki 10 sekuntda (gyzyl nokatlar görnüşinde görkezilýär) ulanylýar.Synaglar üçin ulanylýan SMA sim, Dynalloý, Inc-den 0,51 mm diametrli Flexinol simidi. (A) Grafada iki siklden alnan synag güýji görkezilýär, (c, d) PACEline CFT / 5kN piezoelektrik güýç geçirijisinde hereket edýän iki sany garaşsyz mysal görkezilýär, (b) grafika tutuş SMA siminiň iň ýokary temperaturasyny görkezýär LWIR kamerasy.Synaglarda göz öňünde tutulan geometrik parametrler Jetwelde berilýär.biri.
Matematiki modeliň simulýasiýa netijeleri we synag synaglary, 5-nji suratda görkezilişi ýaly 7V giriş naprýa .eniýesi bilen deňeşdirilýär.Parametrik derňewiň netijelerine görä we SMA siminiň gyzmagy mümkin bolmazlygy üçin herekete getirijä 11.2 Wt güýji berildi.Giriş naprýa aseniýesi hökmünde 7V üpjün etmek üçin programmirläp bolýan DC elektrik üpjünçiligi ulanyldy we simiň üsti bilen 1,6A tok ölçenildi.Sürüji tarapyndan döredilen güýç we tok ulanylanda SDR-iň temperaturasy ýokarlanýar.7V giriş naprýa .eniýesi bilen, birinji aýlawyň simulýasiýa netijelerinden we synag synaglaryndan alnan iň ýokary çykyş güýji degişlilikde 78 N we 96 N.Ikinji aýlawda, simulýasiýanyň we synag synaglarynyň iň ýokary çykyş güýji degişlilikde 150 N we 105 N boldy.Okkluzion güýç ölçegleri bilen eksperimental maglumatlaryň arasyndaky gapma-garşylyk, oklýuziýa güýjüni ölçemek üçin ulanylýan usul sebäpli bolup biler.Injirde görkezilen synag synaglary.5a gulplama güýjüniň ölçegine laýyk gelýär, bu bolsa öz gezeginde, injiriň görkezilişi ýaly, PACEline CFT / 5kN piezoelektrik güýç geçiriji bilen kontaktda ölçenildi.2s.Şonuň üçin, hereketlendiriji wilka sowadyş zolagynyň başynda güýç datçigi bilen aragatnaşykda däl bolsa, 2d-nji suratda görkezilişi ýaly güýç derrew nola öwrülýär.Mundan başga-da, indiki sikllerde güýç emele gelmegine täsir edýän beýleki parametrler, sowadyş wagtynyň bahalary we öňki aýlawda konwektiw ýylylyk geçiriş koeffisiýenti.Injirden.2b, 15 sekuntlyk sowadyş döwründen soň SMA siminiň otag temperaturasyna ýetmändigini we şonuň üçin birinji aýlaw bilen deňeşdirilende ikinji sürüş siklinde has ýokary başlangyç temperaturanyň (\ (40 \, ^ {\ circ} \ hbox {C} \) bolandygyny görmek bolýar (\ (25 \, ^ {\ circ} \ hbox {C} \)).Şeýlelik bilen, birinji aýlaw bilen deňeşdirilende, ikinji ýyladyş siklinde SMA siminiň temperaturasy başlangyç austenit temperaturasyna (\ (A_s \)) ýetýär we geçiş döwründe has uzak saklanýar, netijede stres we güýç bolýar.Beýleki tarapdan, synaglardan we simulýasiýalardan alnan ýyladyş we sowadyş siklleri wagtynda temperaturanyň paýlanyşy termografiki derňewiň mysallaryna ýokary hilli meňzeýär.Synaglardan we simulýasiýalardan SMA simli termiki maglumatlary deňeşdirip seljermek, ýyladyş we sowadyş sikllerinde we tejribe maglumatlary üçin kabul ederlikli çydamlylyklarda yzygiderliligi görkezdi.Birinji aýlawyň simulýasiýasynyň we synaglarynyň netijelerinden alnan SMA siminiň iň ýokary temperaturasy, degişlilikde \ (89 \, ^ {\ circ} \ hbox {C} \) we \ (75 \, ^ {\ circ} \ hbox {C} \), ikinji aýlawda SMA siminiň iň ýokary temperaturasy \ (94 \, ^ {\ circ} \ hbox {C} \)Aslynda işlenip düzülen model, şekil ýadynyň täsirini tassyklaýar.Bu synda ýadawlygyň we aşa gyzmagyň roly göz öňünde tutulmady.Geljekde SMA siminiň stres taryhyny goşmak üçin model kämilleşdiriler we in engineeringenerçilik programmalary üçin has amatly bolar.Simulink blokyndan alnan hereketlendiriji çykyş güýji we SMA temperatura meýilnamalary 7 V. giriş naprýa .eniýesi impuls şertinde synag synaglarynyň rugsat berilýän çydamlylygyndadyr, bu ösen matematiki modeliň dogrulygyny we ygtybarlylygyny tassyklaýar.
Matematiki model, Usullar bölüminde beýan edilen esasy deňlemeleri ulanyp, MathWorks Simulink R2020b gurşawynda işlenip düzüldi.Injirde.3b, Simulink matematika modeliniň blok diagrammasyny görkezýär.Model 2a, b suratda görkezilişi ýaly 7V giriş naprýa .eniýe impulsy üçin simulasiýa edildi.Simulýasiýada ulanylýan parametrleriň bahalary 1-nji tablisada görkezilýär. Geçiş prosesleriniň simulýasiýasynyň netijeleri 1-nji we 1-nji suratlarda görkezilýär. 3a we 4-nji suratlar.4a, b SMA simindäki induksiýa naprýa .eniýesini we hereketlendiriji tarapyndan döredilen güýji wagtyň funksiýasy hökmünde görkezýär. Ters öwrülişik (ýyladyş) wagtynda, SMA siminiň temperaturasy, \ (T <A_s ^ {\ prime} \) (stres üýtgedilen austenit fazasynyň başlangyç temperaturasy), martensitiň göwrüminiň üýtgemeginiň tizligi (\ (\ nokat {\ xi} \)) nola deň bolar. Ters öwrülişik (ýyladyş) wagtynda, SMA siminiň temperaturasy, \ (T <A_s ^ {\ prime} \) (stres üýtgedilen austenit fazasynyň başlangyç temperaturasy), martensitiň göwrüminiň üýtgemeginiň tizligi (\ (\ nokat {\ xi} \)) nola deň bolar. Во время обратного превращения (нагрева), когда ада проволоки SMA, \ (T <A_s ^ {\ prime} \) нулю. Ters öwrülişik (ýyladyş) wagtynda, SMA siminiň temperaturasy, \ (T <A_s ^ {\ prime} \) (stres üýtgedilen austenitiň başlangyç temperaturasy), martensit göwrüminiň bölekleriniň üýtgemeginiň tizligi (\ (\ dot {\ xi} \)) nola deň bolar.MA 反向 转变 MA MA MA MA MA MA MA ((((((((((((((((((((((((((((\ ((((((T 反向 t t t (t При обратном превращении (нагреве) при проококи СПФ \ (T <A_s ^ {\ prime} \) SMA siminiň (T <A_s ^ {\ prime} \) temperaturasynda ters öwrülişik (ýyladyş) wagtynda (austenit fazasynyň ýadrosynyň temperaturasy, stres üçin düzedilýär), martensitiň ses böleginiň üýtgemeginiň tizligi nola deň bolar (\ (\ dot {\ xi} \)).Şonuň üçin stres üýtgemeginiň tizligi (\ (\ nokat {\ sigma} \)) dartyş tizligine (\ (\ nokat {\ epsilon} \)) we temperatura gradiýentine (\ (\ dot {T} \)) diňe (1) deňleme ulanmak bilen bagly bolar.Şeýle-de bolsa, SMA siminiň temperaturanyň ýokarlanmagy we kesilmegi (\ (A_s ^ {\ prime} \)), austenit fazasy emele gelip başlaýar we (\ (\ dot {\ xi} \)) deňlemäniň berlen bahasy hökmünde kabul edilýär.Şonuň üçin naprýatageeniýeniň üýtgemeginiň tizligi \ (\ dot {\ sigma} \)) \ (\ dot {\ epsilon}, \ dot {T} \) we \ (\ dot {\ xi} \) bilelikde dolandyrylýar (1) formulada berlenlere deňdir.Bu, üýtgeýän stresde we ýyladyş siklinde güýç kartalarynda görlen gradient üýtgemeleri, 4a, b suratda görkezilişi ýaly düşündirýär.
(a) SMA esasly bölüji hereketlendirijide temperaturanyň paýlanyşyny we stres bilen baglanyşykly çatryk temperaturasyny görkezýän simulýasiýa netijesi.Simiň temperaturasy ýyladyş tapgyrynda austenit geçiş temperaturasyndan geçende, üýtgedilen austenit geçiş temperaturasy ýokarlanyp başlaýar we şonuň ýaly-da, sim siminiň temperaturasy sowadyş döwründe martensit geçiş temperaturasyny geçende, martensit geçiş temperaturasy peselýär.Hereket etabynyň analitiki modelleri üçin SMA.(Simulink modeliniň her kiçi ulgamy barada jikme-jik maglumat üçin goşmaça faýlyň goşundy bölümine serediň.)
Dürli parametr paýlanyşlary üçin seljermäniň netijeleri 7V giriş naprýa .eniýesiniň iki sikli üçin görkezilýär (10 sekunt gyzdyryş sikli we 15 sekunt sowuklama sikli).(Ac) we (e) wagtyň geçmegi bilen paýlanyşy görkezýän bolsa, beýleki tarapdan (d) we (f) temperatura bilen paýlanyşy görkezýär.Degişli giriş şertleri üçin iň ýokary gözegçilik edilýän stres 106 MPa (345 MPa-dan az, sim öndürijilik güýji), güýç 150 N, iň ýokary süýşme 270 mkm, martensitiki göwrümiň iň az bölegi 0,91.Başga bir tarapdan, stresiň üýtgemegi we martensitiň temperatura bilen göwrüm böleginiň üýtgemegi histerezis aýratynlyklaryna meňzeýär.
Şol bir düşündiriş, austenit fazasyndan martensit fazasyna gönüden-göni öwrülmäge (sowatmaga) degişlidir, bu ýerde SMA siminiň temperaturasy (T) we stres üýtgedilen martensit fazasynyň ahyrky temperaturasy (\ (M_f ^ {\ prime} \)) ajaýyp.Injirde.4d, f induksion stresiň (\ (\ sigma \)) we SMA simindäki martensitiň (\ (\ xi \)) göwrüminiň üýtgemegini SMA siminiň (T) temperaturasynyň üýtgemeginiň funksiýasy hökmünde görkezýär.Injirde.3a suratda giriş naprýa .eniýesiniň impulsyna baglylykda SMA siminiň temperaturasynyň üýtgemegi görkezilýär.Suratdan görnüşi ýaly, nol naprýa ateniýede ýylylyk çeşmesi we soňraky konwektiw sowadyş arkaly simiň temperaturasy ýokarlanmagyny dowam etdirýär.Heatingyladyş wagtynda martensitiň austenit fazasyna öwrülmegi SMA siminiň temperaturasy (T) stres bilen düzedilen austenit nukleasiýa temperaturasyndan (\ (A_s ^ {\ prime} \)) geçende başlaýar.Bu etapda SMA sim gysylýar we hereketlendiriji güýç döredýär.Şeýle hem sowadylanda, SMA siminiň (T) temperaturasy stres üýtgedilen martensit fazasynyň (\ (M_s ^ {\ prime} \)) nukleasiýa temperaturasyndan geçende, austenit fazasyndan martensit fazasyna oňyn geçiş bolýar.hereketlendiriji güýji azalýar.
SMA esasly bimodal sürüjiniň esasy hil taraplaryny simulýasiýa netijelerinden alyp bolýar.Naprýatageeniýe impulsynyň girizilen ýagdaýynda, Joule ýyladyş täsiri sebäpli SMA siminiň temperaturasy ýokarlanýar.Martensit göwrüminiň fraksiýasynyň başlangyç bahasy (\ (\ xi \)) 1-e bellendi, sebäbi material başda doly martensitiki döwürde.Sim gyzmagy dowam etdirýärkä, SMA siminiň temperaturasy, 4c-nji suratda görkezilişi ýaly, martensit göwrüminiň azalmagyna getirýän, stres bilen düzedilen austenit nukleasiýa temperaturasyndan ýokarydyr (A_s ^ {\ prime} \).Mundan başga-da, injirde.4e hereketlendirijiniň urgularynyň wagtynda we injirde paýlanyşyny görkezýär.5 - wagtyň funksiýasy hökmünde hereketlendiriji güýç.Degişli deňlemeler ulgamy, SMA siminiň gysylmagyna we herekete getiriji güýjüň döremegine sebäp bolýan temperaturada, martensit göwrüminiň fraksiýasyny we simde ösýän stresleri öz içine alýar.Injirde görkezilişi ýaly.4d, f, temperatura bilen naprýa .eniýe üýtgemegi we temperatura bilen martensit göwrüminiň fraksiýa üýtgemegi 7 V-da simulirlenen ýagdaýda SMA-nyň histerezi aýratynlyklaryna laýyk gelýär.
Sürüjiniň parametrlerini deňeşdirmek synaglar we analitiki hasaplamalar arkaly alyndy.Simler 10 sekuntda 7 V impulsly giriş naprýa .eniýesine sezewar edildi, soňra iki aýlawda 15 sekunt (sowadyş fazasy) sowadyldy.Pinnat burçy \ (40 ^ {\ circ} \), her bir aýak aýagynda SMA siminiň başlangyç uzynlygy 83 mm-e deňdir.(a) hereketlendiriji güýjini ýük öýjügi bilen ölçemek (b) malylylyk infragyzyl kamera bilen simiň temperaturasyna gözegçilik etmek.
Fiziki parametrleriň sürüjiniň öndürýän güýjüne täsirine düşünmek üçin matematiki modeliň saýlanan fiziki parametrlere duýgurlygynyň seljermesi geçirildi we parametrler olaryň täsirine görä tertipleşdirildi.Ilki bilen, model parametrleriniň nusgasy birmeňzeş paýlanyşdan soň geçirilen synag synag dizaýn ýörelgeleriniň kömegi bilen geçirildi (Duýgurlygyň derňewi boýunça goşmaça bölüme serediň).Bu ýagdaýda modeliň parametrlerine giriş naprýa .eniýesi (\ (V_ {in} \)), başlangyç SMA siminiň uzynlygy (\ (l_0 \)), üçburçluk burçy (\ (\ alfa \)), ikitaraplaýyn bahar hemişelik (\ (K_x \)), konwektiw ýylylyk geçiriji koeffisiýenti (\ (h_T \)) we adaty bolmadyk şahalaryň sany (n) degişlidir.Indiki ädimde, gözleg dizaýnynyň talaby hökmünde iň ýokary myşsa güýji saýlandy we üýtgeýänleriň her toplumynyň parametriki täsirleri alyndy.Duýgurlyk derňewi üçin tornado meýilnamalary, 6a-njy suratda görkezilişi ýaly, her parametr üçin korrelýasiýa koeffisiýentlerinden alyndy.
(a) Tornado sýu plotetinde model parametrleriniň korrelýasiýa koeffisiýent bahalary we ýokardaky model parametrleriniň 2500 täsin toparynyň iň ýokary çykyş güýjüne edýän täsiri görkezilýär.Grafada birnäçe görkezijileriň dereje baglanyşygy görkezilýär.\ (V_ {in} \) polo positiveitel korrelýasiýa bilen ýeke-täk parametr, \ (l_0 \) iň ýokary negatiw korrelýasiýa bilen parametrdigi düşnüklidir.Dürli kombinasiýalarda dürli parametrleriň myşsanyň iň ýokary güýjüne täsiri (b, c) görkezilýär.\.
Injirde.6a, ýokary hereketlendiriji güýç dizaýn talaplary bilen her parametr üçin dürli korrelýasiýa koeffisiýentleriniň tornado sýu plotetini görkezýär.Injirden.6a naprýatageeniýe parametriniň (\ (V_ {in} \)) iň ýokary çykaryş güýji bilen gönüden-göni baglanyşyklydygyny we konwektiw ýylylyk geçirijilik koeffisiýentiniň (\ (h_T \)), ýalyn burçy (\ (\ alfa \)), süýşýän bahar hemişelik (\ (K_x \)) çykyş güýji we başlangyç uzynlygy (\ l_0) Göni korrelýasiýa ýagdaýynda naprýa .eniýe korrelýasiýa koeffisiýentiniň has ýokary bahasy bolan ýagdaýynda (\ (V_ {in} \)) bu parametriň güýç çykaryşyna iň uly täsir edýändigini görkezýär.Beýleki şuňa meňzeş derňew, 6b, c suratda görkezilişi ýaly, iki hasaplaýyş giňişliginiň dürli kombinasiýalarynda dürli parametrleriň täsirine baha bermek arkaly iň ýokary güýji ölçýär.\.\ (L_0 \) kiçi bahalary iň ýokary güýçlere sebäp bolýar.Beýleki iki bölek 6a surat bilen gabat gelýär, bu ýerde n we \ (K_x \) otrisatel korrelýasiýa we \ (V_ {in} \) oňyn korrelýasiýa bolýar.Bu derňew, çykyş güýjüniň, urmagyň we sürüjiniň ulgamynyň netijeliliginiň talaplara we amaly ýerine ýetirip boljak täsir ediji parametrlerini kesgitlemäge we sazlamaga kömek edýär.
Häzirki gözleg işleri N derejesi bilen iýerarhiki diskleri tanadýar we derňeýär.Iki derejeli iýerarhiýada, 7a suratda görkezilişi ýaly, birinji derejeli hereketlendirijiniň her SMA siminiň ýerine injirde görkezilişi ýaly bimodal tertip gazanylýar.9e.Injirde.7c, SMA siminiň diňe uzynlygyna tarap hereket edýän hereketli goluň (kömekçi goluň) nädip ýaralanýandygyny görkezýär.Şeýle-de bolsa, esasy hereketli gol 1-nji basgançakly köp basgançakly hereketlendirijiniň hereketli goly ýaly hereket etmegini dowam etdirýär.Adatça, \ (N-1 \) basgançakly SMA simini birinji basgançakly disk bilen çalyşmak arkaly N basgançakly disk döredilýär.Netijede, simiň özüni saklaýan şahasyndan başga, her bir şaha birinji basgançak sürüjisine öýkünýär.Şeýlelik bilen, esasy sürüjileriň güýçlerinden birnäçe esse uly güýç döredýän höwürtgeli gurluşlar emele gelip biler.Bu gözlegde, her bir dereje üçin 7d-nji suratda tablisa görnüşinde görkezilişi ýaly umumy täsirli SMA sim uzynlygy 1 m hasaba alyndy.Her bir unimodal dizaýndaky her simiň üsti bilen tok we her SMA sim segmentindäki prestress we naprýa .eniýe her derejede deňdir.Analitik modelimize görä, çykyş güýji dereje bilen oňyn korrelýasiýa, süýşme bolsa negatiw korrelýasiýa.Şol bir wagtyň özünde süýşmek bilen myşsanyň güýjüniň arasynda söwda boldy.Injirde görkezilişi ýaly.7b, iň köp güýç iň köp gatlakda gazanylsa-da, iň uly gatlak iň pes gatlakda bolýar.Iýerarhiýa derejesi \ (N = 5 \) düzülende, 2 sany urgy \ (\ upmu \) m bilen 2,58 kN iň ýokary myşsa güýji tapyldy.Beýleki tarapdan, birinji basgançak 277 \ (\ upmu \) m urlanda 150 N güýç döredýär.Köp derejeli herekete getirijiler hakyky biologiki myşsalary öýkünmäge ukyply, bu ýerde şekil ýady garyndylaryna esaslanýan emeli myşsalar takyk we inçe hereketler bilen ep-esli ýokary güýç döredip bilýär.Bu miniatýurlaşdyrylan dizaýnyň çäklendirmeleri, iýerarhiýanyň artmagy bilen hereketiň ep-esli azalmagy we sürüjini öndürmek prosesiniň çylşyrymlylygy ýokarlanmagydyr.
(a) Iki basgançakly (\ (N = 2 \)) gatlak şekilli ýadyň garyndysy çyzykly hereketlendiriji ulgamy bimodal konfigurasiýada görkezilýär.Teklip edilýän model, birinji basgançakly hereketlendirijide SMA simini başga bir basgançakly hereketlendiriji bilen çalyşmak arkaly gazanylýar.(c) Ikinji basgançakly köp gatly hereketlendirijiniň deformasiýa edilen konfigurasiýasy.(b) Derejeleriň sanyna baglylykda güýçleriň we süýşmeleriň paýlanyşy beýan edilýär.Hereketlendirijiniň iň ýokary güýjüniň grafadaky masştab derejesi bilen oňyn arabaglanyşygy, insultyň masştab derejesi bilen negatiw arabaglanyşygy tapyldy.Her simdäki tok we deslapky naprýa .eniýe ähli derejelerde hemişelik bolýar.d) Jetwelde kranlaryň sany we SMA siminiň (süýüm) her derejedäki uzynlygy görkezilýär.Simleriň aýratynlyklary 1-nji görkeziji bilen, ikinji şahalaryň sany (esasy aýaga birikdirilen) abuna ýazgydaky iň köp san bilen görkezilýär.Mysal üçin, 5-nji derejedäki \ (n_1 \) her bimodal gurluşda bar bolan SMA simleriniň sanyny we \ (n_5 \) kömekçi aýaklaryň sanyny (esasy aýagyna birikdirilen) aňladýar.
Köp gözlegçiler tarapyndan fazanyň geçişi bilen baglanyşykly kristal gurluşyň makroskopiki üýtgemelerine bagly termomehaniki aýratynlyklara bagly şekil ýady bolan SMA-laryň özüni alyp barşyny modellemek üçin dürli usullar teklip edildi.Döredijilik usullaryny düzmek özbaşdak çylşyrymly.Iň köp ulanylýan fenomenologiki model Tanaka28 tarapyndan teklip edilýär we in engineeringenerçilik programmalarynda giňden ulanylýar.Tanaka [28] tarapyndan teklip edilen fenomenologiki model, martensitiň göwrüm böleginiň temperaturanyň we stresiň ekspensial funksiýasydygyny çaklaýar.Soňra Liang we Rogers29 we Brinson30 faza geçiş dinamikasynyň modele azajyk üýtgeşmeler girizip, naprýatageeniýe we temperaturanyň kosin funksiýasy hökmünde kabul edilen modelini teklip etdiler.Bekker we Brinson özbaşdak ýüklemek şertlerinde we bölekleýin geçişlerde SMA materiallarynyň özüni alyp barşyny modellemek üçin fazaly diagramma esasly kinetiki modeli teklip etdiler.Banerjee32, Elahinia we Ahmadian33 tarapyndan işlenip düzülen erkinlik manipulýatorynyň bir derejesini simulirlemek üçin Bekker we Brinson31 fazaly diagramma dinamika usulyny ulanýar.Fazanyň diagrammalaryna esaslanýan kinetiki usullar, naprýatageeniýedäki naprýa .eniýedäki monoton däl üýtgemäni göz öňünde tutup, in engineeringenerçilik programmalarynda durmuşa geçirmek kyn.Elahinia we Ahmadian bar bolan fenomenologiki modelleriň bu kemçiliklerine ünsi çekýärler we islendik çylşyrymly ýük şertlerinde ýadyň häsiýetini seljermek we kesgitlemek üçin giňeldilen fenomenologiki modeli teklip edýärler.
SMA siminiň gurluş modeli, SMA siminiň stres (\ (\ sigma \)), ştamm (\ (\ epsilon \)), temperatura (T) we martensit ses bölegi (\ (\ xi \)) berýär.Fenomenologiki esaslandyryjy model ilki Tanaka28 tarapyndan teklip edildi, soňra Liang29 we Brinson30 tarapyndan kabul edildi.Deňlemäniň emele gelen görnüşi bar:
bu ýerde E faza bagly SMA Youngaşyň moduly \ (\ displaystyle E = \ xi E_M + (1- \ xi) E_A \) we \ (E_A \) we \ (E_M \) degişlilikde Youngaşyň modulyny aňladýan austenitiki we martensitiki fazalardyr we termiki giňelme koeffisiýenti \ (\ theta _T \) bilen görkezilýär.Fazanyň geçiş goşant faktory \ (\ Omega = -E \ epsilon _L \) we \ (\ epsilon _L \) SMA siminde dikeldilip bilinýän iň ýokary ştamdyr.
Fazanyň dinamikasy deňlemesi Liang29 tarapyndan işlenip düzülen we soňra Tanaka28 tarapyndan teklip edilen ekspensial funksiýanyň ýerine Brinson30 tarapyndan kabul edilen kosin funksiýasyna gabat gelýär.Faza geçiş modeli, Elakhinia we Ahmadian34 tarapyndan teklip edilen we Liang29 we Brinson30 tarapyndan berlen faza geçiş şertlerine esaslanyp üýtgedilen modeliň dowamydyr.Bu fazanyň geçiş modeli üçin ulanylýan şertler çylşyrymly termomehaniki ýüklerde hereket edýär.Wagtyň her pursatynda esaslandyryjy deňlemäni modellemekde martensitiň göwrüm böleginiň bahasy hasaplanýar.
Heatyladyş şertlerinde martensitiň austenite öwrülmegi bilen dolandyrylýan retransformasiýa deňlemesi aşakdaky ýaly:
bu ýerde \ (\ xi \) martensitiň göwrüm bölegi, \ (\ xi _M \) gyzdyrmazdan ozal alnan martensitiň göwrüm bölegi, \ (\ displaystyle a_A = \ pi / (A_f - A_s) \), \ austenit fazasynyň degişlilikde temperaturasy.
Sowuklama şertlerinde austenitiň martensite fazasy bilen üýtgemegi bilen gönüden-göni özgeriş dolandyryş deňlemesi:
bu ýerde \ (\ xi _A \) sowatmazdan ozal alnan martensitiň göwrüm bölegi, \ (\ displeý stili a_M = \ pi / (M_s - M_f) \), \
(3) we (4) deňlemeler tapawutlandyrylandan soň, ters we göni öwrüliş deňlemeleri aşakdaky görnüşe ýönekeýleşdirilýär:
Öňe we yza öwrülişigiň dowamynda \ (\ eta _ {\ sigma} \) we \ (\ eta _ {T} \) dürli bahalary alýarlar.\ (\ Eta _ {\ sigma} \) we \ (\ eta _ {T} \) bilen baglanyşykly esasy deňlemeler goşmaça bölümde alyndy we jikme-jik ara alnyp maslahatlaşyldy.
SMA siminiň temperaturasyny ýokarlandyrmak üçin zerur bolan ýylylyk energiýasy Joule ýyladyş täsirinden gelýär.SMA sim tarapyndan sorulýan ýa-da goýberilýän ýylylyk energiýasy, üýtgemegiň gizlin ýylylygy bilen aňladylýar.SMA simindäki ýylylyk ýitgisi mejbury konweksiýa sebäpli bolýar we radiasiýanyň ujypsyz täsirini göz öňünde tutup, ýylylyk energiýasynyň deňagramlylygy aşakdaky ýalydyr:
Bu ýerde \ (m_ {sim} \) SMA siminiň umumy massasy, \ (c_ {p} \) SMA-nyň aýratyn ýylylyk kuwwaty, \ (V_ {in} \) simde ulanylýan naprýa; eniýe, \ (R_ {ohm} \) - faza bagly garşylyk SMA;\ (R_ {ohm} = (l / A_ {haç})Simiň, T we \ (T _ {\ infty} \) geçişiniň gizlin ýylylygy, degişlilikde SMA siminiň we daşky gurşawyň temperaturasydyr.
Şekil ýady garyndysy sim işledilende, sim gysylýar we süýüm güýji diýilýän bimodal dizaýnyň her şahasynda güýç döredýär.SMA siminiň her setirindäki süýümleriň güýçleri 9e-nji suratda görkezilişi ýaly hereket etmek üçin myşsa güýjüni döredýär.Ikitaraplaýyn çeşmäniň bolmagy sebäpli, N köp gatly hereketlendirijiniň umumy myşsa güýji:
\ (N = 1 \) (7) deňlemesine çalşyp, birinji basgançak bimodal hereketlendiriji prototipiniň myşsa güýjüni aşakdaky ýaly alyp bolar:
bu ýerde n - adaty bolmadyk aýaklaryň sany, \ (F_m \) sürüjiniň emele getirýän myşsa güýji, \ (F_f \) SMA simindäki süýüm güýji, \ (K_x \) ikitaraplaýyn berklik.bahar, \ (\ alfa \) üçburçlugyň burçudyr, \ (x_0 \) SMA kabelini öňünden dartgynly ýagdaýda saklamak üçin ikitaraplaýyn çeşmäniň başlangyç başlangyjydyr we \ (\ Delta x \) hereketlendiriji syýahatdyr.
Sürüjiniň umumy süýşmesi ýa-da hereketi (\ (\ Delta x \)) N-nji basgançagyň SMA simindäki naprýatageeniýe (\ (\ sigma \)) we ştama (\ (\ epsilon \)) baglylykda hereketlendiriji düzüldi (çykyşyň goşmaça bölegine serediň):
Kinematiki deňlemeler, sürüjiniň deformasiýasy (\ (\ epsilon \)) bilen süýşmek ýa-da süýşmek (\ (\ Delta x \)) arasyndaky baglanyşygy berýär.Arb siminiň başlangyç Arb siminiň uzynlygy (\ (l_0 \)) we simiň uzynlygy (l) bir bitewi şahada islendik wagt deformasiýasy aşakdaky ýalydyr:
nirede \ (l = \ sqrt {l_0 ^ 2 + (\ Delta x_1) ^ 2 - 2 l_0 (\ Delta x_1) \ cos \ alfa _1} \) 8-nji suratda görkezilişi ýaly \ (\ Delta \) ABB-de kosin formulasyny ulanmak arkaly alynýar 8-nji suratda görkezilişi ýaly wagty (11) deňlemeden tapawutlandyryp we l bahasynyň ornuny tutup, dartyş derejesi şeýle ýazylyp bilner:
bu ýerde \ (l_0 \) SMA siminiň başlangyç uzynlygy, l bir simsiz şahada islendik wagt tiň uzynlygy, \ (\ epsilon \) SMA siminde ösen deformasiýa, \ (\ alfa \) üçburçlugyň burçy, \ (\ Delta x \) sürüjiniň ofsetidir (8-nji suratda görkezilişi ýaly).
Singlehli n ýeke-täk gurluşlar (\ (n = 6 \) bu şekilde) giriş naprýa aseniýesi hökmünde \ (V_ {in} \) bilen yzygiderli baglanyşýarlar.I Tapgyr: Nol naprýa .eniýe şertlerinde bimodal konfigurasiýada SMA siminiň shematiki diagrammasy II Tapgyr: Gyzyl çyzygyň görkezişi ýaly ters öwrülişik sebäpli SMA siminiň gysylan ýerinde gözegçilik edilýän gurluş görkezilýär.
Düşünjäniň subutnamasy hökmünde esasy deňlemeleriň synag synaglary bilen simulirlenen çykaryşyny barlamak üçin SMA esasly bimodal disk döredildi.Bimodal çyzykly hereketlendirijiniň CAD modeli injirde görkezilýär.9a.Beýleki tarapdan, injirde.9c, bimodal gurluşy bolan iki tekiz SMA esasly hereketlendirijini ulanyp, aýlawly prizmatik baglanyşyk üçin teklip edilen täze dizaýny görkezýär.Sürüji komponentleri Ultimaker 3 Extended 3D printerinde goşmaça önümçilik ulanyp ýasaldy.Komponentleri 3D görnüşde çap etmek üçin ulanylýan material, güýçli, çydamly we ýokary aýna geçiş temperaturasyna (110-113 \ (^ {\ circ} \) C) ýylylyga çydamly materiallar üçin amatly polikarbonatdyr.Mundan başga-da, synaglarda “Dynalloy Inc.Birnäçe SMA simleri, 9b, d suratda görkezilişi ýaly, köp gatlakly hereketlendirijiler tarapyndan öndürilen ýokary güýçleri almak üçin myşsalaryň bimodal tertipinde bar bolan süýümler hökmünde ýerleşdirilýär.
9a suratda görkezilişi ýaly, hereketli gol SMA siminden emele gelen ýiti burça burç diýilýär (\ (\ alfa \)).Çep we sag gysgyçlara birikdirilen terminal gysgyçlar bilen SMA simleri islenýän bimodal burçda saklanýar.Bahar birleşdirijisinde saklanýan ikitaraplaýyn pru springina enjamy, SMA süýümleriniň sanyna (n) görä dürli görnüşli bahar uzaldyş toparlaryny sazlamak üçin niýetlenendir.Mundan başga-da, hereket edýän bölekleriň ýerleşýän ýeri, SMA siminiň mejbury konweksiýa sowadyşy üçin daşky gurşawa täsir etmegi üçin düzülendir.Aýrylyp bilinýän gurnamanyň ýokarky we aşaky plitalary, agramy azaltmak üçin döredilen ekstrud kesilenler bilen SMA simini sowuk saklamaga kömek edýär.Mundan başga-da, CMA siminiň iki ujy degişlilikde çep we sag terminallara gysylýar.Topokarky we aşaky plitalaryň arasynda arassalanmagy saklamak üçin göçürilýän ýygnagyň bir ujuna gysgyç dakylýar.Plunger, SMA sim işledilende bloklaýjy güýji ölçemek üçin kontakt arkaly datçige bloklaýjy güýç ulanmak üçin hem ulanylýar.
Bimodal myşsa gurluşy SMA yzygiderli elektrik bilen birikdirilýär we giriş impuls naprýa .eniýesi bilen işleýär.Naprýatageeniýe impulsynyň siklinde, naprýa .eniýe ulanylanda we SMA simleri austenitiň başlangyç temperaturasyndan ýokary gyzdyrylanda, her setirdäki simiň uzynlygy gysgalýar.Bu yza çekilmek, goluň aşaky gurnamasyny işjeňleşdirýär.Şol aýlawda naprýa .eniýe nol bolanda, gyzdyrylan SMA sim martensitiň üstündäki temperaturadan sowadyldy we şeýlelik bilen öňki ýagdaýyna gaýdyp geldi.Stresiň nol şertlerinde SMA simleri ilki bilen martensitiki ýagdaýa ýetmek üçin ikitaraplaýyn çeşme bilen uzalýar.SMA siminiň geçýän nurbaty, SMA simine (SPA austenit fazasyna ýetýär) naprýa .eniýe impulsyny ulanmak arkaly döredilen gysyş sebäpli hereket edýär, bu hereketli leňňeriň hereketine getirýär.SMA sim yza çekilende, ikitaraplaýyn çeşme bahary hasam uzaldyp garşydaş güýç döredýär.Impuls naprýa .eniýesindäki stres nola öwrülende, SMA sim uzalýar we mejbury konweksiýa sowadyşy sebäpli görnüşini üýtgedýär we goşa martensitiki faza ýetýär.
Teklip edilýän SMA esasly çyzykly hereketlendiriji ulgam, SMA simleriniň burçly iki taraplaýyn konfigurasiýasyna eýe.(a) käbir komponentleri we prototip üçin manylaryny görkezýän prototipiň CAD modelini şekillendirýär, (b, d) ösen synag synag prototipini görkezýär35.(B) elektrik birikmeleri we ikitaraplaýyn çeşmeler we ulanylýan ştamm ölçegleri bilen prototipiň ýokarky görnüşini görkezýän bolsa, (d) sazlamanyň perspektiwaly görnüşini görkezýär.(e) SMA simleri bilen süýümli we myşsa güýjüniň ugruny we ugruny görkezýän SMA simleri bilen çyzykly hereket ulgamynyň diagrammasy.(c) Iki uçarly SMA esasly hereketlendirijini ýerleşdirmek üçin 2-DOF aýlawly prizmatik baglanyşyk teklip edildi.Görkezilişi ýaly, baglanyşyk çyzykly hereketi aşaky diskden ýokarky goluna geçirýär we aýlaw baglanyşygyny döredýär.Beýleki tarapdan, prizma jübütiniň hereketi, köp gatly birinji basgançakly hereket bilen deňdir.
SMA esasly bimodal sürüjiniň işine baha bermek üçin 9b suratda görkezilen prototipde synag synaglary geçirildi.10a suratda görkezilişi ýaly, synag gurnama SMA simlerine giriş naprýa .eniýesini üpjün etmek üçin programmirläp bolýan DC elektrik üpjünçiliginden ybaratdy.Injirde görkezilişi ýaly.Graftec GL-2000 maglumat ýazgysyny ulanyp, bloklaýjy güýji ölçemek üçin 10b, piezoelektrik ştamm ölçeýji (PACEline CFT / 5kN) ulanyldy.Maglumat öý eýesi tarapyndan has giňişleýin öwrenmek üçin ýazga alynýar.Dartyş ölçegleri we zarýad güýçlendirijileri naprýa .eniýe signalyny öndürmek üçin hemişelik tok üpjünçiligini talap edýär.Degişli signallar, 2-nji tablisada görkezilişi ýaly, piezoelektrik güýç datçiginiň duýgurlygyna we beýleki parametrlerine görä güýç netijelerine öwrülýär. Naprýatageeniýe impulsy ulanylanda, SMA siminiň temperaturasy ýokarlanýar we hereketlendirijiniň güýç döretmegine sebäp bolýar.7 V giriş naprýa .eniýesi bilen myşsanyň güýjüniň çykarylyşynyň synag synaglary injirde görkezilýär.2a.
(a) Synagda hereketlendirijiniň döredýän güýjüni ölçemek üçin SMA esasly çyzykly hereketlendiriji ulgam döredildi.Cellük öýjügi bloklaýjy güýji ölçäp, 24 V DC tok üpjünçiligi bilen üpjün edilýär.GW Instek programmirläp bolýan DC elektrik üpjünçiligini ulanyp, kabeliň tutuş uzynlygy boýunça 7 V naprýa .eniýe peseldi.SMA sim ýylylyk sebäpli kiçelýär we hereketli gol ýük öýjügine degýär we bloklaýjy güýç berýär.Cellük öýjügi GL-2000 maglumat ýazgysyna birikdirildi we maglumatlar has gaýtadan işlemek üçin hostda saklanýar.(b) Myşsanyň güýjüni ölçemek üçin synag synagynyň düzüm bölekleriniň zynjyryny görkezýän diagramma.
Şekil ýadyň erginleri ýylylyk energiýasy bilen tolgundyrylýar, şonuň üçin temperatura ýadyň hadysasyny öwrenmek üçin möhüm parametr bolýar.Synagda, 11a suratda görkezilişi ýaly, SMA esasly bölüji hereketlendirijiniň prototipinde termiki şekillendiriş we temperatura ölçegleri geçirildi.Programmirläp bolýan DC çeşmesi, 11b suratda görkezilişi ýaly synag synaglarynda SMA simlerine giriş naprýa .eniýesini ulandy.SMA siminiň temperatura üýtgemegi, ýokary çözgütli LWIR kamerasy (FLIR A655sc) bilen hakyky wagtda ölçenildi.Öý eýesi, soňraky gaýtadan işlemek üçin maglumatlary ýazmak üçin ResearchIR programma üpjünçiligini ulanýar.Naprýatageeniýe impulsy ulanylanda, SMA siminiň temperaturasy ýokarlanýar we SMA siminiň kiçelmegine sebäp bolýar.Injirde.2b suratda, 7V giriş naprýa .eniýe impulsynyň wagty bilen deňeşdirilende SMA siminiň temperaturasynyň synag synaglary görkezilýär.