Go raibh maith agat as cuairt a thabhairt ar Nature.com. Tá tacaíocht theoranta do CSS sa leagan brabhsálaí atá in úsáid agat. Chun an taithí is fearr a fháil, molaimid duit brabhsálaí nuashonraithe a úsáid (nó Mód Comhoiriúnachta a dhíchumasú in Internet Explorer). Idir an dá linn, chun tacaíocht leanúnach a chinntiú, déanfaimid an suíomh a rindreáil gan stíleanna ná JavaScript.
Úsáidtear gníomhaitheoirí i ngach áit agus cruthaíonn siad gluaiseacht rialaithe tríd an bhfórsa spreagtha nó an chasmhóimint cheart a chur i bhfeidhm chun oibríochtaí éagsúla a dhéanamh i ndéantúsaíocht agus in uathoibriú tionsclaíoch. Tá an gá le tiomántáin níos tapúla, níos lú agus níos éifeachtaí ag tiomáint nuálaíochta i ndearadh tiomántáin. Cuireann tiomántáin Chóimhiotal Cuimhne Cruth (SMA) roinnt buntáistí ar fáil thar thiomántáin thraidisiúnta, lena n-áirítear cóimheas ard cumhachta-le-meáchain. Sa tráchtas seo, forbraíodh gníomhaitheoir dhá-chleiteach bunaithe ar SMA a chomhcheanglaíonn buntáistí matáin chleiteacha córas bitheolaíoch agus airíonna uathúla SMAanna. Déanann an staidéar seo iniúchadh agus leathnú ar ghníomhaitheoirí SMA roimhe seo trí mhúnla matamaiticiúil den ghníomhaitheoir nua a fhorbairt bunaithe ar an socrú sreinge démhódach SMA agus é a thástáil go turgnamhach. I gcomparáid le tiomántáin aitheanta bunaithe ar SMA, tá fórsa gníomhachtaithe an tiomántáin nua 5 huaire níos airde ar a laghad (suas le 150 N). Is é an meáchain caillteanas comhfhreagrach ná thart ar 67%. Tá torthaí anailíse íogaireachta ar shamhlacha matamaiticiúla úsáideach chun paraiméadair dearaidh a choigeartú agus chun príomhpharaiméadair a thuiscint. Cuireann an staidéar seo tiomántán il-leibhéil céim N i láthair freisin ar féidir a úsáid chun dinimic a fheabhsú tuilleadh. Tá raon leathan feidhmchlár ag gníomhaitheoirí matáin dipvalerate bunaithe ar SMA, ó uathoibriú foirgneamh go córais seachadta drugaí beachta.
Is féidir le córais bhitheolaíocha, amhail struchtúir mhatánacha mamaigh, go leor gníomhaitheoirí caolchúiseacha a ghníomhachtú1. Tá struchtúir matáin éagsúla ag mamaigh, agus cuspóir sonrach ag gach ceann acu. Mar sin féin, is féidir cuid mhór de struchtúr fíochán matáin mamaigh a roinnt ina dhá chatagóir leathana. Comhthreomhar agus pinnate. Sna hamstrings agus sna flexors eile, mar a thugann an t-ainm le fios, tá snáithíní matáin sa mhatán comhthreomhar atá comhthreomhar leis an teannán lárnach. Tá slabhra na snáithíní matáin ailínithe agus ceangailte go feidhmiúil ag an bhfíochán nascach timpeall orthu. Cé go ndeirtear go bhfuil turas mór (giorrú céatadáin) ag na matáin seo, tá a neart matáin foriomlán an-teoranta. I gcodarsnacht leis sin, i matán lao an triceps2 (gastrocnemius cliathánach (GL)3, gastrocnemius medial (GM)4 agus soleus (SOL)) agus extensor femoris (quadriceps)5,6 faightear fíochán matáin pinnate i ngach matán7. I struchtúr pinnate, tá na snáithíní matáin sa mhatán déphinnate i láthair ar an dá thaobh den teannán lárnach ag uillinneacha claonta (uillinneacha pinnate). Tagann pennate ón bhfocal Laidine “penna”, a chiallaíonn “peann”, agus, mar a thaispeántar i bhfíor 1, tá cuma chleite air. Tá snáithíní na matán pennate níos giorra agus uillinnithe le hais fhadtéarmach an mhatáin. Mar gheall ar an struchtúr pinnate, laghdaítear soghluaisteacht fhoriomlán na matán seo, rud a fhágann go mbíonn comhpháirteanna trasnacha agus fadaimseartha an phróisis ghiorraithe. Ar an láimh eile, bíonn neart matáin níos airde foriomlán mar thoradh ar ghníomhachtú na matán seo mar gheall ar an gcaoi a dtomhaistear achar trasghearrthach fiseolaíoch. Dá bhrí sin, i gcás achar trasghearrthach ar leith, beidh matáin pennate níos láidre agus ginfidh siad fórsaí níos airde ná matáin le snáithíní comhthreomhara. Gineann fórsaí a ghineann snáithíní aonair fórsaí matáin ag leibhéal macrascópach sa fhíochán matáin sin. Ina theannta sin, tá airíonna uathúla aige amhail crapadh tapa, cosaint i gcoinne damáiste teanntachta, agus maolú. Athraíonn sé an gaol idir ionchur snáithíní agus aschur cumhachta matáin trí leas a bhaint as na gnéithe uathúla agus as castacht gheoiméadrach atá ag socrú snáithíní a bhaineann le línte gníomhaíochta matáin.
Taispeántar léaráidí scéimeacha de dhearthaí gníomhaitheoirí atá bunaithe ar SMA atá ann cheana féin i ndáil le hailtireacht mhatánach démhódach, mar shampla (a), a léiríonn idirghníomhaíocht fórsa tadhlaí ina bhfuil gléas láimhe-chruthach, arna ghníomhú ag sreanga SMA, suite ar róbat soghluaiste uathrialach dhá roth9,10., (b) Próistéis fithiseach róbatach le próistéis fithiseach luchtaithe le hearra SMA atá suite go frithbheartach. Rialaítear suíomh na súile próistéisí le comhartha ó mhatán súl na súile11, (c) Tá gníomhaitheoirí SMA oiriúnach d'fheidhmchláir faoi uisce mar gheall ar a bhfreagairt ardmhinicíochta agus a mbandaleithead íseal. Sa chumraíocht seo, úsáidtear gníomhaitheoirí SMA chun gluaiseacht tonnta a chruthú trí ghluaiseacht éisc a insamhladh, (d) úsáidtear gníomhaitheoirí SMA chun róbat cigireachta micrea-phíopaí a chruthú ar féidir leis prionsabal gluaiseachta péiste orlach a úsáid, arna rialú ag gluaiseacht sreanga SMA taobh istigh de chainéal 10, (e) taispeánann sé treo na snáithíní matáin crapadh agus fórsa crapadh a ghiniúint i bhfíochán gastrocnemius, (f) taispeánann sé sreanga SMA atá socraithe i bhfoirm snáithíní matáin i struchtúr an mhatáin phinn.
Tá gníomhaitheoirí anois ina gcuid thábhachtach de chórais mheicniúla mar gheall ar a raon leathan feidhmeanna. Dá bhrí sin, tá géarghá le tiomántáin níos lú, níos tapúla agus níos éifeachtaí. In ainneoin a mbuntáistí, tá sé cruthaithe go bhfuil tiomántáin thraidisiúnta costasach agus go dtógann siad go leor ama le cothabháil. Tá gníomhaitheoirí hiodrálacha agus aeroibrithe casta agus costasach agus bíonn siad faoi réir caitheamh, fadhbanna bealaithe agus teip comhpháirteanna. Mar fhreagra ar an éileamh, dírítear ar ghníomhaitheoirí cost-éifeachtacha, atá optamaithe ó thaobh méide de agus atá ardleibhéil a fhorbairt bunaithe ar ábhair chliste. Tá taighde leanúnach ag féachaint ar ghníomhaitheoirí srathacha cóimhiotal cuimhne cruth (SMA) chun freastal ar an ngá seo. Tá gníomhaitheoirí ordlathacha uathúil sa mhéid is go gcomhcheanglaíonn siad go leor gníomhaitheoirí scoite i bhfochórais mhacrascála geoiméadracha casta chun feidhmiúlacht mhéadaithe agus leathnaithe a sholáthar. Maidir leis seo, soláthraíonn an fíochán matáin dhaonna a thuairiscítear thuas sampla ilchisealach den scoth de ghníomhú ilchisealach den sórt sin. Déanann an staidéar reatha cur síos ar thiomántán il-leibhéil SMA le roinnt eilimintí tiomána aonair (sreanga SMA) ailínithe leis na treoshuímh snáithíní atá i láthair i matáin démhódacha, rud a fheabhsaíonn feidhmíocht fhoriomlán an tiomána.
Is é príomhchuspóir gníomhaitheora aschur cumhachta meicniúil a ghiniúint, amhail fórsa agus díláithriú, trí fhuinneamh leictreach a thiontú. Is rang ábhar “cliste” iad cóimhiotail chuimhne crutha ar féidir leo a gcruth a athbhunú ag teochtaí arda. Faoi ualaí arda, bíonn téarnamh crutha mar thoradh ar mhéadú ar theocht an tsreinge SMA, rud a fhágann dlús fuinnimh gníomhaithe níos airde i gcomparáid le hábhair chliste éagsúla atá nasctha go díreach. Ag an am céanna, faoi ualaí meicniúla, bíonn SMAanna sobhriste. Faoi choinníollacha áirithe, is féidir le hualach timthriallach fuinneamh meicniúil a ionsú agus a scaoileadh, ag taispeáint athruithe crutha histéireacha inchúlaithe. Déanann na hairíonna uathúla seo SMA oiriúnach do braiteoirí, do mhaolú creatha agus go háirithe do ghníomhaithe12. Agus é seo san áireamh, tá go leor taighde déanta ar thiomántáin bunaithe ar SMA. Ba chóir a thabhairt faoi deara go bhfuil gníomhaithe bunaithe ar SMA deartha chun gluaiseacht aistriúcháin agus rothlach a sholáthar d’éagsúlacht feidhmchlár13,14,15. Cé gur forbraíodh roinnt gníomhaithe rothlacha, tá spéis ar leith ag taighdeoirí i ngníomhaithe líneacha. Is féidir na gníomhaithe líneacha seo a roinnt ina thrí chineál gníomhaithe: gníomhaithe aon-toiseacha, díláithrithe agus difreálacha16. Ar dtús, cruthaíodh tiomántáin hibrideacha i gcomhar le SMA agus tiomántáin thraidisiúnta eile. Sampla amháin den sórt sin de ghníomhaitheoir líneach hibrideach bunaithe ar SMA is ea úsáid sreinge SMA le mótar DC chun fórsa aschuir de thart ar 100 N agus díláithriú suntasach a sholáthar17.
Ceann de na chéad fhorbairtí i dtiomántáin bunaithe go hiomlán ar SMA ná an tiomántán comhthreomhar SMA. Ag baint úsáide as il-shreanga SMA, tá an tiomántán comhthreomhar bunaithe ar SMA deartha chun cumas cumhachta an tiomántáin a mhéadú trí gach sreang SMA18 a chur i gcomhthreo. Ní hamháin go n-éilíonn nasc comhthreomhar gníomhaitheoirí níos mó cumhachta, ach cuireann sé teorainn freisin le cumhacht aschuir sreinge aonair. Míbhuntáiste eile a bhaineann le gníomhaitheoirí bunaithe ar SMA ná an taisteal teoranta is féidir leo a bhaint amach. Chun an fhadhb seo a réiteach, cruthaíodh bhíoma cábla SMA ina raibh bhíoma solúbtha claonta chun díláithriú a mhéadú agus gluaiseacht líneach a bhaint amach, ach níor ghin sé fórsaí níos airde19. Forbraíodh struchtúir agus fabraicí boga in-dhífhoirmithe do róbait bunaithe ar chóimhiotail chuimhne cruth go príomha le haghaidh aimpliú tionchair20,21,22. I gcás feidhmchlár ina bhfuil gá le luasanna arda, tuairiscíodh caidéil thiomáinte dlúth ag baint úsáide as SMAanna scannáin tanaí le haghaidh feidhmchlár tiomáinte micreachaidéil23. Is fachtóir ríthábhachtach é minicíocht tiomána an scannáin tanaí SMA i rialú luas an tiománaí. Dá bhrí sin, tá freagairt dhinimiciúil níos fearr ag mótair líneacha SMA ná mótair earraigh nó slat SMA. Is dhá fheidhmchlár eile iad róbataic bhog agus teicneolaíocht ghreamaithe a úsáideann gníomhaitheoirí bunaithe ar SMA. Mar shampla, chun an gníomhaitheoir caighdeánach a úsáidtear sa teanntán spáis 25 N a athsholáthar, forbraíodh gníomhaitheoir comhthreomhar cóimhiotal cuimhne cruth 24. I gcás eile, rinneadh gníomhaitheoir bog SMA a mhonarú bunaithe ar shreang le maitrís leabaithe atá in ann uasfhórsa tarraingthe de 30 N a tháirgeadh. Mar gheall ar a n-airíonna meicniúla, úsáidtear SMAanna freisin chun gníomhaitheoirí a tháirgeadh a dhéanann aithris ar fheiniméin bhitheolaíocha. Áirítear ar fhorbairt amháin den sórt sin róbat 12-cheall atá ina bhithmhímeatach d'orgánach cosúil le péisteanna talún le SMA chun gluaiseacht shíonóiseach a ghiniúint chun tine a lasadh 26,27.
Mar a luadh cheana, tá teorainn leis an uasfhórsa is féidir a fháil ó ghníomhaitheoirí atá bunaithe ar SMA atá ann cheana féin. Chun aghaidh a thabhairt ar an gceist seo, cuireann an staidéar seo struchtúr matáin démhódúil bhithmhímíneach i láthair. Tiomáinte ag sreang chóimhiotail chuimhne cruth. Soláthraíonn sé córas aicmithe lena n-áirítear roinnt sreanga cóimhiotail cuimhne cruth. Go dtí seo, níor tuairiscíodh aon ghníomhaitheoirí bunaithe ar SMA le hailtireacht chomhchosúil sa litríocht. Forbraíodh an córas uathúil agus úrnua seo atá bunaithe ar SMA chun iompar SMA le linn ailíniú matáin démhódúil a staidéar. I gcomparáid le gníomhaitheoirí atá bunaithe ar SMA atá ann cheana féin, ba é cuspóir an staidéir seo gníomhaitheoir dévalaráit bhithmhímíneach a chruthú chun fórsaí i bhfad níos airde a ghiniúint i dtoirt bheag. I gcomparáid le tiomántáin thiomáinte mótair céimnithe traidisiúnta a úsáidtear i gcórais uathoibrithe agus rialaithe foirgneamh HVAC, laghdaíonn an dearadh tiomántáin démhódúil atá beartaithe atá bunaithe ar SMA meáchan an mheicníocht tiomána 67%. Seo a leanas, úsáidtear na téarmaí "matán" agus "tiomáint" go hidirmhalartaithe. Déanann an staidéar seo imscrúdú ar insamhalta ilfhisice tiomántáin den sórt sin. Rinneadh staidéar ar iompar meicniúil córas den sórt sin trí mhodhanna turgnamhacha agus anailíseacha. Rinneadh imscrúdú breise ar dháiltí fórsa agus teochta ag voltas ionchuir 7 V. Ina dhiaidh sin, rinneadh anailís pharaiméadrach chun tuiscint níos fearr a fháil ar an ngaol idir príomhpharaiméadair agus an fórsa aschuir. Ar deireadh, samhlaíodh gníomhaitheoirí ordlathacha agus moladh éifeachtaí leibhéal ordlathacha mar réimse féideartha amach anseo d'ghníomhaitheoirí neamh-mhaighnéadacha le haghaidh feidhmeanna próistéiseacha. De réir thorthaí na staidéar thuasluaite, táirgeann úsáid ailtireachta aonchéime fórsaí atá ceithre nó cúig huaire níos airde ar a laghad ná gníomhaitheoirí bunaithe ar SMA a tuairiscíodh. Ina theannta sin, léiríodh go bhfuil an fórsa tiomána céanna a ghintear ag tiomáint il-leibhéil il-leibhéil níos mó ná deich n-uaire níos mó ná tiomántáin thraidisiúnta bunaithe ar SMA. Tuairiscíonn an staidéar ansin príomhpharaiméadair ag baint úsáide as anailís íogaireachta idir dearaí agus athróga ionchuir éagsúla. Bíonn tionchar diúltach láidir ag fad tosaigh an tsreinge SMA (\(l_0\)), an uillinn phinnáilte (\(\alpha\)) agus líon na snáitheanna aonair (n) i ngach snáithe aonair ar mhéid an fhórsa tiomána, agus bhí an voltas ionchuir (fuinneamh) comhghaolmhar go dearfach.
Léiríonn sreang SMA an éifeacht chuimhne cruth (SME) a fheictear i dteaghlach cóimhiotal nicil-tíotáiniam (Ni-Ti). De ghnáth, léiríonn SMAanna dhá chéim atá ag brath ar theocht: céim ísealteochta agus céim ardteochta. Tá airíonna uathúla ag an dá chéim mar gheall ar láithreacht struchtúr criostail éagsúla. Sa chéim austeníte (céim ardteochta) atá ann os cionn na teochta claochlaithe, léiríonn an t-ábhar neart ard agus ní dhéantar é a dhífhoirmiú go maith faoi ualach. Iompraíonn an cóimhiotal cosúil le cruach dhosmálta, mar sin tá sé in ann brúnna gníomhachtaithe níos airde a sheasamh. Ag baint leasa as an airí seo de chóimhiotail Ni-Ti, déantar na sreanga SMA a chlaonadh chun gníomhaitheoir a fhoirmiú. Forbraítear samhlacha anailíseacha cuí chun bunmheicníochtaí iompair theirmeach SMA a thuiscint faoi thionchar paraiméadair éagsúla agus geoiméadrachtaí éagsúla. Fuarthas comhaontú maith idir na torthaí turgnamhacha agus anailíseacha.
Rinneadh staidéar turgnamhach ar an bhfréamhshamhail a thaispeántar i bhFíor 9a chun feidhmíocht tiomántáin démhódaigh bunaithe ar SMA a mheas. Rinneadh tomhas turgnamhach ar dhá cheann de na hairíonna seo, an fórsa a ghineann an tiomántán (fórsa matáin) agus teocht na sreinge SMA (teocht SMA). De réir mar a mhéadaíonn an difríocht voltais feadh fhad iomlán na sreinge sa tiomántán, méadaíonn teocht na sreinge mar gheall ar éifeacht téimh Joule. Cuireadh an voltas ionchuir i bhfeidhm i dhá thimthriall 10 soicind (a thaispeántar mar phoncanna dearga i bhFíor 2a, b) le tréimhse fuaraithe 15 soicind idir gach timthriall. Tomhaiseadh an fórsa blocála ag baint úsáide as tomhasaire brú piezoelectric, agus rinneadh monatóireacht ar dháileadh teochta na sreinge SMA i bhfíor-am ag baint úsáide as ceamara LWIR ardtaifigh eolaíoch (féach tréithe an trealaimh a úsáidtear i dTábla 2). Léiríonn sé seo go méadaíonn teocht na sreinge go monatónach le linn na céime ardvoltais, ach nuair nach bhfuil aon sruth ag sileadh, leanann teocht na sreinge ag titim. Sa socrú turgnamhach reatha, thit teocht na sreinge SMA le linn na céime fuaraithe, ach bhí sí fós os cionn na teochta comhthimpeallaí. I bhfíor 2e, taispeántar pictiúr den teocht ar an sreang SMA a tógadh ón gceamara LWIR. Ar an láimh eile, i bhfíor 2a, taispeántar an fórsa blocála a ghineann an córas tiomána. Nuair a sháraíonn fórsa na matáin fórsa athchóirithe an earraigh, tosaíonn an lámh shochorraithe, mar a thaispeántar i bhFíor 9a, ag bogadh. A luaithe a thosaíonn an gníomhú, tagann an lámh shochorraithe i dteagmháil leis an braiteoir, rud a chruthaíonn fórsa coirp, mar a thaispeántar i bhfíor 2c, d. Nuair a bhíonn an teocht uasta gar do \(84\,^{\circ}\hbox {C}\), is é 105 N an fórsa uasta breathnaithe.
Taispeánann an graf torthaí turgnamhacha theocht an tsreinge SMA agus an fórsa a ghineann an gníomhaitheoir démhódach bunaithe ar SMA le linn dhá thimthriall. Cuirtear an voltas ionchuir i bhfeidhm i dhá thimthriall 10 soicind (a thaispeántar mar phoncanna dearga) le tréimhse fuaraithe 15 soicind idir gach timthriall. Ba é sreang Flexinol 0.51 mm ar trastomhas an sreang SMA a úsáideadh do na turgnaimh. (a) Taispeánann an graf an fórsa turgnamhach a fuarthas thar dhá thimthriall, (c, d) taispeánann sé dhá shampla neamhspleácha de ghníomh gníomhaitheoirí láimhe gluaisteacha ar thrasduchtóir fórsa piezoelectric PACEline CFT/5kN, (b) taispeánann an graf uasteocht an tsreinge SMA ar fad le linn dhá thimthriall, (e) taispeánann sé pictiúr teochta a tógadh ón sreang SMA ag baint úsáide as ceamara LWIR an bhogearra FLIR ResearchIR. Tugtar na paraiméadair gheoiméadracha a cuireadh san áireamh sna turgnaimh i dTábla a haon.
Déantar comparáid idir torthaí insamhalta an mhúnla mhatamaiticiúil agus na dtorthaí turgnamhacha faoi choinníoll voltas ionchuir 7V, mar a thaispeántar i bhFíor 5. De réir thorthaí na hanailíse paraiméadraí agus chun an fhéidearthacht go ndéanfaí róthéamh ar an sreang SMA a sheachaint, soláthraíodh cumhacht 11.2 W don ghníomhaitheoir. Baineadh úsáid as soláthar cumhachta DC in-ríomhchláraithe chun 7V a sholáthar mar an voltas ionchuir, agus tomhaiseadh sruth 1.6A trasna na sreinge. Méadaíonn an fórsa a ghineann an tiomántán agus teocht an SDR nuair a chuirtear sruth i bhfeidhm. Le voltas ionchuir 7V, is é 78 N agus 96 N, faoi seach, an fórsa aschuir uasta a fhaightear ó thorthaí an insamhalta agus ó thorthaí turgnamhacha an chéad timthriall. Sa dara timthriall, ba é 150 N agus 105 N, faoi seach, an fórsa aschuir uasta de na torthaí insamhalta agus turgnamhacha. D’fhéadfadh an neamhréireacht idir tomhais fórsa bactha agus sonraí turgnamhacha a bheith mar gheall ar an modh a úsáideadh chun fórsa bactha a thomhas. Na torthaí turgnamhacha a thaispeántar i bhFíor... Freagraíonn 5a do thomhas an fhórsa glasála, a tomhaiseadh nuair a bhí an seafta tiomána i dteagmháil leis an trasduchtóir fórsa piezoelectric PACEline CFT/5kN, mar a thaispeántar i bhfíor 2s. Dá bhrí sin, nuair nach mbíonn an seafta tiomána i dteagmháil leis an braiteoir fórsa ag tús an chrios fuaraithe, éiríonn an fórsa nialas láithreach, mar a thaispeántar i bhFíor 2d. Ina theannta sin, is iad luachanna an ama fuaraithe agus comhéifeacht aistrithe teasa comhiompair sa timthriall roimhe sin paraiméadair eile a mbíonn tionchar acu ar fhoirmiú fórsa i dtimthriallta ina dhiaidh sin. Ó fhior 2b, is féidir a fheiceáil nár shroich an sreang SMA teocht an tseomra tar éis tréimhse fuaraithe 15 soicind agus dá bhrí sin bhí teocht tosaigh níos airde aici (\(40\,^{\circ }\hbox {C}\)) sa dara timthriall tiomána i gcomparáid leis an gcéad timthriall (\(25\, ^{\circ}\hbox {C}\)). Dá bhrí sin, i gcomparáid leis an gcéad timthriall, sroicheann teocht na sreinge SMA le linn an dara timthriall téimh an teocht austenite tosaigh (\(A_s\)) níos luaithe agus fanann sí sa tréimhse aistrithe níos faide, rud a fhágann strus agus fórsa. Ar an láimh eile, tá cosúlacht cháilíochtúil ard ag dáiltí teochta le linn timthriallta téimh agus fuaraithe a fhaightear ó thurgnaimh agus insamhaltaí le samplaí ó anailís theirmighagrafach. Léirigh anailís chomparáideach ar shonraí teirmeacha sreinge SMA ó thurgnaimh agus insamhaltaí comhsheasmhacht le linn timthriallta téimh agus fuaraithe agus laistigh de lamháltais inghlactha do shonraí turgnamhacha. Is é \(89\,^{\circ }\hbox {{}\) agus \(75\,^{\circ }\hbox {{ }\, faoi seach) an teocht uasta den sreinge SMA, a fhaightear ó thorthaí insamhalta agus turgnaimh an chéad timthriall, agus sa dara timthriall is é \(94\,^{\circ }\hbox {{}}\) agus \(83\,^{\circ }\hbox {{}}\). Deimhníonn an tsamhail atá forbartha go bunúsach éifeacht éifeacht na cuimhne cruth. Níor cuireadh ról na tuirse agus an róthéamh san áireamh san athbhreithniú seo. Amach anseo, feabhsófar an tsamhail chun stair struis an tsreinge SMA a chur san áireamh, rud a fhágfaidh go mbeidh sé níos oiriúnaí d’fheidhmchláir innealtóireachta. Tá na plotaí fórsa aschuir tiomána agus teochta SMA a fhaightear ón mbloc Simulink laistigh de na lamháltais incheadaithe de na sonraí turgnamhacha faoi choinníoll cuisle voltais ionchuir de 7 V. Deimhníonn sé seo cruinneas agus iontaofacht an mhúnla mhatamaiticiúil forbartha.
Forbraíodh an tsamhail mhatamaiticiúil i dtimpeallacht MathWorks Simulink R2020b ag baint úsáide as na cothromóidí bunúsacha a bhfuil cur síos orthu sa rannán Modhanna. I bhfíor 3b taispeántar léaráid bhloc den tsamhail mhatamaiticiúil Simulink. Rinneadh insamhladh ar an tsamhail le haghaidh cuisle voltais ionchuir 7V mar a thaispeántar i bhFíor 2a, b. Tá luachanna na bparaiméadar a úsáideadh san insamhladh liostaithe i dTábla 1. Cuirtear torthaí insamhalta na bpróiseas neamhbhuana i láthair i bhFíor 1 agus 1. Fíor 3a agus 4. I bhfíor 4a, b taispeántar an voltas ionduchtaithe sa sreang SMA agus an fórsa a ghineann an t-achtuitheoir mar fheidhm den am. Le linn claochlaithe droim ar ais (téamh), nuair a bhíonn teocht sreinge SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (teocht tosaigh chéim austenite modhnaithe de réir struis), beidh ráta athraithe chodán toirte an mhartensite (\(\dot{\xi }\)) nialas. Le linn claochlaithe droim ar ais (téamh), nuair a bhíonn teocht sreinge SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (teocht tosaigh chéim austenite modhnaithe struis), beidh ráta athraithe chodán toirte an mhartensite (\(\dot{\xi }\)) nialas. Во время обратного превращения (нагрева), когда температура проволоки SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (температура наченатифа модифицированная напряжением), скорость изменения объемной доли мартенсита (\(\dot{\ xi }\)) будет равно но . Le linn an chlaochlaithe droim ar ais (téamh), nuair a bhíonn teocht na sreinge SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (teocht tosaithe austenite modhnaithe de réir struis), beidh ráta athraithe an chodáin toirte martensite (\(\dot{\xi }\)) nialas.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, 马氏体体积分数的力修正奥氏体相起始温度）时,马氏体体积分数的变化率（\(\d)\(\d)将为零.在 反向 转变 （加热）中, 当 当 当 线 温度 \ (t
(a) Toradh insamhalta a thaispeánann dáileadh teochta agus teocht acomhail de bharr struis i ngníomhaitheoir dévalaráiteach bunaithe ar SMA. Nuair a thrasnaíonn teocht na sreinge teocht an trasdula austenite sa chéim téimh, tosaíonn an teocht trasdula austenite modhnaithe ag méadú, agus ar an gcaoi chéanna, nuair a thrasnaíonn teocht na slaite sreinge teocht an trasdula martensíteach sa chéim fuaraithe, laghdaíonn an teocht trasdula martensíteach. SMA le haghaidh samhaltú anailíseach an phróisis ghníomhachtaithe. (Le haghaidh léargas mionsonraithe ar gach fochóras de mhúnla Simulink, féach an chuid aguisín den chomhad forlíontach.)
Taispeántar torthaí na hanailíse do dhá thimthriall den voltas ionchuir 7V (timthriallta téimh suas 10 soicind agus timthriallta fuaraithe 15 soicind). Cé go léiríonn (ac) agus (e) an dáileadh thar am, ar an láimh eile, léiríonn (d) agus (f) an dáileadh le teocht. Maidir leis na coinníollacha ionchuir faoi seach, is é 106 MPa (níos lú ná 345 MPa, neart toradh sreinge) an strus uasta a breathnaíodh, is é 150 N an fórsa, is é 270 µm an díláithriú uasta, agus is é 0.91 an codán toirte íosta martensíteach. Ar an láimh eile, tá an t-athrú ar strus agus an t-athrú ar chodán toirte an mhartensít le teocht cosúil le tréithe hysteresis.
Baineann an míniú céanna leis an gclaochlú díreach (fuarú) ón gcéim austeníte go dtí an chéim mhartensíte, áit a bhfuil teocht na sreinge SMA (T) agus teocht deiridh na céime mhartensíte modhnaithe struis (\(M_f^{\prime}\ )) den scoth. Ar fhigiúr 4d, taispeánann f an t-athrú sa strus spreagtha (\(\sigma\)) agus an codán toirte de mhartensít (\(\xi\)) sa sreang SMA mar fheidhm den athrú i dteocht na sreinge SMA (T), don dá thimthriall tiomána. Ar fhigiúr 3a, taispeánann Fígiúr 3a an t-athrú i dteocht na sreinge SMA le himeacht ama ag brath ar an bíog voltais ionchuir. Mar is léir ón bhfigiúr, leanann teocht na sreinge ag méadú trí fhoinse teasa a sholáthar ag voltas nialasach agus fuarú comhiompair ina dhiaidh sin. Le linn téimh, tosaíonn athchlaochlú an mhairteinsíte go dtí an chéim austeníte nuair a thrasnaíonn teocht na sreinge SMA (T) an teocht núicléaithe austeníte atá ceartaithe de réir struis (\(A_s^{\prime}\)). Le linn na céime seo, comhbhrúitear an sreang SMA agus gineann an t-achtuitheoir fórsa. Chomh maith leis sin le linn fuaraithe, nuair a thrasnaíonn teocht na sreinge SMA (T) teocht núicléaithe na céime mhairteinsíte atá modhnaithe de réir struis (\(M_s^{\prime}\)), bíonn aistriú dearfach ann ón gcéim austeníte go dtí an chéim mhairteinsíte. Laghdaíonn an fórsa tiomána.
Is féidir príomhghnéithe cáilíochtúla an thiomáint démhódaigh bunaithe ar SMA a fháil ó thorthaí an insamhalta. I gcás ionchuir cuisle voltais, méadaíonn teocht na sreinge SMA mar gheall ar éifeacht téimh Joule. Socraítear luach tosaigh an chodáin toirte martensite (\(\xi\)) go 1, ós rud é go bhfuil an t-ábhar i gcéim lán-mhartensíteach ar dtús. De réir mar a leanann an sreang ag téamh suas, sáraíonn teocht na sreinge SMA an teocht núicléúcháin austenite atá ceartaithe de réir struis \(A_s^{\prime}\), rud a fhágann laghdú ar an gcodán toirte martensite, mar a thaispeántar i bhFíor 4c. Ina theannta sin, i bhfíor 4e taispeántar dáileadh strócanna an ghníomhaitheora in am, agus i bhfíor 5 - fórsa tiomána mar fheidhm ama. Áirítear le córas cothromóidí gaolmhar teocht, codán toirte martensite, agus strus a fhorbraíonn sa sreang, rud a fhágann crapadh na sreinge SMA agus an fórsa a ghineann an gníomhaitheoir. Mar a thaispeántar i bhfíor... Freagraíonn 4d,f, athrú voltais le teocht agus athrú codán toirte martensite le teocht do shaintréithe histéiréise an SMA sa chás insamhalta ag 7 V.
Rinneadh comparáid idir paraiméadair tiomána trí thurgnaimh agus ríomhanna anailíseacha. Cuireadh na sreanga faoi réir voltas ionchuir cuislithe de 7 V ar feadh 10 soicind, agus ansin fuaraíodh iad ar feadh 15 soicind (céim fuaraithe) thar dhá thimthriall. Socraítear an uillinn bioráin go \(40^{\circ}\) agus socraítear fad tosaigh na sreinge SMA i ngach cos bioráin aonair go 83mm. (a) An fórsa tiomána a thomhas le cill ualaigh (b) Teocht na sreinge a mhonatóiriú le ceamara teirmeach infridhearg.
Chun tionchar na bparaiméadar fisiceach ar an bhfórsa a tháirgeann an tiomántán a thuiscint, rinneadh anailís ar íogaireacht an mhúnla mhatamaiticiúil do na paraiméadair fhisiceacha roghnaithe, agus rinneadh na paraiméadair a rangú de réir a dtionchair. Ar dtús, rinneadh sampláil ar pharaiméadair an mhúnla ag baint úsáide as prionsabail dearaidh turgnamhacha a lean dáileadh aonfhoirmeach (féach an Roinn Fhorlíontach ar Anailís Íogaireachta). Sa chás seo, áirítear leis na paraiméadair mhúnla voltas ionchuir (\(V_{in}\)), fad tosaigh sreinge SMA (\(l_0\)), uillinn triantáin (\(\alpha\)), tairiseach claonta earraigh (\(K_x\)), an comhéifeacht aistrithe teasa comhiompair (\(h_T\)) agus líon na mbrainsí unimodal (n). Sa chéad chéim eile, roghnaíodh neart buaic na matán mar riachtanas dearaidh staidéir agus fuarthas éifeachtaí paraiméadracha gach sraith athróg ar neart. Díorthaíodh na plotaí tornádó don anailís íogaireachta ó na comhéifeachtaí comhghaolmhaireachta do gach paraiméadar, mar a thaispeántar i bhFíor 6a.
(a) Taispeántar luachanna comhéifeacht comhghaolmhaireachta na bparaiméadar samhail agus a n-éifeacht ar an uasfhórsa aschuir de 2500 grúpa uathúil de na paraiméadair mhúnla thuas sa phlota tornádó. Taispeánann an graf an comhghaol ranga de roinnt táscairí. Is léir gurb é \(V_{in}\) an t-aon pharaiméadar a bhfuil comhghaol dearfach aige, agus gurb é \(l_0\) an paraiméadar leis an gcomhghaol diúltach is airde. Taispeántar éifeacht paraiméadair éagsúla i meascáin éagsúla ar neart buaic na matán i (b, c). Tá \(K_x\) idir 400 agus 800 N/m agus tá n idir 4 agus 24. D'athraigh an voltas (\(V_{in}\)) ó 4V go 10V, d'athraigh fad na sreinge (\(l_{0 } \)) ó 40 go 100 mm, agus d'athraigh uillinn an eireabaill (\(\alpha \)) ó \(20 – 60 \, ^ {\circ }\).
Ar Fíor 6a, taispeántar plota tornádó de chomhéifeachtaí comhghaolmhaireachta éagsúla do gach paraiméadar le riachtanais deartha fórsa tiomána buaic. Ó Fíor 6a, is féidir a fheiceáil go bhfuil baint dhíreach ag an bparaiméadar voltais (\(V_{in}\)) leis an uasfhórsa aschuir, agus go bhfuil comhéifeacht aistrithe teasa comhiompair (\(h_T\)), uillinn lasrach (\(\alpha\)), tairiseach an earraigh díláithrithe (\(K_x\)) comhghaolmhar go diúltach leis an bhfórsa aschuir agus fad tosaigh (\(l_0\)) an tsreang SMA, agus léiríonn líon na mbrainsí unimodal (n) comhghaol láidir inbhéartach. I gcás comhghaolmhaireachta dírí, i gcás luach níos airde den chomhéifeacht comhghaolmhaireachta voltais (\(V_{in}\)), léiríonn sé go bhfuil an éifeacht is mó ag an bparaiméadar seo ar an aschur cumhachta. Déanann anailís chomhchosúil eile an fórsa buaic a thomhas trí mheasúnú a dhéanamh ar éifeacht paraiméadair éagsúla i meascáin éagsúla den dá spás ríomhaireachtúil, mar a thaispeántar i bhFíor 6b, c. Tá patrúin chomhchosúla ag \(V_{in}\) agus \(l_0\), \(\alpha\) agus \(l_0\), agus léiríonn an graf go bhfuil patrúin chomhchosúla ag \(V_{in}\) agus \(\alpha\) agus \(\alpha\). Mar thoradh ar luachanna níos lú de \(l_0\) bíonn fórsaí buaice níos airde. Tá an dá phlota eile comhsheasmhach le Fíor 6a, áit a bhfuil n agus \(K_x\) comhghaolmhar go diúltach agus \(V_{in}\) comhghaolmhar go dearfach. Cuidíonn an anailís seo leis na paraiméadair tionchair a shainiú agus a choigeartú trína bhféadfar fórsa aschuir, stróc agus éifeachtúlacht an chórais tiomána a oiriúnú do na riachtanais agus don fheidhmchlár.
Tugann obair thaighde reatha isteach agus déanann sí imscrúdú ar thiomántáin ordlathacha le N leibhéal. I n-ordlathas dhá leibhéal, mar a thaispeántar i bhFíor 7a, áit a mbaintear socrú démhódach amach in ionad gach sreinge SMA den ghníomhaitheoir chéad leibhéal, mar a thaispeántar i bhFíor 9e. I bhFíor 7c, taispeántar conas a bhíonn an sreang SMA fillte timpeall ar lámh shochorraithe (lámh chúnta) nach mbogann ach sa treo fadaimseartha. Mar sin féin, leanann an lámh shochorraithe phríomhúil ag bogadh ar an mbealach céanna leis an lámh shochorraithe den ghníomhaitheoir ilchéime den chéad chéim. De ghnáth, cruthaítear tiomántán N-chéim tríd an sreang SMA céim \(N-1\) a athsholáthar le tiomántán céadchéime. Mar thoradh air sin, déanann gach brainse aithris ar thiomántán na chéad chéime, seachas an brainse a shealbhaíonn an sreang féin. Ar an mbealach seo, is féidir struchtúir neadaithe a fhoirmiú a chruthaíonn fórsaí atá roinnt uaireanta níos mó ná fórsaí na dtiomántán príomhúla. Sa staidéar seo, i gcás gach leibhéal, cuireadh fad sreinge éifeachtach iomlán SMA de 1 m san áireamh, mar a thaispeántar i bhformáid táblach i bhFíor 7d. Tá an sruth trí gach sreang i ngach dearadh aonmhódach agus an réamh-strus agus an voltas mar thoradh air i ngach deighleog sreinge SMA mar an gcéanna ag gach leibhéal. De réir ár samhail anailíseach, tá an fórsa aschuir comhghaolmhar go dearfach leis an leibhéal, agus tá an díláithriú comhghaolmhar go diúltach. Ag an am céanna, bhí comhbhabhtáil idir díláithriú agus neart matáin. Mar a fheictear i bhfíor 7b, cé go mbaintear an fórsa uasta amach sa líon is mó sraitheanna, breathnaítear an díláithriú is mó sa tsraith is ísle. Nuair a socraíodh an leibhéal ordlathais go \(N=5\), fuarthas fórsa buaic matáin de 2.58 kN le 2 stróc breathnaithe \(\upmu\)m. Ar an láimh eile, gineann an tiomáint chéad chéime fórsa de 150 N ag stróc de 277 \(\upmu\)m. Tá gníomhaitheoirí illeibhéil in ann matáin bhitheolaíocha fíor a aithris, áit a bhfuil matáin shaorga bunaithe ar chóimhiotail chuimhne cruth in ann fórsaí i bhfad níos airde a ghiniúint le gluaiseachtaí beachta agus níos míne. Is iad teorainneacha an dearaidh mhiondeathaithe seo ná go laghdaítear an ghluaiseacht go mór agus go méadaítear castacht an phróisis monaraíochta tiomántáin de réir mar a mhéadaíonn an ordlathas.
(a) Taispeántar córas gníomhaitheora líneach cóimhiotail chuimhne cruth dhá chéim (\(N=2\)) srathach i gcumraíocht démhódach. Baintear an tsamhail atá beartaithe amach tríd an sreang SMA sa ghníomhaitheoir srathach den chéad chéim a athsholáthar le gníomhaitheoir srathach aonchéime eile. (c) Cumraíocht dhífhoirmithe an ghníomhaitheora ilchiseal den dara céim. (b) Déantar cur síos ar dháileadh na bhfórsaí agus na ndíláithrithe ag brath ar líon na leibhéal. Fuarthas amach go bhfuil buaicfhórsa an ghníomhaitheora comhghaolmhar go dearfach leis an leibhéal scála ar an ngraf, agus go bhfuil an stróc comhghaolmhar go diúltach leis an leibhéal scála. Fanann an sruth agus an réamhvoltas i ngach sreang tairiseach ag gach leibhéal. (d) Taispeánann an tábla líon na dtapanna agus fad na sreinge SMA (snáithín) ag gach leibhéal. Léirítear tréithe na sreanga le hinnéacs 1, agus léirítear líon na mbrainsí tánaisteacha (ceann ceangailte leis an bpríomhchos) leis an uimhir is mó san fho-scríbhinn. Mar shampla, ag leibhéal 5, tagraíonn \(n_1\) do líon na sreanga SMA atá i láthair i ngach struchtúr démhódach, agus tagraíonn \(n_5\) do líon na gcos cúnta (ceann amháin ceangailte leis an bpríomhchos).
Tá modhanna éagsúla molta ag go leor taighdeoirí chun samhaltú a dhéanamh ar iompar SMAanna le cuimhne cruth, a bhraitheann ar na hairíonna teirmea-mheicniúla a ghabhann leis na hathruithe macrascópacha sa struchtúr criostail a bhaineann leis an aistriú céime. Tá foirmliú modhanna comhréireacha casta ó dhúchas. Is é Tanaka28 an tsamhail feiniméineolaíoch is coitianta a mholtar agus úsáidtear go forleathan í in iarratais innealtóireachta. Glacann an tsamhail feiniméineolaíoch a mhol Tanaka [28] leis gur feidhm easpónantúil de theocht agus strus é codán toirte an mharteinsíte. Níos déanaí, mhol Liang agus Rogers29 agus Brinson30 samhail inar glacadh leis gur feidhm chomhshínis de voltas agus teocht a bhí i ndinimic an aistrithe céime, le mionathruithe ar an tsamhail. Mhol Becker agus Brinson samhail chinéiteach bunaithe ar léaráid chéime chun samhaltú a dhéanamh ar iompar ábhar SMA faoi choinníollacha luchtaithe treallacha chomh maith le haistrithe páirteacha. Úsáideann Banerjee32 modh dinimice léaráid chéime Bekker agus Brinson31 chun ionramhálaí céime aonair saoirse a d'fhorbair Elahinia agus Ahmadian33 a insamhladh. Is deacair modhanna cinéiteacha bunaithe ar léaráidí céime, a chuireann san áireamh an t-athrú neamh-mhonathónach i voltas le teocht, a chur i bhfeidhm in iarratais innealtóireachta. Tarraingíonn Elakhinia agus Ahmadian aird ar na heasnaimh seo i samhlacha feiniméineolaíocha atá ann cheana féin agus molann siad samhail feiniméineolaíoch leathnaithe chun iompar cuimhne cruth a anailísiú agus a shainiú faoi aon choinníollacha lódála casta.
Tugann samhail struchtúrach sreinge SMA strus (\(\sigma\)), brú (\(\epsilon\)), teocht (T), agus codán toirte martensite (\(\xi\)) sreinge SMA. Moladh an tsamhail bhunreachtúil feiniméineolaíoch den chéad uair ag Tanaka28 agus ghlac Liang29 agus Brinson30 leis ina dhiaidh sin. Tá an fhoirm seo a leanas ag díorthach na cothromóide:
áit a seasann E don mhodúl Young SMA atá ag brath ar chéim a fhaightear ag baint úsáide as \(\displaystyle E=\xi E_M + (1-\xi )E_A\) agus \(E_A\) agus \(E_M\) a léiríonn modúl Young mar chéimeanna austeníteacha agus martensíteacha, faoi seach, agus seasann \(\theta _T\) don chomhéifeacht leathnúcháin theirmigh. Is é \(\Omega = -E \epsilon _L\) an fachtóir ranníocaíochta trasdula céime agus seasann \(\epsilon _L\) don uasbhrú inaisghabhála sa sreang SMA.
Comhthráthaíonn cothromóid dinimic na céime leis an bhfeidhm chomhshínis a d'fhorbair Liang29 agus a ghlac Brinson30 ina dhiaidh sin in ionad na feidhme easpónantúla a mhol Tanaka28. Is síneadh ar an tsamhail a mhol Elakhinia agus Ahmadian34 an tsamhail trasdula céime agus atá modhnaithe bunaithe ar na coinníollacha trasdula céime a thug Liang29 agus Brinson30. Tá na coinníollacha a úsáidtear don tsamhail trasdula céime seo bailí faoi ualaí teirmimheicniúla casta. Ag gach nóiméad den am, ríomhtar luach chodán toirte an mhairteinsíte agus an chothromóid bhunreachtúil á samhaltú.
Seo a leanas an chothromóid athchlaochlaithe rialaithe, a léirítear trí chlaochlú martensíte go austenít faoi choinníollacha téimh:
áit a seasann \(\xi\) don chodán toirte de mhartensít, seasann \xi _M\) don chodán toirte de mhartensít a fhaightear roimh théamh, \(\displaystyle a_A = \pi /(A_f – A_s)\), \( \displaystyle b_A = -a_A/C_A\) agus \(C_A\) – paraiméadair mheastacháin cuar, T – teocht sreinge SMA, \(A_s\) agus \(A_f\) – tús agus deireadh chéim an austéinít, faoi seach, teocht.
Is é seo an chothromóid rialaithe claochlaithe dírí, arna léiriú ag claochlú céime austenite go martensite faoi choinníollacha fuaraithe:
áit a seasann \(\xi_A\) don chodán toirte de mhartensít a fhaightear roimh fhuarú, \(\displaystyle a_M = \pi /(M_s – M_f)\), \(\displaystyle b_M = -a_M/C_M\) agus \(C_M \) – paraiméadair fheistiú cuar, T – teocht sreinge SMA, \(M_s\) agus \(M_f\) – teochtaí tosaigh agus deiridh mhartensít, faoi seach.
Tar éis cothromóidí (3) agus (4) a dhifreáil, déantar na cothromóidí claochlaithe inbhéartacha agus díreacha a shimpliú go dtí an fhoirm seo a leanas:
Le linn claochlaithe ar aghaidh agus ar gcúl, glacann \(\eta _{\sigma}\) agus \(\eta _{T}\) luachanna difriúla. Tá na cothromóidí bunúsacha a bhaineann le \(\eta _{\sigma}\) agus \(\eta _{T}\) díorthaithe agus pléite go mion i roinn bhreise.
Tagann an fuinneamh teirmeach a theastaíonn chun teocht na sreinge SMA a ardú ó éifeacht téimh Joule. Léirítear an fuinneamh teirmeach a ionsúnn nó a scaoiltear ag an sreang SMA leis an teas folaigh claochlaithe. Is mar gheall ar chomhiompar éigeantach atá an caillteanas teasa sa sreang SMA, agus i bhfianaise éifeacht neamhbhríoch na radaíochta, is mar seo a leanas cothromóid chothromaíocht fuinnimh teasa:
I gcás ina seasann \(m_{wire}\) do mhais iomlán na sreinge SMA, \(c_{p}\) do chumas teasa sonrach an SMA, \(V_{in}\) do an voltas a chuirtear i bhfeidhm ar an sreang, \(R_{ohm}\) – friotaíocht céim-spleách SMA, a shainmhínítear mar; \(R_{ohm} = (l/A_{tras})[\xi r_M + (1-\xi )r_A]\) i gcás ina seasann \(r_M\) agus \(r_A\) do fhriotaíocht chéime SMA i martensite agus austenite, faoi seach, seasann \(A_{c}\) do achar dromchla na sreinge SMA, is cóimhiotal cuimhne cruth é \(Delta H\). Is iad teas folaigh trasdula na sreinge, T agus \(T_{\infty}\), teochtaí na sreinge SMA agus an chomhshaoil, faoi seach.
Nuair a ghníomhaítear sreang chóimhiotail chuimhne crutha, comhbhrúitear an sreang, rud a chruthaíonn fórsa i ngach brainse den dearadh démhódach ar a dtugtar fórsa snáithíneach. Cruthaíonn fórsaí na snáithíní i ngach snáithe den sreang SMA le chéile an fórsa matáin chun gníomhú, mar a thaispeántar i bhFíor 9e. Mar gheall ar láithreacht earraigh claonta, is é seo fórsa iomlán matáin an ghníomhaitheora ilchiseal Nth:
Trí \(N = 1\) a chur in ionad cothromóid (7), is féidir neart matáin an chéad chéim den fhréamhshamhail tiomána démhódúil a fháil mar seo a leanas:
áit a seasann n do líon na gcos aonmhódacha, seasann \(F_m\) don fhórsa matáin a ghineann an tiomáint, seasann \(F_f\) don neart snáithín sa sreang SMA, seasann \(K_x\) don righneas claonta, seasann \(\alpha\) d’uillinn an triantáin, seasann \(x_0\) don fhritháireamh tosaigh den earrach claonta chun an cábla SMA a choinneáil sa suíomh réamh-theannta, agus seasann \(\Deltax\) do thaisteal an ghníomhaitheora.
Ag brath ar an voltas (sigma) agus an brú (epsilon) ar an sreang SMA den Nú céim, socraítear an tiomántán go (féach Fig. cuid bhreise den aschur):
Tugann na cothromóidí cinéimiteacha an gaol idir dífhoirmiú tiomána (\(\epsilon\)) agus díláithriú nó díláithriú (\(\Deltax\)). Seo a leanas dífhoirmiú na sreinge Arb mar fheidhm de fhad tosaigh na sreinge Arb (\(l_0\)) agus fad na sreinge (l) ag am ar bith t i mbrainse aonmhódach amháin:
áit a bhfaightear \(l = \sqrt{l_0^2 +(Δx_1)^2 – 2 l_0 (Δx_1) \cos \alpha_1}\) tríd an bhfoirmle cosínis a chur i bhfeidhm i \(Δ)ABB', mar a thaispeántar i bhFíor 8. Maidir leis an tiomáint chéad chéime (\(N = 1\)), is ionann \(Δx_1\) agus \(Δx\), agus is ionann \(α_1\) agus \(α \) mar a thaispeántar i Mar a thaispeántar i bhFíor 8, tríd an am a dhifreáil ó Chothromóid (11) agus luach l a chur ina ionad, is féidir an ráta brú a scríobh mar:
áit a bhfuil \(l_0\) fad tosaigh na sreinge SMA, seasann l do fhad na sreinge ag am ar bith t i mbrainse aonmhódach amháin, seasann \(epsilon\) don dífhoirmiú a fhorbraítear sa sreang SMA, agus seasann \(α\) d’uillinn an triantáin, agus seasann \(Deltax\) don fhritháireamh tiomána (mar a thaispeántar i bhFíor 8).
Tá na n struchtúr aon-bhuaic uile (\(n=6\) sa fhigiúr seo) ceangailte i sraith le \(V_{in}\) mar an voltas ionchuir. Céim I: Léaráid sceitseach den sreang SMA i gcumraíocht démhódach faoi choinníollacha voltais nialasacha Céim II: Taispeántar struchtúr rialaithe ina bhfuil an sreang SMA comhbhrúite mar gheall ar chomhshó inbhéartach, mar a thaispeántar leis an líne dhearg.
Mar chruthúnas coincheapa, forbraíodh tiomántán démhódach bunaithe ar SMA chun tástáil a dhéanamh ar dhíorthú insamhlaithe na gcothromóidí bunúsacha le torthaí turgnamhacha. Taispeántar samhail CAD den ghníomhaitheoir líneach démhódach i bhfíor 9a. Ar an láimh eile, i bhfíor 9c taispeántar dearadh nua atá molta le haghaidh nasc prismatach rothlach ag baint úsáide as gníomhaitheoir dhá-phlána bunaithe ar SMA le struchtúr démhódach. Rinneadh na comhpháirteanna tiomána a mhonarú ag baint úsáide as monarú breiseán ar phrintéir 3D Ultimaker 3 Extended. Is é polacharbónáit an t-ábhar a úsáidtear le haghaidh priontáil 3D comhpháirteanna atá oiriúnach d'ábhair atá frithsheasmhach in aghaidh teasa mar go bhfuil sé láidir, buan agus go bhfuil teocht ard trasdulta gloine aige (110-113 °(^{\circ }\) C). Ina theannta sin, úsáideadh sreang chóimhiotail chuimhne cruth Flexinol Dynalloy, Inc. sna turgnaimh, agus úsáideadh na hairíonna ábhair a fhreagraíonn don sreang Flexinol sna hinsamhaltaí. Socraítear sreanga SMA iolracha mar shnáithíní atá i láthair i socrú démhódach matán chun na fórsaí arda a tháirgeann gníomhaitheoirí ilchiseal a fháil, mar a thaispeántar i bhFíor 9b, d.
Mar a thaispeántar i bhFíor 9a, tugtar an uillinn (\(\alpha\)) ar an uillinn ghéar a chruthaíonn sreang SMA na láimhe sochorraithe. Le teanntáin críochfoirt ceangailte leis na teanntáin chlé agus dheis, coinnítear an sreang SMA ag an uillinn démhódach atá ag teastáil. Tá an gléas earraigh claonta atá ceangailte ar an nascóir earraigh deartha chun na grúpaí síneadh earraigh claonta éagsúla a choigeartú de réir líon (n) na snáithíní SMA. Ina theannta sin, tá suíomh na gcodanna gluaisteacha deartha sa chaoi is go bhfuil an sreang SMA nochtaithe don timpeallacht sheachtrach le haghaidh fuaraithe comhiompartha éigeantaigh. Cuidíonn plátaí barr agus bun an tionóil inscortha leis an sreang SMA a choinneáil fionnuar le gearrthóga easbhrúite atá deartha chun meáchan a laghdú. Ina theannta sin, tá an dá cheann den sreang CMA socraithe leis na críochfoirt chlé agus dheis, faoi seach, trí chrioscadh. Tá loine ceangailte le ceann amháin den tionól sochorraithe chun imréiteach a choinneáil idir na plátaí barr agus bun. Úsáidtear an loine freisin chun fórsa blocála a chur i bhfeidhm ar an braiteoir trí theagmháil chun an fórsa blocála a thomhas nuair a ghníomhaítear an sreang SMA.
Tá struchtúr matáin démhódach SMA ceangailte go leictreach i sraith agus faoi thiomáint ag voltas cuisle ionchuir. Le linn an timthrialla cuisle voltais, nuair a chuirtear voltas i bhfeidhm agus nuair a théitear an sreang SMA os cionn theocht tosaigh an austenite, giorraítear fad na sreinge i ngach snáithe. Gníomhaíonn an tarraingt siar seo fo-thionól na láimhe sochorraithe. Nuair a nialaíodh an voltas sa timthriall céanna, fuaraíodh an sreang SMA téite faoi bhun theocht dhromchla an mhartensite, agus ar an gcaoi sin d’fhill sí ar a suíomh bunaidh. Faoi choinníollacha struis nialasacha, síntear an sreang SMA go héighníomhach ar dtús le spriong claonta chun an staid mhartensite dícheangailte a bhaint amach. Bogann an scriú, trína dtéann an sreang SMA, mar gheall ar an gcomhbhrú a chruthaítear trí chuisle voltais a chur i bhfeidhm ar an sreang SMA (sroicheann SPA an chéim austenite), rud a fhágann go ngníomhaítear an luamhán sochorraithe. Nuair a tharraingítear siar an sreang SMA, cruthaíonn an t-earrach claonta fórsa freasúrach tríd an earrach a shíneadh tuilleadh. Nuair a shroicheann an strus sa voltas cuisle nialasach, síneann an sreang SMA agus athraíonn sí a cruth mar gheall ar fhuarú comhiompartha éigeantach, ag baint amach céim mhartensite dúbailte.
Tá cumraíocht démhódach ag an gcóras gníomhaithe líneach bunaithe ar SMA atá beartaithe ina bhfuil na sreanga SMA uillinnithe. (a) léiríonn sé samhail CAD den fhréamhshamhail, ina luaitear cuid de na comhpháirteanna agus a mbríonna don fhréamhshamhail, (b, d) léiríonn sé an fhréamhshamhail turgnamhach forbartha35. Cé go léiríonn (b) radharc barr den fhréamhshamhail le naisc leictreacha agus spriongaí claonta agus tomhasairí brú in úsáid, léiríonn (d) radharc peirspictíochta den socrú. (e) Léaráid de chóras gníomhaithe líneach le sreanga SMA suite go démhódach ag am ar bith t, ag taispeáint treo agus cúrsa an tsnáithín agus neart matáin. (c) Moltar nasc prismeach rothlach 2-DOF chun gníomhaitheoir dhá-phlána bunaithe ar SMA a imscaradh. Mar a thaispeántar, tarchuireann an nasc gluaiseacht líneach ón tiomáint bun go dtí an lámh uachtarach, rud a chruthaíonn nasc rothlach. Ar an láimh eile, tá gluaiseacht an bheirt phriosmaí mar an gcéanna le gluaiseacht an tiomáint ilchiseal den chéad chéim.
Rinneadh staidéar turgnamhach ar an bhfréamhshamhail a thaispeántar i bhFíor 9b chun feidhmíocht tiomántáin démhódaigh bunaithe ar SMA a mheas. Mar a thaispeántar i bhFíor 10a, bhí soláthar cumhachta DC in-ríomhchláraithe sa socrú turgnamhach chun voltas ionchuir a sholáthar do na sreanga SMA. Mar a thaispeántar i bhFíor 10b, úsáideadh tomhasaire brú piezoelectric (PACEline CFT/5kN) chun an fórsa blocála a thomhas ag baint úsáide as logálaí sonraí Graphtec GL-2000. Déanann an t-óstach na sonraí a thaifeadadh le haghaidh tuilleadh staidéir. Éilíonn tomhasairí brú agus aimplitheoirí luchta soláthar cumhachta tairiseach chun comhartha voltais a tháirgeadh. Déantar na comharthaí comhfhreagracha a thiontú ina n-aschur cumhachta de réir íogaireacht an braiteora fórsa piezoelectric agus paraiméadair eile mar a thuairiscítear i dTábla 2. Nuair a chuirtear cuisle voltais i bhfeidhm, méadaíonn teocht na sreinge SMA, rud a fhágann go gcomhbhrúitear an sreang SMA, rud a fhágann go ngineann an gníomhaitheoir fórsa. Taispeántar torthaí turgnamhacha aschur neart matáin trí chuisle voltais ionchuir de 7 V i bhFíor 2a.
(a) Cuireadh córas gníomhaitheora líneach bunaithe ar SMA ar bun sa turgnamh chun an fórsa a ghineann an gníomhaitheoir a thomhas. Tomhaiseann an chill ualaigh an fórsa blocála agus tá sí faoi thiomáint ag soláthar cumhachta 24 V DC. Cuireadh titim voltais 7 V i bhfeidhm feadh fhad iomlán an chábla ag baint úsáide as soláthar cumhachta DC in-ríomhchláraithe GW Instek. Laghdaíonn an sreang SMA mar gheall ar theas, agus déanann an lámh shochorraithe teagmháil leis an gcill ualaigh agus cuireann sí fórsa blocála i bhfeidhm. Tá an chill ualaigh ceangailte leis an logálaí sonraí GL-2000 agus stóráiltear na sonraí ar an óstach le haghaidh tuilleadh próiseála. (b) Léaráid a thaispeánann slabhra na gcomhpháirteanna den socrú turgnamhach chun neart matáin a thomhas.
Spreagann fuinneamh teirmeach cóimhiotail chuimhne cruth, mar sin bíonn an teocht ina paraiméadar tábhachtach chun feiniméan na cuimhne cruth a staidéar. Go turgnamhach, mar a thaispeántar i bhFíor 11a, rinneadh íomháú teirmeach agus tomhais teochta ar fhréamhshamhail d’achtuitheoir dévalaráiteach bunaithe ar SMA. Chuir foinse DC in-ríomhchláraithe voltas ionchuir i bhfeidhm ar na sreanga SMA sa socrú turgnamhach, mar a thaispeántar i bhFíor 11b. Tomhaiseadh athrú teochta na sreinge SMA i bhfíor-am ag baint úsáide as ceamara LWIR ardtaifigh (FLIR A655sc). Úsáideann an t-óstach na bogearraí ResearchIR chun sonraí a thaifeadadh le haghaidh tuilleadh iarphróiseála. Nuair a chuirtear cuisle voltais i bhfeidhm, méadaíonn teocht na sreinge SMA, rud a fhágann go gcrapann an sreang SMA. Ar Fhíor 2b, taispeántar na torthaí turgnamhacha de theocht na sreinge SMA i gcoinne ama le haghaidh cuisle voltais ionchuir 7V.
Am an phoist: 28 Meán Fómhair 2022
