Nature.com ની મુલાકાત લેવા બદલ આભાર.તમે જે બ્રાઉઝર સંસ્કરણનો ઉપયોગ કરી રહ્યાં છો તે મર્યાદિત CSS સપોર્ટ ધરાવે છે.શ્રેષ્ઠ અનુભવ માટે, અમે ભલામણ કરીએ છીએ કે તમે અપડેટ કરેલ બ્રાઉઝરનો ઉપયોગ કરો (અથવા Internet Explorer માં સુસંગતતા મોડને અક્ષમ કરો).આ દરમિયાન, સતત સમર્થન સુનિશ્ચિત કરવા માટે, અમે શૈલીઓ અને JavaScript વિના સાઇટને રેન્ડર કરીશું.
એક્ટ્યુએટરનો ઉપયોગ દરેક જગ્યાએ થાય છે અને ઉત્પાદન અને ઔદ્યોગિક ઓટોમેશનમાં વિવિધ કામગીરી કરવા માટે યોગ્ય ઉત્તેજના બળ અથવા ટોર્કનો ઉપયોગ કરીને નિયંત્રિત ગતિ બનાવે છે.ઝડપી, નાની અને વધુ કાર્યક્ષમ ડ્રાઇવની જરૂરિયાત ડ્રાઇવ ડિઝાઇનમાં નવીનતા લાવી રહી છે.શેપ મેમરી એલોય (SMA) ડ્રાઈવો પરંપરાગત ડ્રાઈવો પર ઘણા ફાયદા આપે છે, જેમાં હાઈ પાવર-ટુ-વેઈટ રેશિયોનો સમાવેશ થાય છે.આ નિબંધમાં, બે પીંછાવાળું SMA-આધારિત એક્ચ્યુએટર વિકસાવવામાં આવ્યું હતું જે જૈવિક પ્રણાલીઓના પીછાવાળા સ્નાયુઓના ફાયદા અને SMA ના અનન્ય ગુણધર્મોને જોડે છે.આ અભ્યાસ બીમોડલ એસએમએ વાયર ગોઠવણી પર આધારિત નવા એક્ટ્યુએટરનું ગાણિતિક મોડલ વિકસાવીને અને પ્રાયોગિક રીતે તેનું પરીક્ષણ કરીને અગાઉના એસએમએ એક્ટ્યુએટરની શોધ કરે છે અને વિસ્તૃત કરે છે.SMA પર આધારિત જાણીતી ડ્રાઇવ્સની તુલનામાં, નવી ડ્રાઇવનું એક્યુએશન ફોર્સ ઓછામાં ઓછું 5 ગણું વધારે છે (150 N સુધી).અનુરૂપ વજન ઘટાડવું લગભગ 67% છે.ગાણિતિક મોડેલોના સંવેદનશીલતા વિશ્લેષણના પરિણામો ડિઝાઇન પરિમાણોને ટ્યુન કરવા અને મુખ્ય પરિમાણોને સમજવા માટે ઉપયોગી છે.આ અભ્યાસ આગળ એક બહુ-સ્તરીય Nth સ્ટેજ ડ્રાઇવ રજૂ કરે છે જેનો ઉપયોગ ગતિશીલતાને વધુ વધારવા માટે કરી શકાય છે.એસએમએ-આધારિત ડિપવેલરેટ મસલ એક્ટ્યુએટર્સ પાસે બિલ્ડીંગ ઓટોમેશનથી લઈને ચોકસાઇ દવા વિતરણ પ્રણાલીઓ સુધીની વિશાળ શ્રેણી છે.
જૈવિક પ્રણાલીઓ, જેમ કે સસ્તન પ્રાણીઓની સ્નાયુબદ્ધ રચનાઓ, ઘણા સૂક્ષ્મ એક્ટ્યુએટરને સક્રિય કરી શકે છે.સસ્તન પ્રાણીઓમાં વિવિધ સ્નાયુઓનું માળખું હોય છે, જે દરેક ચોક્કસ હેતુ માટે સેવા આપે છે.જો કે, સ્તન્ય પ્રાણીઓમાં ગર્ભમાં રહેલા બચ્ચાની રક્ષા માટેનું આચ્છાદન પેશીના મોટા ભાગના બંધારણને બે વ્યાપક વર્ગોમાં વિભાજિત કરી શકાય છે.સમાંતર અને પેનેટ.હેમસ્ટ્રિંગ્સ અને અન્ય ફ્લેક્સર્સમાં, નામ સૂચવે છે તેમ, સમાંતર સ્નાયુઓમાં મધ્ય કંડરાની સમાંતર સ્નાયુ તંતુઓ હોય છે.સ્નાયુ તંતુઓની સાંકળ તેમની આસપાસ જોડાયેલી પેશીઓ દ્વારા લાઇન અપ અને કાર્યાત્મક રીતે જોડાયેલ છે.જો કે આ સ્નાયુઓમાં મોટા પ્રવાસ (ટકાતા ટૂંકાવી) હોવાનું કહેવાય છે, તેમ છતાં તેમની એકંદર સ્નાયુની શક્તિ ખૂબ જ મર્યાદિત છે.તેનાથી વિપરિત, ટ્રાઇસેપ્સ વાછરડાના સ્નાયુ2 (લેટરલ ગેસ્ટ્રોકેનેમિયસ (GL)3, મેડીયલ ગેસ્ટ્રોકનેમિયસ (GM)4 અને સોલીયસ (SOL)) અને એક્સ્ટેન્સર ફેમોરીસ (ક્વાડ્રિસેપ્સ) 5,6 પેનેટ સ્નાયુ પેશી દરેક સ્નાયુ7માં જોવા મળે છે.પિનેટ સ્ટ્રક્ચરમાં, બાયપેનેટ મસ્ક્યુલેચરમાં સ્નાયુ તંતુઓ મધ્ય કંડરાની બંને બાજુઓ પર ત્રાંસી ખૂણા (પિનેટ ખૂણા) પર હાજર હોય છે.પેનેટ લેટિન શબ્દ "પેન્ના" પરથી આવ્યો છે, જેનો અર્થ થાય છે "પેન", અને, અંજીરમાં બતાવ્યા પ્રમાણે.1 પીછા જેવો દેખાવ ધરાવે છે.પેનેટ સ્નાયુઓના તંતુઓ ટૂંકા અને સ્નાયુની રેખાંશ ધરીને કોણીય હોય છે.પિનેટ સ્ટ્રક્ચરને લીધે, આ સ્નાયુઓની એકંદર ગતિશીલતામાં ઘટાડો થાય છે, જે શોર્ટનિંગ પ્રક્રિયાના ટ્રાંસવર્સ અને રેખાંશ ઘટકો તરફ દોરી જાય છે.બીજી બાજુ, શારીરિક ક્રોસ-સેક્શનલ વિસ્તારને જે રીતે માપવામાં આવે છે તેના કારણે આ સ્નાયુઓનું સક્રિયકરણ ઉચ્ચ એકંદર સ્નાયુ મજબૂતાઇ તરફ દોરી જાય છે.તેથી, આપેલ ક્રોસ-વિભાગીય વિસ્તાર માટે, પેનેટ સ્નાયુઓ વધુ મજબૂત હશે અને સમાંતર તંતુઓવાળા સ્નાયુઓ કરતાં ઉચ્ચ બળ પેદા કરશે.વ્યક્તિગત તંતુઓ દ્વારા ઉત્પાદિત દળો તે સ્નાયુ પેશીઓમાં મેક્રોસ્કોપિક સ્તરે સ્નાયુ દળો પેદા કરે છે.વધુમાં, તે ઝડપી સંકોચન, તાણના નુકસાન સામે રક્ષણ, ગાદી જેવા અનન્ય ગુણધર્મો ધરાવે છે.તે ફાઇબર ઇનપુટ અને સ્નાયુ પાવર આઉટપુટ વચ્ચેના સંબંધને રૂપાંતરિત કરે છે.
બાયમોડલ સ્નાયુબદ્ધ આર્કિટેક્ચરના સંબંધમાં હાલની SMA-આધારિત એક્ટ્યુએટર ડિઝાઇનના યોજનાકીય આકૃતિઓ બતાવવામાં આવી છે, ઉદાહરણ તરીકે (a), સ્પર્શેન્દ્રિય બળની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે જેમાં SMA વાયર દ્વારા હાથના આકારનું ઉપકરણ બે પૈડાવાળા સ્વાયત્ત મોબાઇલ રોબોટ 9,10 પર માઉન્ટ થયેલ છે., (b) રોબોટિક ઓર્બિટલ કૃત્રિમ અંગ વિરોધી રીતે મૂકવામાં આવેલ SMA સ્પ્રિંગ-લોડેડ ઓર્બિટલ કૃત્રિમ અંગ સાથે.કૃત્રિમ આંખની સ્થિતિ આંખ 11 ના ઓક્યુલર સ્નાયુમાંથી સંકેત દ્વારા નિયંત્રિત થાય છે, (c) SMA એક્ટ્યુએટર્સ તેમના ઉચ્ચ આવર્તન પ્રતિભાવ અને ઓછી બેન્ડવિડ્થને કારણે પાણીની અંદર એપ્લિકેશન માટે આદર્શ છે.આ રૂપરેખાંકનમાં, SMA એક્ટ્યુએટર્સનો ઉપયોગ માછલીની હિલચાલનું અનુકરણ કરીને તરંગ ગતિ બનાવવા માટે કરવામાં આવે છે, (d) SMA એક્ટ્યુએટરનો ઉપયોગ માઇક્રો પાઇપ ઇન્સ્પેક્શન રોબોટ બનાવવા માટે થાય છે જે ઇંચ વોર્મ ગતિ સિદ્ધાંતનો ઉપયોગ કરી શકે છે, જે ચેનલ 10 ની અંદર SMA વાયરની હિલચાલ દ્વારા નિયંત્રિત થાય છે, (e) સંકોચનની દિશા બતાવે છે, SMA કોન્ટ્રેક્ટીંગ અને સ્ટ્રોબેરી સ્ટ્રોબેરી (Genesis) માં સંકોચનની દિશા દર્શાવે છે. res પેનેટ સ્નાયુની રચનામાં સ્નાયુ તંતુઓના સ્વરૂપમાં ગોઠવાય છે.
તેમની વિશાળ શ્રેણીના કાર્યક્રમોને કારણે એક્ટ્યુએટર્સ યાંત્રિક પ્રણાલીનો મહત્વપૂર્ણ ભાગ બની ગયા છે.તેથી, નાની, ઝડપી અને વધુ કાર્યક્ષમ ડ્રાઈવોની જરૂરિયાત નિર્ણાયક બની જાય છે.તેમના ફાયદા હોવા છતાં, પરંપરાગત ડ્રાઈવો જાળવવા માટે ખર્ચાળ અને સમય લેતી સાબિત થઈ છે.હાઇડ્રોલિક અને ન્યુમેટિક એક્ટ્યુએટર જટિલ અને ખર્ચાળ છે અને તે પહેરવા, લ્યુબ્રિકેશન સમસ્યાઓ અને ઘટકોની નિષ્ફળતાને આધિન છે.માંગના પ્રતિભાવમાં, સ્માર્ટ સામગ્રી પર આધારિત ખર્ચ-અસરકારક, કદ-ઓપ્ટિમાઇઝ્ડ અને અદ્યતન એક્ટ્યુએટર્સ વિકસાવવા પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરવામાં આવ્યું છે.ચાલુ સંશોધન આ જરૂરિયાતને પહોંચી વળવા શેપ મેમરી એલોય (SMA) લેયર્ડ એક્ટ્યુએટર પર ધ્યાન આપી રહ્યું છે.હાયરાર્કિકલ એક્ટ્યુએટર્સ અનન્ય છે કારણ કે તેઓ વધેલી અને વિસ્તૃત કાર્યક્ષમતા પ્રદાન કરવા માટે ભૌમિતિક રીતે જટિલ મેક્રો સ્કેલ સબસિસ્ટમમાં ઘણા અલગ એક્ટ્યુએટર્સને જોડે છે.આ સંદર્ભમાં, ઉપર વર્ણવેલ માનવ સ્નાયુ પેશી આવા બહુસ્તરીય પ્રવૃતિનું ઉત્તમ બહુસ્તરીય ઉદાહરણ પૂરું પાડે છે.વર્તમાન અભ્યાસ દ્વિ-સ્તરીય એસએમએ ડ્રાઇવનું વર્ણન કરે છે જેમાં કેટલાક વ્યક્તિગત ડ્રાઇવ તત્વો (એસએમએ વાયર) બિમોડલ સ્નાયુઓમાં હાજર ફાઇબર ઓરિએન્ટેશન સાથે સંરેખિત છે, જે એકંદર ડ્રાઇવ પ્રદર્શનને સુધારે છે.
એક્ટ્યુએટરનો મુખ્ય હેતુ વિદ્યુત ઉર્જાને રૂપાંતરિત કરીને બળ અને વિસ્થાપન જેવા યાંત્રિક પાવર આઉટપુટ પેદા કરવાનો છે.શેપ મેમરી એલોય એ "સ્માર્ટ" સામગ્રીનો વર્ગ છે જે ઊંચા તાપમાને તેમના આકારને પુનઃસ્થાપિત કરી શકે છે.ઊંચા ભાર હેઠળ, SMA વાયરના તાપમાનમાં વધારો આકારની પુનઃપ્રાપ્તિ તરફ દોરી જાય છે, પરિણામે વિવિધ સીધી બોન્ડેડ સ્માર્ટ મટિરિયલ્સની સરખામણીમાં ઊંચી એક્ટ્યુએશન એનર્જી ડેન્સિટી થાય છે.તે જ સમયે, યાંત્રિક લોડ હેઠળ, SMA બરડ બની જાય છે.અમુક પરિસ્થિતિઓ હેઠળ, ચક્રીય ભાર યાંત્રિક ઊર્જાને શોષી શકે છે અને મુક્ત કરી શકે છે, જે ઉલટાવી શકાય તેવા હિસ્ટેરેટિક આકારના ફેરફારોને દર્શાવે છે.આ અનન્ય ગુણધર્મો SMA ને સેન્સર, વાઇબ્રેશન ડેમ્પિંગ અને ખાસ કરીને એક્ટ્યુએટર્સ12 માટે આદર્શ બનાવે છે.આને ધ્યાનમાં રાખીને, SMA-આધારિત ડ્રાઇવ્સમાં ઘણું સંશોધન થયું છે.એ નોંધવું જોઈએ કે SMA-આધારિત એક્ટ્યુએટર્સ 13,14,15 વિવિધ એપ્લિકેશનો માટે અનુવાદાત્મક અને રોટરી ગતિ પ્રદાન કરવા માટે રચાયેલ છે.જોકે કેટલાક રોટરી એક્ટ્યુએટર વિકસાવવામાં આવ્યા છે, સંશોધકો ખાસ કરીને રેખીય એક્ટ્યુએટર્સમાં રસ ધરાવે છે.આ રેખીય એક્ટ્યુએટર્સને ત્રણ પ્રકારના એક્ટ્યુએટરમાં વિભાજિત કરી શકાય છે: એક-પરિમાણીય, વિસ્થાપન અને વિભેદક એક્ટ્યુએટર 16.શરૂઆતમાં, હાઇબ્રિડ ડ્રાઇવ એસએમએ અને અન્ય પરંપરાગત ડ્રાઇવ્સ સાથે સંયોજનમાં બનાવવામાં આવી હતી.એસએમએ-આધારિત હાઇબ્રિડ લીનિયર એક્ટ્યુએટરનું આવું એક ઉદાહરણ લગભગ 100 એન અને નોંધપાત્ર ડિસ્પ્લેસમેન્ટ 17નું આઉટપુટ ફોર્સ પ્રદાન કરવા માટે ડીસી મોટર સાથે એસએમએ વાયરનો ઉપયોગ છે.
સંપૂર્ણપણે SMA પર આધારિત ડ્રાઇવ્સમાં પ્રથમ વિકાસમાંની એક SMA સમાંતર ડ્રાઇવ હતી.બહુવિધ SMA વાયરનો ઉપયોગ કરીને, SMA- આધારિત સમાંતર ડ્રાઇવ તમામ SMA18 વાયરને સમાંતરમાં મૂકીને ડ્રાઇવની પાવર ક્ષમતા વધારવા માટે ડિઝાઇન કરવામાં આવી છે.એક્ટ્યુએટર્સના સમાંતર કનેક્શનને માત્ર વધુ પાવરની જરૂર નથી, પરંતુ એક વાયરની આઉટપુટ શક્તિને પણ મર્યાદિત કરે છે.SMA આધારિત એક્ટ્યુએટરનો બીજો ગેરલાભ એ મર્યાદિત મુસાફરી છે જે તેઓ હાંસલ કરી શકે છે.આ સમસ્યાને ઉકેલવા માટે, એક SMA કેબલ બીમ બનાવવામાં આવ્યો હતો જેમાં ડિસ્પ્લેસમેન્ટ વધારવા અને રેખીય ગતિ પ્રાપ્ત કરવા માટે ડિફ્લેક્ટેડ લવચીક બીમનો સમાવેશ કરવામાં આવ્યો હતો, પરંતુ તે ઉચ્ચ દળો 19 પેદા કરતું ન હતું.આકાર મેમરી એલોય પર આધારિત રોબોટ્સ માટે નરમ વિકૃત માળખાં અને કાપડ મુખ્યત્વે અસર એમ્પ્લીફિકેશન 20,21,22 માટે વિકસાવવામાં આવ્યા છે.એપ્લીકેશન માટે જ્યાં ઉચ્ચ ઝડપની આવશ્યકતા હોય, માઇક્રોપમ્પ સંચાલિત એપ્લિકેશન્સ23 માટે પાતળા ફિલ્મ SMA નો ઉપયોગ કરીને કોમ્પેક્ટ સંચાલિત પંપની જાણ કરવામાં આવી છે.પાતળી ફિલ્મ એસએમએ મેમ્બ્રેનની ડ્રાઇવ આવર્તન એ ડ્રાઇવરની ગતિને નિયંત્રિત કરવા માટેનું મુખ્ય પરિબળ છે.તેથી, SMA લીનિયર મોટર્સમાં SMA સ્પ્રિંગ અથવા રોડ મોટર્સ કરતાં વધુ સારી ગતિશીલ પ્રતિભાવ હોય છે.સોફ્ટ રોબોટિક્સ અને ગ્રિપિંગ ટેક્નોલોજી એ બે અન્ય એપ્લિકેશન છે જે SMA- આધારિત એક્ટ્યુએટરનો ઉપયોગ કરે છે.ઉદાહરણ તરીકે, 25 N સ્પેસ ક્લેમ્પમાં ઉપયોગમાં લેવાતા પ્રમાણભૂત એક્ટ્યુએટરને બદલવા માટે, આકાર મેમરી એલોય સમાંતર એક્ટ્યુએટર 24 વિકસાવવામાં આવ્યું હતું.અન્ય કિસ્સામાં, SMA સોફ્ટ એક્ટ્યુએટર 30 N નું મહત્તમ પુલિંગ ફોર્સ ઉત્પન્ન કરવા સક્ષમ એમ્બેડેડ મેટ્રિક્સ સાથેના વાયરના આધારે બનાવવામાં આવ્યું હતું. તેમના યાંત્રિક ગુણધર્મોને કારણે, SMA નો ઉપયોગ જૈવિક ઘટનાઓની નકલ કરતા એક્ટ્યુએટર બનાવવા માટે પણ થાય છે.આવા એક વિકાસમાં 12-સેલ રોબોટનો સમાવેશ થાય છે જે SMA સાથે અળસિયા જેવા સજીવનું બાયોમિમેટિક છે જે 26,27ને અગ્નિમાં સાઇનસોડલ ગતિ પેદા કરે છે.
અગાઉ ઉલ્લેખ કર્યો છે તેમ, વર્તમાન એસએમએ-આધારિત એક્ટ્યુએટર્સ પાસેથી મેળવી શકાય તેવા મહત્તમ બળની મર્યાદા છે.આ મુદ્દાને ઉકેલવા માટે, આ અભ્યાસ બાયોમિમેટિક બાયમોડલ સ્નાયુ માળખું રજૂ કરે છે.આકાર મેમરી એલોય વાયર દ્વારા સંચાલિત.તે એક વર્ગીકરણ પ્રણાલી પ્રદાન કરે છે જેમાં અનેક આકારના મેમરી એલોય વાયરનો સમાવેશ થાય છે.આજની તારીખે, સાહિત્યમાં સમાન આર્કિટેક્ચર ધરાવતા કોઈ SMA-આધારિત એક્ટ્યુએટરની જાણ કરવામાં આવી નથી.SMA પર આધારિત આ અનોખી અને નવીન પ્રણાલી બિમોડલ સ્નાયુ સંરેખણ દરમિયાન SMA ના વર્તનનો અભ્યાસ કરવા માટે વિકસાવવામાં આવી હતી.હાલના એસએમએ-આધારિત એક્ટ્યુએટર્સની તુલનામાં, આ અભ્યાસનો ધ્યેય નાના જથ્થામાં નોંધપાત્ર રીતે ઉચ્ચ બળ પેદા કરવા માટે બાયોમિમેટિક ડિપવેલરેટ એક્ટ્યુએટર બનાવવાનો હતો.HVAC બિલ્ડીંગ ઓટોમેશન અને કંટ્રોલ સિસ્ટમ્સમાં ઉપયોગમાં લેવાતી પરંપરાગત સ્ટેપર મોટર સંચાલિત ડ્રાઈવની તુલનામાં, સૂચિત SMA-આધારિત બિમોડલ ડ્રાઈવ ડિઝાઇન ડ્રાઈવ મિકેનિઝમનું વજન 67% ઘટાડે છે.નીચેનામાં, "સ્નાયુ" અને "ડ્રાઇવ" શબ્દો એકબીજાના બદલે વાપરવામાં આવે છે.આ અભ્યાસ આવી ડ્રાઇવના મલ્ટિફિઝિક્સ સિમ્યુલેશનની તપાસ કરે છે.આવી પ્રણાલીઓના યાંત્રિક વર્તનનો પ્રાયોગિક અને વિશ્લેષણાત્મક પદ્ધતિઓ દ્વારા અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો છે.7 V ના ઇનપુટ વોલ્ટેજ પર બળ અને તાપમાનના વિતરણની વધુ તપાસ કરવામાં આવી હતી. ત્યારબાદ, મુખ્ય પરિમાણો અને આઉટપુટ ફોર્સ વચ્ચેના સંબંધને વધુ સારી રીતે સમજવા માટે પેરામેટ્રિક વિશ્લેષણ હાથ ધરવામાં આવ્યું હતું.છેલ્લે, અધિક્રમિક એક્ટ્યુએટર્સની કલ્પના કરવામાં આવી છે અને કૃત્રિમ એપ્લિકેશનો માટે બિન-ચુંબકીય એક્ટ્યુએટર્સ માટે સંભવિત ભાવિ વિસ્તાર તરીકે અધિક્રમિક સ્તરની અસરોની દરખાસ્ત કરવામાં આવી છે.ઉપરોક્ત અભ્યાસોના પરિણામો અનુસાર, સિંગલ-સ્ટેજ આર્કિટેક્ચરનો ઉપયોગ નોંધાયેલા SMA-આધારિત એક્ટ્યુએટર્સ કરતાં ઓછામાં ઓછા ચારથી પાંચ ગણા વધારે બળ પેદા કરે છે.વધુમાં, મલ્ટિ-લેવલ મલ્ટિ-લેવલ ડ્રાઇવ દ્વારા જનરેટ કરાયેલ સમાન ડ્રાઇવ ફોર્સ પરંપરાગત SMA-આધારિત ડ્રાઇવ કરતા દસ ગણા કરતાં વધુ હોવાનું દર્શાવવામાં આવ્યું છે.અભ્યાસ પછી વિવિધ ડિઝાઇન અને ઇનપુટ ચલો વચ્ચે સંવેદનશીલતા વિશ્લેષણનો ઉપયોગ કરીને મુખ્ય પરિમાણોનો અહેવાલ આપે છે.SMA વાયરની પ્રારંભિક લંબાઈ (\(l_0\)), પિનેટ એંગલ (\(\alpha\)) અને દરેક વ્યક્તિગત સ્ટ્રાન્ડમાં સિંગલ સ્ટ્રૅન્ડની સંખ્યા (n) પ્રેરક બળની તીવ્રતા પર મજબૂત નકારાત્મક અસર કરે છે.તાકાત, જ્યારે ઇનપુટ વોલ્ટેજ (ઊર્જા) હકારાત્મક રીતે સહસંબંધિત હોવાનું બહાર આવ્યું છે.
SMA વાયર એલોયના નિકલ-ટાઇટેનિયમ (Ni-Ti) પરિવારમાં જોવા મળતી આકાર મેમરી અસર (SME) દર્શાવે છે.સામાન્ય રીતે, SMAs બે તાપમાન આધારિત તબક્કાઓ દર્શાવે છે: નીચા તાપમાનનો તબક્કો અને ઉચ્ચ તાપમાનનો તબક્કો.વિવિધ ક્રિસ્ટલ સ્ટ્રક્ચર્સની હાજરીને કારણે બંને તબક્કાઓ અનન્ય ગુણધર્મો ધરાવે છે.ઓસ્ટેનાઇટ તબક્કામાં (ઉચ્ચ તાપમાનનો તબક્કો) રૂપાંતર તાપમાનની ઉપર અસ્તિત્વમાં છે, સામગ્રી ઉચ્ચ શક્તિ દર્શાવે છે અને ભાર હેઠળ નબળી રીતે વિકૃત છે.એલોય સ્ટેનલેસ સ્ટીલની જેમ વર્તે છે, તેથી તે ઉચ્ચ કાર્યકારી દબાણનો સામનો કરવા સક્ષમ છે.ની-ટી એલોયની આ ગુણધર્મનો લાભ લઈને, એસએમએ વાયરને એક્ચ્યુએટર બનાવવા માટે ત્રાંસી કરવામાં આવે છે.વિવિધ પરિમાણો અને વિવિધ ભૂમિતિઓના પ્રભાવ હેઠળ SMA ના થર્મલ વર્તણૂકના મૂળભૂત મિકેનિક્સને સમજવા માટે યોગ્ય વિશ્લેષણાત્મક મોડેલો વિકસાવવામાં આવે છે.પ્રાયોગિક અને વિશ્લેષણાત્મક પરિણામો વચ્ચે સારો કરાર પ્રાપ્ત થયો હતો.
SMA પર આધારિત બિમોડલ ડ્રાઇવના પ્રદર્શનનું મૂલ્યાંકન કરવા માટે ફિગ. 9a માં બતાવેલ પ્રોટોટાઇપ પર પ્રાયોગિક અભ્યાસ હાથ ધરવામાં આવ્યો હતો.આમાંના બે ગુણધર્મો, ડ્રાઇવ (સ્નાયુ બળ) દ્વારા ઉત્પન્ન થયેલ બળ અને SMA વાયરનું તાપમાન (SMA તાપમાન), પ્રાયોગિક ધોરણે માપવામાં આવ્યા હતા.ડ્રાઈવમાં વાયરની સમગ્ર લંબાઈ સાથે વોલ્ટેજનો તફાવત વધવાથી, જૌલ હીટિંગ ઈફેક્ટને કારણે વાયરનું તાપમાન વધે છે.ઇનપુટ વોલ્ટેજ બે 10-s ચક્રમાં લાગુ કરવામાં આવ્યું હતું (ફિગ. 2a, b માં લાલ બિંદુઓ તરીકે દર્શાવવામાં આવ્યું હતું) દરેક ચક્ર વચ્ચે 15-s ઠંડકના સમયગાળા સાથે.પીઝોઇલેક્ટ્રિક સ્ટ્રેઇન ગેજનો ઉપયોગ કરીને અવરોધિત બળ માપવામાં આવ્યું હતું, અને વૈજ્ઞાનિક-ગ્રેડ હાઇ-રિઝોલ્યુશન LWIR કેમેરાનો ઉપયોગ કરીને SMA વાયરનું તાપમાન વિતરણ વાસ્તવિક સમયમાં મોનિટર કરવામાં આવ્યું હતું (કોષ્ટક 2 માં ઉપયોગમાં લેવાતા સાધનોની લાક્ષણિકતાઓ જુઓ).બતાવે છે કે ઉચ્ચ વોલ્ટેજ તબક્કા દરમિયાન, વાયરનું તાપમાન એકવિધ રીતે વધે છે, પરંતુ જ્યારે કોઈ પ્રવાહ વહેતો નથી, ત્યારે વાયરનું તાપમાન સતત ઘટતું રહે છે.વર્તમાન પ્રાયોગિક સેટઅપમાં, ઠંડકના તબક્કા દરમિયાન SMA વાયરનું તાપમાન ઘટી ગયું હતું, પરંતુ તે હજુ પણ આસપાસના તાપમાનથી ઉપર હતું.અંજીર પર.2e એ LWIR કેમેરામાંથી લીધેલા SMA વાયર પર તાપમાનનો સ્નેપશોટ બતાવે છે.બીજી બાજુ, ફિગમાં.2a ડ્રાઇવ સિસ્ટમ દ્વારા જનરેટ થયેલ બ્લોકીંગ ફોર્સ દર્શાવે છે.જ્યારે સ્નાયુ બળ વસંતના પુનઃસ્થાપિત બળ કરતાં વધી જાય છે, ત્યારે આકૃતિ 9a માં બતાવ્યા પ્રમાણે જંગમ હાથ ખસેડવાનું શરૂ કરે છે.જલદી જ પ્રવૃતિ શરૂ થાય છે, મૂવેબલ હાથ સેન્સરના સંપર્કમાં આવે છે, શરીર બળ બનાવે છે, જેમ કે ફિગમાં બતાવ્યા પ્રમાણે.2c, ડી.જ્યારે મહત્તમ તાપમાન \(84\,^{\circ}\hbox {C}\) ની નજીક હોય, ત્યારે મહત્તમ અવલોકન બળ 105 N છે.
આલેખ એસએમએ વાયરના તાપમાનના પ્રાયોગિક પરિણામો અને એસએમએ-આધારિત બિમોડલ એક્ટ્યુએટર દ્વારા બે ચક્ર દરમિયાન ઉત્પન્ન થયેલ બળ દર્શાવે છે.ઇનપુટ વોલ્ટેજ દરેક ચક્ર વચ્ચે 15 સેકન્ડના કૂલ ડાઉન સમયગાળા સાથે બે 10 સેકન્ડ ચક્ર (લાલ બિંદુઓ તરીકે દર્શાવવામાં આવે છે) માં લાગુ કરવામાં આવે છે.પ્રયોગો માટે ઉપયોગમાં લેવાતો SMA વાયર Dynalloy, Inc.નો 0.51 mm વ્યાસનો ફ્લેક્સિનોલ વાયર હતો. (a) આલેખ બે ચક્રમાં મેળવેલ પ્રાયોગિક બળ બતાવે છે, (c, d) PACEline CFT/5kN piezograph સાથે મહત્તમ તાપમાન (SMA) દરમિયાન ચાલતા આર્મ એક્ટ્યુએટરની ક્રિયાના બે સ્વતંત્ર ઉદાહરણો બતાવે છે. બે ચક્ર, (e) FLIR ResearchIR સોફ્ટવેર LWIR કેમેરાનો ઉપયોગ કરીને SMA વાયરમાંથી લેવાયેલ તાપમાનનો સ્નેપશોટ બતાવે છે.પ્રયોગોમાં ધ્યાનમાં લેવામાં આવેલા ભૌમિતિક પરિમાણો કોષ્ટકમાં આપવામાં આવ્યા છે.એક
ફિગ.5 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, ગાણિતિક મોડેલના સિમ્યુલેશન પરિણામો અને પ્રાયોગિક પરિણામોની સરખામણી 7V ના ઇનપુટ વોલ્ટેજની સ્થિતિ હેઠળ કરવામાં આવે છે.પેરામેટ્રિક વિશ્લેષણના પરિણામો અનુસાર અને SMA વાયરના ઓવરહિટીંગની શક્યતાને ટાળવા માટે, એક્ટ્યુએટરને 11.2 W ની શક્તિ પૂરી પાડવામાં આવી હતી.ઇનપુટ વોલ્ટેજ તરીકે 7V સપ્લાય કરવા માટે પ્રોગ્રામેબલ ડીસી પાવર સપ્લાયનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો, અને સમગ્ર વાયરમાં 1.6A નો પ્રવાહ માપવામાં આવ્યો હતો.જ્યારે કરંટ લાગુ કરવામાં આવે ત્યારે ડ્રાઇવ દ્વારા પેદા થયેલ બળ અને SDR નું તાપમાન વધે છે.7V ના ઇનપુટ વોલ્ટેજ સાથે, સિમ્યુલેશન પરિણામો અને પ્રથમ ચક્રના પ્રાયોગિક પરિણામોમાંથી મેળવેલ મહત્તમ આઉટપુટ બળ અનુક્રમે 78 N અને 96 N છે.બીજા ચક્રમાં, સિમ્યુલેશન અને પ્રાયોગિક પરિણામોનું મહત્તમ આઉટપુટ બળ અનુક્રમે 150 N અને 105 N હતું.અવરોધ બળ માપન અને પ્રાયોગિક ડેટા વચ્ચેની વિસંગતતા અવરોધ બળને માપવા માટે વપરાતી પદ્ધતિને કારણે હોઈ શકે છે.અંજીરમાં બતાવેલ પ્રાયોગિક પરિણામો.5a લોકીંગ ફોર્સના માપને અનુરૂપ છે, જે બદલામાં માપવામાં આવ્યું હતું જ્યારે ડ્રાઇવ શાફ્ટ PACEline CFT/5kN પીઝોઇલેક્ટ્રિક ફોર્સ ટ્રાન્સડ્યુસર સાથે સંપર્કમાં હતો, જેમ કે ફિગમાં બતાવ્યા પ્રમાણે.2 સે.તેથી, જ્યારે ડ્રાઇવ શાફ્ટ કૂલીંગ ઝોનની શરૂઆતમાં ફોર્સ સેન્સર સાથે સંપર્કમાં ન હોય, ત્યારે બળ તરત જ શૂન્ય બની જાય છે, જેમ કે ફિગ. 2d માં બતાવ્યા પ્રમાણે.વધુમાં, અન્ય પરિમાણો કે જે અનુગામી ચક્રમાં બળની રચનાને અસર કરે છે તે ઠંડક સમયના મૂલ્યો અને અગાઉના ચક્રમાં સંવર્ધક હીટ ટ્રાન્સફરના ગુણાંક છે.અંજીરમાંથી.2b, તે જોઈ શકાય છે કે 15 સેકન્ડના ઠંડકના સમયગાળા પછી, SMA વાયર ઓરડાના તાપમાને પહોંચ્યો ન હતો અને તેથી પ્રથમ ચક્ર (\(25\, ^{\circ}\hbox) ની તુલનામાં બીજા ડ્રાઇવિંગ ચક્રમાં પ્રારંભિક તાપમાન (\(40\,^{\circ }\hbox {C}\)) વધારે હતું.આમ, પ્રથમ ચક્રની સરખામણીમાં, બીજા હીટિંગ સાયકલ દરમિયાન SMA વાયરનું તાપમાન પ્રારંભિક ઓસ્ટેનાઈટ તાપમાન (\(A_s\)) પહેલા પહોંચે છે અને સંક્રમણ અવધિમાં લાંબા સમય સુધી રહે છે, પરિણામે તણાવ અને બળ થાય છે.બીજી બાજુ, પ્રયોગો અને સિમ્યુલેશન્સમાંથી મેળવેલા હીટિંગ અને ઠંડક ચક્ર દરમિયાન તાપમાનનું વિતરણ થર્મોગ્રાફિક વિશ્લેષણના ઉદાહરણો સાથે ઉચ્ચ ગુણાત્મક સમાનતા ધરાવે છે.પ્રયોગો અને સિમ્યુલેશન્સમાંથી SMA વાયર થર્મલ ડેટાના તુલનાત્મક વિશ્લેષણે ગરમી અને ઠંડક ચક્ર દરમિયાન અને પ્રાયોગિક ડેટા માટે સ્વીકાર્ય સહનશીલતાની અંદર સુસંગતતા દર્શાવી હતી.પ્રથમ ચક્રના સિમ્યુલેશન અને પ્રયોગોના પરિણામો પરથી મેળવેલ SMA વાયરનું મહત્તમ તાપમાન \(89\,^{\circ }\hbox {C}\) અને \(75\,^{\circ }\hbox { C }\, અનુક્રમે ) છે, અને બીજા ચક્રમાં SMA વાયરનું મહત્તમ તાપમાન \\\{8} અને SMA વાયરનું મહત્તમ તાપમાન \\\{8\C} છે. 3\,^{\circ }\ hbox {C}\).મૂળભૂત રીતે વિકસિત મોડેલ આકાર મેમરી અસરની અસરની પુષ્ટિ કરે છે.આ સમીક્ષામાં થાક અને ઓવરહિટીંગની ભૂમિકા ધ્યાનમાં લેવામાં આવી ન હતી.ભવિષ્યમાં, એસએમએ વાયરના તાણ ઇતિહાસને સમાવવા માટે મોડલને સુધારવામાં આવશે, જે તેને એન્જિનિયરિંગ એપ્લિકેશન્સ માટે વધુ યોગ્ય બનાવે છે.સિમ્યુલિંક બ્લોકમાંથી મેળવેલ ડ્રાઇવ આઉટપુટ ફોર્સ અને SMA તાપમાનના પ્લોટ્સ 7 V ના ઇનપુટ વોલ્ટેજ પલ્સની સ્થિતિ હેઠળ પ્રાયોગિક ડેટાની સ્વીકાર્ય સહિષ્ણુતાની અંદર છે. આ વિકસિત ગાણિતિક મોડલની શુદ્ધતા અને વિશ્વસનીયતાની પુષ્ટિ કરે છે.
મેથ્સ વિભાગમાં વર્ણવેલ મૂળભૂત સમીકરણોનો ઉપયોગ કરીને મેથવર્કસ સિમુલિંક R2020b પર્યાવરણમાં ગાણિતિક મોડલ વિકસાવવામાં આવ્યું હતું.અંજીર પર.3b સિમુલિંક ગણિત મોડેલનો બ્લોક ડાયાગ્રામ બતાવે છે.ફિગ. 2a, b માં બતાવ્યા પ્રમાણે 7V ઇનપુટ વોલ્ટેજ પલ્સ માટે મોડેલનું અનુકરણ કરવામાં આવ્યું હતું.સિમ્યુલેશનમાં વપરાતા પરિમાણોના મૂલ્યો કોષ્ટક 1 માં સૂચિબદ્ધ છે. ક્ષણિક પ્રક્રિયાઓના સિમ્યુલેશનના પરિણામો આકૃતિ 1 અને 1 માં રજૂ કરવામાં આવ્યા છે. આકૃતિ 3a અને 4. ફિગમાં.4a,b એ SMA વાયરમાં પ્રેરિત વોલ્ટેજ અને સમયના કાર્ય તરીકે એક્ટ્યુએટર દ્વારા પેદા થયેલ બળ બતાવે છે. રિવર્સ ટ્રાન્સફોર્મેશન (હીટિંગ) દરમિયાન, જ્યારે SMA વાયરનું તાપમાન, \(T < A_s^{\prime}\) (સ્ટ્રેસ-સંશોધિત ઑસ્ટેનાઈટ ફેઝ શરૂઆતનું તાપમાન), માર્ટેન્સાઈટ વોલ્યુમ અપૂર્ણાંક (\(\dot{\xi }\)) ના ફેરફારનો દર શૂન્ય હશે. રિવર્સ ટ્રાન્સફોર્મેશન (હીટિંગ) દરમિયાન, જ્યારે SMA વાયરનું તાપમાન, \(T < A_s^{\prime}\) (સ્ટ્રેસ-સંશોધિત ઓસ્ટેનાઈટ ફેઝ શરૂઆતનું તાપમાન), માર્ટેન્સાઈટ વોલ્યુમ અપૂર્ણાંક (\(\dot{\ xi }\)) ના ફેરફારનો દર શૂન્ય હશે. Во время обратного превращения (нагрева), когда температура проволоки SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (температура начала аустенитура начала аустенитура начала аустенитура проволоки SMA, ением), скорость изменения объемной доли мартенсита (\(\dot{\ xi }\)) будет равно нулю. રિવર્સ ટ્રાન્સફોર્મેશન (હીટિંગ) દરમિયાન, જ્યારે SMA વાયરનું તાપમાન, \(T < A_s^{\prime}\) (સ્ટ્રેસ-સંશોધિત ઑસ્ટેનાઈટ ઑનસેટ તાપમાન), માર્ટેન્સાઈટ વોલ્યુમ અપૂર્ણાંક (\(\dot{\ xi }\ )) ના ફેરફારનો દર શૂન્ય હશે.在反向转变（加热）过程中，当SMA 线温度\(T <A_s^{\prime}\)体积分数的变化率（\(\dot{\ xi }\)) 将为零.在 反向 转变 （加热） 中, 当 当 当 线 温度 \ (t
(a) SMA-આધારિત ડિવલેરેટ એક્ટ્યુએટરમાં તાપમાનનું વિતરણ અને તાણ-પ્રેરિત જંકશન તાપમાન દર્શાવતું સિમ્યુલેશન પરિણામ.જ્યારે વાયરનું તાપમાન ગરમીના તબક્કામાં ઓસ્ટેનાઈટ સંક્રમણ તાપમાનને પાર કરે છે, ત્યારે સંશોધિત ઓસ્ટેનાઈટ સંક્રમણ તાપમાન વધવાનું શરૂ થાય છે, અને તેવી જ રીતે, જ્યારે વાયર સળિયાનું તાપમાન ઠંડકના તબક્કામાં માર્ટેન્સિટિક સંક્રમણ તાપમાનને પાર કરે છે, ત્યારે માર્ટેન્સિટિક સંક્રમણ તાપમાન ઘટે છે.એક્યુએશન પ્રક્રિયાના વિશ્લેષણાત્મક મોડેલિંગ માટે SMA.(સિમુલિંક મોડેલની દરેક સબસિસ્ટમના વિગતવાર દૃશ્ય માટે, પૂરક ફાઇલનો પરિશિષ્ટ વિભાગ જુઓ.)
7V ઇનપુટ વોલ્ટેજના બે ચક્ર (10 સેકન્ડ વોર્મ અપ સાયકલ અને 15 સેકન્ડ કૂલ ડાઉન સાયકલ) માટે વિવિધ પેરામીટર વિતરણો માટેના વિશ્લેષણના પરિણામો દર્શાવવામાં આવ્યા છે.જ્યારે (ac) અને (e) સમયાંતરે વિતરણનું નિરૂપણ કરે છે, બીજી તરફ, (d) અને (f) તાપમાન સાથે વિતરણનું ચિત્રણ કરે છે.સંબંધિત ઇનપુટ સ્થિતિઓ માટે, મહત્તમ અવલોકન કરાયેલ તાણ 106 MPa (345 MPa કરતાં ઓછી, વાયર ઉપજ શક્તિ), બળ 150 N છે, મહત્તમ વિસ્થાપન 270 µm છે, અને લઘુત્તમ માર્ટેન્સિટિક વોલ્યુમ અપૂર્ણાંક 0.91 છે.બીજી બાજુ, તાણમાં ફેરફાર અને તાપમાન સાથે માર્ટેન્સાઈટના વોલ્યુમ અપૂર્ણાંકમાં ફેરફાર એ હિસ્ટેરેસિસ લાક્ષણિકતાઓ સમાન છે.
આ જ સમજૂતી ઓસ્ટેનાઈટ તબક્કાથી માર્ટેન્સાઈટ તબક્કામાં સીધા પરિવર્તન (ઠંડક) પર લાગુ થાય છે, જ્યાં SMA વાયર તાપમાન (T) અને તણાવ-સંશોધિત માર્ટેન્સાઈટ તબક્કા (\(M_f^{\prime}\ ))નું અંતિમ તાપમાન ઉત્તમ છે.અંજીર પર.4d,f બંને ડ્રાઇવિંગ ચક્ર માટે SMA વાયર (T) ના તાપમાનમાં ફેરફારના કાર્ય તરીકે પ્રેરિત તણાવ (\(\sigma\)) અને SMA વાયરમાં માર્ટેન્સાઈટ (\(\xi\)) ના વોલ્યુમ અપૂર્ણાંકમાં ફેરફાર દર્શાવે છે.અંજીર પર.આકૃતિ 3a ઇનપુટ વોલ્ટેજ પલ્સ પર આધાર રાખીને સમય સાથે SMA વાયરના તાપમાનમાં ફેરફાર દર્શાવે છે.આકૃતિમાંથી જોઈ શકાય છે તેમ, શૂન્ય વોલ્ટેજ અને અનુગામી સંવાહક ઠંડક પર ગરમીનો સ્ત્રોત પૂરો પાડીને વાયરનું તાપમાન સતત વધતું રહે છે.ગરમી દરમિયાન, ઓસ્ટેનાઈટ તબક્કામાં માર્ટેન્સાઈટનું પુનઃ રૂપાંતરણ ત્યારે શરૂ થાય છે જ્યારે SMA વાયર તાપમાન (T) સ્ટ્રેસ-કરેક્ટેડ ઓસ્ટેનાઈટ ન્યુક્લિએશન તાપમાન (\(A_s^{\prime}\))ને પાર કરે છે.આ તબક્કા દરમિયાન, SMA વાયર સંકુચિત થાય છે અને એક્ટ્યુએટર બળ ઉત્પન્ન કરે છે.તેમજ ઠંડક દરમિયાન, જ્યારે SMA વાયર (T) નું તાપમાન તણાવ-સંશોધિત માર્ટેન્સાઈટ તબક્કા (\(M_s^{\prime}\)) ના ન્યુક્લિએશન તાપમાનને પાર કરે છે ત્યારે ઓસ્ટેનાઈટ તબક્કામાંથી માર્ટેનાઈટ તબક્કામાં હકારાત્મક સંક્રમણ થાય છે.ડ્રાઇવ ફોર્સ ઘટે છે.
SMA પર આધારિત બિમોડલ ડ્રાઇવના મુખ્ય ગુણાત્મક પાસાઓ સિમ્યુલેશન પરિણામોમાંથી મેળવી શકાય છે.વોલ્ટેજ પલ્સ ઇનપુટના કિસ્સામાં, જૌલ હીટિંગ અસરને કારણે SMA વાયરનું તાપમાન વધે છે.માર્ટેન્સાઈટ વોલ્યુમ અપૂર્ણાંક (\(\xi\)) નું પ્રારંભિક મૂલ્ય 1 પર સેટ છે, કારણ કે સામગ્રી શરૂઆતમાં સંપૂર્ણ માર્ટેન્સિટિક તબક્કામાં છે.જેમ જેમ વાયર ગરમ થવાનું ચાલુ રાખે છે તેમ, SMA વાયરનું તાપમાન સ્ટ્રેસ-કરેક્ટેડ ઓસ્ટેનાઈટ ન્યુક્લિએશન તાપમાન \(A_s^{\prime}\) કરતાં વધી જાય છે, પરિણામે માર્ટેન્સાઈટ વોલ્યુમ અપૂર્ણાંકમાં ઘટાડો થાય છે, આકૃતિ 4c માં બતાવ્યા પ્રમાણે.વધુમાં, ફિગ માં.4e સમયસર અને ફિગમાં એક્ટ્યુએટરના સ્ટ્રોકનું વિતરણ બતાવે છે.5 - સમયના કાર્ય તરીકે ચાલક બળ.સમીકરણોની સંબંધિત પ્રણાલીમાં તાપમાન, માર્ટેન્સાઈટ વોલ્યુમ અપૂર્ણાંક અને તાણનો સમાવેશ થાય છે જે વાયરમાં વિકસે છે, જેના પરિણામે SMA વાયર સંકોચાય છે અને એક્ટ્યુએટર દ્વારા ઉત્પન્ન થયેલ બળ.ફિગ માં બતાવ્યા પ્રમાણે.4d,f, તાપમાન સાથે વોલ્ટેજ ભિન્નતા અને તાપમાન સાથે માર્ટેન્સાઈટ વોલ્યુમ અપૂર્ણાંક ભિન્નતા 7 V પર સિમ્યુલેટેડ કેસમાં SMA ની હિસ્ટેરેસિસ લાક્ષણિકતાઓને અનુરૂપ છે.
ડ્રાઇવિંગ પરિમાણોની સરખામણી પ્રયોગો અને વિશ્લેષણાત્મક ગણતરીઓ દ્વારા મેળવવામાં આવી હતી.વાયરને 10 સેકન્ડ માટે 7 V ના સ્પંદિત ઇનપુટ વોલ્ટેજને આધિન કરવામાં આવ્યું હતું, પછી બે ચક્રમાં 15 સેકન્ડ (ઠંડકનો તબક્કો) માટે ઠંડુ કરવામાં આવ્યું હતું.પિનેટ એંગલ \(40^{\circ}\) પર સેટ છે અને દરેક સિંગલ પિન લેગમાં SMA વાયરની પ્રારંભિક લંબાઈ 83mm પર સેટ છે.(a) લોડ સેલ વડે ડ્રાઇવિંગ ફોર્સનું માપન (b) થર્મલ ઇન્ફ્રારેડ કેમેરા વડે વાયર તાપમાનનું નિરીક્ષણ કરવું.
ડ્રાઇવ દ્વારા ઉત્પાદિત બળ પર ભૌતિક પરિમાણોના પ્રભાવને સમજવા માટે, પસંદ કરેલ ભૌતિક પરિમાણો માટે ગાણિતિક મોડેલની સંવેદનશીલતાનું વિશ્લેષણ હાથ ધરવામાં આવ્યું હતું, અને પરિમાણોને તેમના પ્રભાવ અનુસાર ક્રમાંકિત કરવામાં આવ્યા હતા.સૌપ્રથમ, મોડેલ પેરામીટર્સનું સેમ્પલિંગ પ્રાયોગિક ડિઝાઇન સિદ્ધાંતોનો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવ્યું હતું જે સમાન વિતરણને અનુસરે છે (સંવેદનશીલતા વિશ્લેષણ પર પૂરક વિભાગ જુઓ).આ કિસ્સામાં, મોડેલ પેરામીટર્સમાં ઇનપુટ વોલ્ટેજ (\(V_{in}\)), પ્રારંભિક SMA વાયર લંબાઈ (\(l_0\)), ત્રિકોણ કોણ (\(\alpha\)), બાયસ સ્પ્રિંગ કોન્સ્ટન્ટ (\( K_x\ )), કન્વેક્ટિવ હીટ ટ્રાન્સફર ગુણાંક (\(h_T\)) અને યુનિ બ્રાન્ચની સંખ્યાનો સમાવેશ થાય છે.આગળના પગલામાં, શિખર સ્નાયુની તાકાતને અભ્યાસ ડિઝાઇનની જરૂરિયાત તરીકે પસંદ કરવામાં આવી હતી અને તાકાત પરના ચલોના દરેક સમૂહની પેરામેટ્રિક અસરો મેળવવામાં આવી હતી.સંવેદનશીલતા પૃથ્થકરણ માટે ટોર્નેડો પ્લોટ દરેક પરિમાણ માટેના સહસંબંધ ગુણાંકમાંથી લેવામાં આવ્યા હતા, જેમ કે ફિગ. 6a માં બતાવ્યા પ્રમાણે.
(a) મોડેલ પરિમાણોના સહસંબંધ ગુણાંક મૂલ્યો અને ઉપરોક્ત મોડેલ પરિમાણોના 2500 અનન્ય જૂથોના મહત્તમ આઉટપુટ બળ પરની તેમની અસર ટોર્નેડો પ્લોટમાં બતાવવામાં આવી છે.આલેખ કેટલાક સૂચકાંકોનો ક્રમ સહસંબંધ દર્શાવે છે.તે સ્પષ્ટ છે કે \(V_{in}\) એ હકારાત્મક સહસંબંધ સાથેનું એકમાત્ર પરિમાણ છે, અને \(l_0\) એ સૌથી વધુ નકારાત્મક સહસંબંધ ધરાવતું પરિમાણ છે.શિખર સ્નાયુની શક્તિ પર વિવિધ સંયોજનોમાં વિવિધ પરિમાણોની અસર (b, c) માં બતાવવામાં આવી છે.\(K_x\) 400 થી 800 N/m અને n ની રેન્જ 4 થી 24 સુધીની છે. વોલ્ટેજ (\(V_{in}\)) 4V થી 10V માં બદલાયું છે, વાયરની લંબાઈ (\(l_{0 } \)) 40 થી 100 mm સુધી બદલાઈ છે, અને પૂંછડીનો ખૂણો \0 (\0 ^ ) \0 માંથી બદલાઈ ગયો છે. \circ }\).
અંજીર પર.6a પીક ડ્રાઇવ ફોર્સ ડિઝાઇન આવશ્યકતાઓ સાથે દરેક પેરામીટર માટે વિવિધ સહસંબંધ ગુણાંકનો ટોર્નેડો પ્લોટ બતાવે છે.અંજીરમાંથી.6a તે જોઈ શકાય છે કે વોલ્ટેજ પેરામીટર (\(V_{in}\)) મહત્તમ આઉટપુટ ફોર્સ સાથે સીધો સંબંધ ધરાવે છે, અને કન્વેક્ટિવ હીટ ટ્રાન્સફર ગુણાંક (\(h_T\)), ફ્લેમ એંગલ (\ ( \alpha\)), ડિસ્પ્લેસમેન્ટ સ્પ્રિંગ કોન્સ્ટન્ટ ( \(K_x\)) S ની પ્રારંભિક લંબાઈ સાથે નકારાત્મક રીતે સંલગ્ન છે (w\0) ની પ્રારંભિક લંબાઈ (W_l આઉટપુટ ફોર્સ) , અને યુનિમોડલ શાખાઓની સંખ્યા (n) મજબૂત વ્યસ્ત સહસંબંધ દર્શાવે છે. સીધા સહસંબંધના કિસ્સામાં વોલ્ટેજ સહસંબંધ ગુણાંકના ઊંચા મૂલ્યના કિસ્સામાં (\(V_ {in}\)) સૂચવે છે કે આ પરિમાણ પાવર આઉટપુટ પર સૌથી વધુ અસર કરે છે.અન્ય સમાન વિશ્લેષણ બે કોમ્પ્યુટેશનલ સ્પેસના વિવિધ સંયોજનોમાં વિવિધ પરિમાણોની અસરનું મૂલ્યાંકન કરીને પીક ફોર્સને માપે છે, જેમ કે ફિગ. 6b, c માં બતાવ્યા પ્રમાણે.\(V_{in}\) અને \(l_0\), \(\alpha\) અને \(l_0\) સમાન પેટર્ન ધરાવે છે, અને ગ્રાફ બતાવે છે કે \(V_{in}\) અને \(\alpha\ ) અને \(\alpha\) સમાન પેટર્ન ધરાવે છે.\(l_0\) ના નાના મૂલ્યો ઉચ્ચ શિખર દળોમાં પરિણમે છે.અન્ય બે પ્લોટ આકૃતિ 6a સાથે સુસંગત છે, જ્યાં n અને \(K_x\) નકારાત્મક રીતે સહસંબંધિત છે અને \(V_{in}\) હકારાત્મક રીતે સહસંબંધિત છે.આ વિશ્લેષણ પ્રભાવિત પરિમાણોને વ્યાખ્યાયિત કરવામાં અને સમાયોજિત કરવામાં મદદ કરે છે જેના દ્વારા ડ્રાઇવ સિસ્ટમની આઉટપુટ ફોર્સ, સ્ટ્રોક અને કાર્યક્ષમતા જરૂરિયાતો અને એપ્લિકેશનને અનુકૂલિત થઈ શકે છે.
વર્તમાન સંશોધન કાર્ય N સ્તરો સાથે અધિક્રમિક ડ્રાઈવોનો પરિચય અને તપાસ કરે છે.બે-સ્તરની પદાનુક્રમમાં, ફિગ. 7a માં બતાવ્યા પ્રમાણે, જ્યાં પ્રથમ સ્તરના એક્ટ્યુએટરના દરેક SMA વાયરને બદલે, અંજીરમાં બતાવ્યા પ્રમાણે, બિમોડલ ગોઠવણી પ્રાપ્ત થાય છે.9e.અંજીર પર.7c બતાવે છે કે SMA વાયર એક જંગમ હાથ (સહાયક હાથ) ની આસપાસ કેવી રીતે ઘા છે જે ફક્ત રેખાંશ દિશામાં જ ફરે છે.જો કે, પ્રાથમિક જંગમ હાથ 1લા તબક્કાના મલ્ટી-સ્ટેજ એક્ટ્યુએટરના જંગમ હાથની જેમ જ આગળ વધવાનું ચાલુ રાખે છે.સામાન્ય રીતે, N-સ્ટેજ ડ્રાઈવ \(N-1\) સ્ટેજ SMA વાયરને પ્રથમ-સ્ટેજ ડ્રાઈવ સાથે બદલીને બનાવવામાં આવે છે.પરિણામે, દરેક શાખા પ્રથમ તબક્કાની ડ્રાઇવનું અનુકરણ કરે છે, તે શાખાના અપવાદ સિવાય કે જે વાયર પોતે જ ધરાવે છે.આ રીતે, નેસ્ટેડ સ્ટ્રક્ચર્સ બનાવી શકાય છે જે એવા દળો બનાવે છે જે પ્રાથમિક ડ્રાઇવના દળો કરતા અનેક ગણા વધારે હોય છે.આ અભ્યાસમાં, દરેક સ્તર માટે, 1 મીટરની કુલ અસરકારક SMA વાયર લંબાઈને ધ્યાનમાં લેવામાં આવી હતી, જેમ કે આકૃતિ 7d માં ટેબ્યુલર ફોર્મેટમાં બતાવ્યા પ્રમાણે.દરેક યુનિમોડલ ડિઝાઇનમાં દરેક વાયર દ્વારા પ્રવાહ અને દરેક SMA વાયર સેગમેન્ટમાં પરિણામી પ્રેસ્ટ્રેસ અને વોલ્ટેજ દરેક સ્તરે સમાન હોય છે.અમારા વિશ્લેષણાત્મક મોડલ મુજબ, આઉટપુટ બળ હકારાત્મક રીતે સ્તર સાથે સહસંબંધિત છે, જ્યારે વિસ્થાપન નકારાત્મક રીતે સહસંબંધિત છે.તે જ સમયે, ડિસ્પ્લેસમેન્ટ અને સ્નાયુઓની મજબૂતાઈ વચ્ચે ટ્રેડ-ઓફ હતો.અંજીરમાં દેખાય છે તેમ.7b, જ્યારે મહત્તમ બળ સૌથી મોટી સંખ્યામાં સ્તરોમાં પ્રાપ્ત થાય છે, સૌથી વધુ વિસ્થાપન સૌથી નીચલા સ્તરમાં જોવા મળે છે.જ્યારે વંશવેલો સ્તર \(N=5\) પર સેટ કરવામાં આવ્યો હતો, ત્યારે 2 અવલોકન કરેલ સ્ટ્રોક \(\upmu\)m સાથે 2.58 kN ની ટોચની સ્નાયુ બળ મળી આવી હતી.બીજી તરફ, પ્રથમ તબક્કાની ડ્રાઈવ 277 \(\upmu\)m ના સ્ટ્રોક પર 150 N નું બળ જનરેટ કરે છે.મલ્ટી-લેવલ એક્ટ્યુએટર્સ વાસ્તવિક જૈવિક સ્નાયુઓની નકલ કરવામાં સક્ષમ છે, જ્યાં આકાર મેમરી એલોય પર આધારિત કૃત્રિમ સ્નાયુઓ ચોક્કસ અને ઝીણી હલનચલન સાથે નોંધપાત્ર રીતે ઉચ્ચ બળ પેદા કરવામાં સક્ષમ છે.આ લઘુચિત્ર ડિઝાઇનની મર્યાદાઓ એ છે કે જેમ જેમ વંશવેલો વધે છે તેમ તેમ હિલચાલ ખૂબ જ ઓછી થાય છે અને ડ્રાઇવ ઉત્પાદન પ્રક્રિયાની જટિલતા વધે છે.
(a) દ્વિ-તબક્કા (\(N=2\)) સ્તરવાળી આકારની મેમરી એલોય લીનિયર એક્ટ્યુએટર સિસ્ટમ બિમોડલ રૂપરેખાંકનમાં બતાવવામાં આવે છે.સૂચિત મોડલ પ્રથમ સ્ટેજ લેયર્ડ એક્ટ્યુએટરમાં SMA વાયરને બીજા સિંગલ સ્ટેજ લેયર્ડ એક્ટ્યુએટર સાથે બદલીને પ્રાપ્ત થાય છે.(c) બીજા તબક્કાના મલ્ટિલેયર એક્ટ્યુએટરનું વિકૃત રૂપરેખાંકન.(b) સ્તરોની સંખ્યાના આધારે દળો અને વિસ્થાપનનું વિતરણ વર્ણવેલ છે.એવું જાણવા મળ્યું છે કે એક્ટ્યુએટરનું પીક ફોર્સ ગ્રાફ પરના સ્કેલ સ્તર સાથે હકારાત્મક રીતે સંકળાયેલું છે, જ્યારે સ્ટ્રોક સ્કેલ સ્તર સાથે નકારાત્મક રીતે સંકળાયેલું છે.દરેક વાયરમાં વર્તમાન અને પ્રી-વોલ્ટેજ તમામ સ્તરો પર સ્થિર રહે છે.(d) કોષ્ટક દરેક સ્તર પર નળની સંખ્યા અને SMA વાયર (ફાઇબર) ની લંબાઈ દર્શાવે છે.વાયરની લાક્ષણિકતાઓ અનુક્રમણિકા 1 દ્વારા સૂચવવામાં આવે છે, અને ગૌણ શાખાઓની સંખ્યા (એક પ્રાથમિક પગ સાથે જોડાયેલ છે) સબસ્ક્રિપ્ટમાં સૌથી મોટી સંખ્યા દ્વારા સૂચવવામાં આવે છે.ઉદાહરણ તરીકે, સ્તર 5 પર, \(n_1\) એ દરેક બિમોડલ સ્ટ્રક્ચરમાં હાજર SMA વાયરની સંખ્યાનો ઉલ્લેખ કરે છે, અને \(n_5\) એ સહાયક પગની સંખ્યાનો ઉલ્લેખ કરે છે (એક મુખ્ય પગ સાથે જોડાયેલ છે).
ઘણા સંશોધકો દ્વારા આકાર મેમરી સાથે SMAs ની વર્તણૂકનું મોડેલ બનાવવા માટે વિવિધ પદ્ધતિઓ પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવી છે, જે તબક્કા સંક્રમણ સાથે સંકળાયેલ સ્ફટિક બંધારણમાં મેક્રોસ્કોપિક ફેરફારો સાથે થર્મોમિકેનિકલ ગુણધર્મો પર આધાર રાખે છે.રચનાત્મક પદ્ધતિઓનું નિર્માણ સ્વાભાવિક રીતે જટિલ છે.Tanaka28 દ્વારા સૌથી સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતું અસાધારણ મોડેલ પ્રસ્તાવિત છે અને તેનો વ્યાપકપણે ઈજનેરી કાર્યક્રમોમાં ઉપયોગ થાય છે.તનાકા [28] દ્વારા પ્રસ્તાવિત અસાધારણ મોડલ ધારે છે કે માર્ટેન્સાઈટનું વોલ્યુમ અપૂર્ણાંક તાપમાન અને તાણનું ઘાતાંકીય કાર્ય છે.પાછળથી, લિયાંગ અને રોજર્સ29 અને બ્રિન્સન30 એ એક મોડેલનો પ્રસ્તાવ મૂક્યો જેમાં તબક્કાના સંક્રમણની ગતિશીલતાને વોલ્ટેજ અને તાપમાનના કોસાઇન ફંક્શન તરીકે માનવામાં આવે છે, જેમાં મોડલમાં થોડો ફેરફાર કરવામાં આવ્યો હતો.બેકર અને બ્રિન્સને મનસ્વી લોડિંગ પરિસ્થિતિઓ તેમજ આંશિક સંક્રમણો હેઠળ એસએમએ સામગ્રીના વર્તનનું મોડેલ બનાવવા માટે તબક્કા ડાયાગ્રામ આધારિત ગતિશીલ મોડેલનો પ્રસ્તાવ મૂક્યો હતો.બેનરજી 32 બેકર અને બ્રિન્સન 31 ફેઝ ડાયાગ્રામ ડાયનેમિક્સ પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરે છે જે ઇલાહિનિયા અને અહમદિયન33 દ્વારા વિકસિત સ્વતંત્રતા મેનિપ્યુલેટરની એક ડિગ્રીનું અનુકરણ કરે છે.તબક્કાના આકૃતિઓ પર આધારિત ગતિ પદ્ધતિઓ, જે તાપમાન સાથે વોલ્ટેજમાં નોનમોનોટોનિક ફેરફારને ધ્યાનમાં લે છે, તે એન્જિનિયરિંગ એપ્લિકેશન્સમાં અમલમાં મૂકવી મુશ્કેલ છે.એલાખિનિયા અને અહમદિયન હાલના અસાધારણ મોડેલોની આ ખામીઓ તરફ ધ્યાન દોરે છે અને કોઈપણ જટિલ લોડિંગ પરિસ્થિતિઓ હેઠળ આકાર મેમરી વર્તણૂકનું વિશ્લેષણ કરવા અને વ્યાખ્યાયિત કરવા માટે વિસ્તૃત અસાધારણ મોડેલનો પ્રસ્તાવ મૂકે છે.
SMA વાયરનું સ્ટ્રક્ચરલ મૉડલ SMA વાયરના સ્ટ્રેસ (\(\સિગ્મા\)), તાણ (\(\epsilon\)), તાપમાન (T), અને માર્ટેન્સાઈટ વોલ્યુમ અપૂર્ણાંક (\(\xi\)) આપે છે.અસાધારણ રચનાત્મક મોડેલ સૌપ્રથમ તનાકા28 દ્વારા પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવ્યું હતું અને બાદમાં લિયાંગ29 અને બ્રિન્સન30 દ્વારા અપનાવવામાં આવ્યું હતું.સમીકરણનું વ્યુત્પન્ન સ્વરૂપ ધરાવે છે:
જ્યાં E એ ફેઝ ડિપેન્ડન્ટ SMA યંગનું મોડ્યુલસ છે જે \(\displaystyle E=\xi E_M + (1-\xi )E_A\) અને \(E_A\) અને \(E_M\) યંગના મોડ્યુલસનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે તે અનુક્રમે ઓસ્ટેનિટિક અને માર્ટેન્સિટિક તબક્કાઓ છે, અને કોય-પાનનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે.તબક્કો સંક્રમણ યોગદાન પરિબળ \(\Omega = -E \epsilon _L\) છે અને \(\epsilon _L\) SMA વાયરમાં મહત્તમ પુનઃપ્રાપ્ત કરી શકાય તેવી તાણ છે.
તબક્કો ગતિશીલતા સમીકરણ લિયાંગ29 દ્વારા વિકસિત કોસાઇન ફંક્શન સાથે એકરુપ છે અને પછીથી Tanaka28 દ્વારા પ્રસ્તાવિત ઘાતાંકીય કાર્યને બદલે બ્રિન્સન30 દ્વારા અપનાવવામાં આવ્યું છે.ફેઝ ટ્રાન્ઝિશન મૉડલ એલાખિનિયા અને અહમદીઅન34 દ્વારા પ્રસ્તાવિત મૉડલનું વિસ્તરણ છે અને લિયાંગ29 અને બ્રિન્સન30 દ્વારા આપવામાં આવેલ તબક્કાના સંક્રમણની શરતોના આધારે તેમાં ફેરફાર કરવામાં આવ્યો છે.આ તબક્કાના સંક્રમણ મોડેલ માટે ઉપયોગમાં લેવાતી શરતો જટિલ થર્મોમિકેનિકલ લોડ્સ હેઠળ માન્ય છે.સમયની દરેક ક્ષણે, બંધારણીય સમીકરણનું મોડેલિંગ કરતી વખતે માર્ટેન્સાઈટના વોલ્યુમ અપૂર્ણાંકનું મૂલ્ય ગણવામાં આવે છે.
ગવર્નિંગ રિટ્રાન્સફોર્મેશન સમીકરણ, જે ગરમીની સ્થિતિમાં માર્ટેનાઈટના ઓસ્ટેનાઈટમાં રૂપાંતર દ્વારા વ્યક્ત થાય છે, તે નીચે મુજબ છે:
જ્યાં \(\xi\) માર્ટેન્સાઈટનો વોલ્યુમ અપૂર્ણાંક છે, \(\xi _M\) એ ગરમ કરતા પહેલા મેળવેલા માર્ટેન્સાઈટનો વોલ્યુમ અપૂર્ણાંક છે, \(\displaystyle a_A = \pi /(A_f – A_s)\), \ ( \displaystyle b_A = -a_A/C_A\) અને \(C_Arew, T_MAX, તાપમાન \(C_A) તાપમાન, T_MAx, તાપમાન s\) અને \(A_f\) - ઑસ્ટેનાઈટ તબક્કાની શરૂઆત અને અંત, અનુક્રમે, તાપમાન.
ઠંડકની સ્થિતિમાં ઓસ્ટેનાઈટથી માર્ટેન્સાઈટના તબક્કાના રૂપાંતર દ્વારા રજૂ કરાયેલ ડાયરેક્ટ ટ્રાન્સફોર્મેશન કંટ્રોલ સમીકરણ છે:
જ્યાં \(\xi _A\) એ ઠંડક પહેલાં મેળવેલા માર્ટેન્સાઈટનો વોલ્યુમ અપૂર્ણાંક છે, \(\displaystyle a_M = \pi /(M_s – M_f)\), \(\displaystyle b_M = -a_M/C_M\) અને \ ( C_M \) – વળાંક ફિટિંગ પરિમાણો, T – SMA વાયર\ (T – SMA ફાઈનલ અને ટેમ્પરેચર\M ફાઈનલ ટેમ્પરેચર\) અને ટેમ્પરેચર \M ફાઈનલ માર્ટેન્સાઈટ , અનુક્રમે.
સમીકરણો (3) અને (4) ભિન્ન થયા પછી, વ્યસ્ત અને પ્રત્યક્ષ રૂપાંતર સમીકરણોને નીચેના સ્વરૂપમાં સરળ બનાવવામાં આવે છે:
ફોરવર્ડ અને બેકવર્ડ ટ્રાન્સફોર્મેશન દરમિયાન \(\eta _{\sigma}\) અને \(\eta _{T}\) વિવિધ મૂલ્યો લે છે.\(\eta _{\sigma}\) અને \(\eta _{T}\) સાથે સંકળાયેલા મૂળભૂત સમીકરણો લેવામાં આવ્યા છે અને વધારાના વિભાગમાં વિગતવાર ચર્ચા કરવામાં આવી છે.
SMA વાયરનું તાપમાન વધારવા માટે જરૂરી થર્મલ ઉર્જા જૉલ હીટિંગ ઇફેક્ટમાંથી આવે છે.SMA વાયર દ્વારા શોષાયેલી અથવા છોડવામાં આવતી થર્મલ ઉર્જા રૂપાંતરણની ગુપ્ત ગરમી દ્વારા દર્શાવવામાં આવે છે.SMA વાયરમાં ગરમીનું નુકશાન બળજબરીપૂર્વકના સંવહનને કારણે થાય છે, અને રેડિયેશનની નજીવી અસરને જોતાં, ગરમી ઊર્જા સંતુલનનું સમીકરણ નીચે મુજબ છે:
જ્યાં \(m_{wire}\) SMA વાયરનું કુલ દળ છે, \(c_{p}\) એ SMA ની વિશિષ્ટ ઉષ્મા ક્ષમતા છે, \(V_{in}\) એ વાયર પર લાગુ થયેલ વોલ્ટેજ છે, \(R_{ohm} \ ) – તબક્કા-આધારિત પ્રતિકાર SMA, આ રીતે વ્યાખ્યાયિત થયેલ છે;\(R_{ઓહ્મ} = (l/A_{ક્રોસ})[\xi r_M + (1-\xi )r_A]\ ) જ્યાં \(r_M\ ) અને \(r_A\) એ અનુક્રમે માર્ટેનાઈટ અને ઓસ્ટેનાઈટમાં SMA તબક્કાની પ્રતિકારકતા છે, \(A_{c}\) એ \(A_{c}\) સપાટીનો વિસ્તાર છે.વાયરના સંક્રમણની સુપ્ત ગરમી, T અને \(T_{\infty}\) અનુક્રમે SMA વાયર અને પર્યાવરણનું તાપમાન છે.
જ્યારે આકાર મેમરી એલોય વાયર સક્રિય થાય છે, ત્યારે વાયર સંકુચિત થાય છે, જે ફાઇબર ફોર્સ તરીકે ઓળખાતી બિમોડલ ડિઝાઇનની દરેક શાખામાં એક બળ બનાવે છે.SMA વાયરના દરેક સ્ટ્રૅન્ડમાંના તંતુઓના દળો એકસાથે સક્રિય થવા માટે સ્નાયુ બળ બનાવે છે, જેમ કે આકૃતિ 9e માં બતાવ્યા પ્રમાણે.બાયસિંગ સ્પ્રિંગની હાજરીને કારણે, Nth મલ્ટિલેયર એક્ટ્યુએટરનું કુલ સ્નાયુ બળ છે:
\(N = 1\) ને સમીકરણ (7) માં બદલીને, પ્રથમ તબક્કાના બિમોડલ ડ્રાઇવ પ્રોટોટાઇપની સ્નાયુની મજબૂતાઈ નીચે પ્રમાણે મેળવી શકાય છે:
જ્યાં n એ યુનિમોડલ પગની સંખ્યા છે, \(F_m\) એ ડ્રાઈવ દ્વારા ઉત્પન્ન થયેલ સ્નાયુ બળ છે, \(F_f\) એ SMA વાયરમાં ફાઈબરની શક્તિ છે, \(K_x\) એ પૂર્વગ્રહની જડતા છે.સ્પ્રિંગ, \(\આલ્ફા\) એ ત્રિકોણનો કોણ છે, \(x_0\) એ પૂર્વ-ટેન્શનવાળી સ્થિતિમાં SMA કેબલને પકડી રાખવા માટે બાયસ સ્પ્રિંગનો પ્રારંભિક ઑફસેટ છે, અને \(\Delta x\) એ એક્ટ્યુએટર ટ્રાવેલ છે.
Nth સ્ટેજના SMA વાયર પર વોલ્ટેજ (\(\sigma\)) અને સ્ટ્રેઈન (\(\epsilon\))ના આધારે ડ્રાઈવનું કુલ ડિસ્પ્લેસમેન્ટ અથવા હિલચાલ (\(\Delta x\)) ડ્રાઈવ સેટ કરેલ છે (ફિગ જુઓ. આઉટપુટનો વધારાનો ભાગ):
ગતિના સમીકરણો ડ્રાઇવ ડિફોર્મેશન (\(\epsilon\)) અને ડિસ્પ્લેસમેન્ટ અથવા ડિસ્પ્લેસમેન્ટ (\(\Delta x\)) વચ્ચેનો સંબંધ આપે છે.આર્બ વાયરનું વિરૂપતા પ્રારંભિક આર્બ વાયર લંબાઈ (\(l_0\)) અને કોઈપણ સમયે એક યુનિમોડલ શાખામાં વાયર લંબાઈ (l) ના કાર્ય તરીકે નીચે મુજબ છે:
જ્યાં \(l = \sqrt{l_0^2 +(\Delta x_1)^2 – 2 l_0 (\Delta x_1) \cos \alpha _1}\) એ આકૃતિ 8 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, \(\Delta\)ABB' માં કોસાઈન સૂત્ર લાગુ કરીને મેળવવામાં આવે છે. પ્રથમ સ્ટેજ ડ્રાઈવ (\N\D=1)\N\1 (\N\D=1) ડ્રાઇવ માટે, \(\Delta\)ABB' માં કોસાઈન સૂત્ર લાગુ કરી શકાય છે. ta x\), અને \(\alpha _1\) એ \(\alpha \) છે જે આકૃતિ 8 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, સમીકરણ (11) થી સમયને અલગ કરીને અને l ની કિંમતને બદલીને, તાણ દર આ રીતે લખી શકાય છે:
જ્યાં \(l_0\) એ SMA વાયરની પ્રારંભિક લંબાઈ છે, l એ એક યુનિમોડલ શાખામાં કોઈપણ સમયે t વાયરની લંબાઈ છે, \(\epsilon\) એ SMA વાયરમાં વિકસિત વિરૂપતા છે, અને \(\alpha \) એ ત્રિકોણનો કોણ છે, \(\Delta x\) Figure (8) માં બતાવેલ ડ્રાઈવ ઑફસેટ છે.
તમામ n સિંગલ-પીક સ્ટ્રક્ચર્સ (\(n=6\) આ આકૃતિમાં) ઇનપુટ વોલ્ટેજ તરીકે \(V_{in}\) સાથે શ્રેણીમાં જોડાયેલા છે.તબક્કો I: શૂન્ય વોલ્ટેજ સ્થિતિ હેઠળ બાયમોડલ રૂપરેખાંકનમાં SMA વાયરનું યોજનાકીય આકૃતિ સ્ટેજ II: એક નિયંત્રિત માળખું બતાવવામાં આવે છે જ્યાં લાલ રેખા દ્વારા બતાવ્યા પ્રમાણે, વ્યસ્ત રૂપાંતરણને કારણે SMA વાયર સંકુચિત થાય છે.
ખ્યાલના પુરાવા તરીકે, પ્રાયોગિક પરિણામો સાથે અંતર્ગત સમીકરણોના સિમ્યુલેટેડ વ્યુત્પત્તિને ચકાસવા માટે SMA- આધારિત બિમોડલ ડ્રાઇવ વિકસાવવામાં આવી હતી.બિમોડલ રેખીય એક્ટ્યુએટરનું CAD મોડેલ ફિગમાં બતાવવામાં આવ્યું છે.9 એ.બીજી બાજુ, ફિગમાં.9c એ બીમોડલ સ્ટ્રક્ચર સાથે બે-પ્લેન એસએમએ-આધારિત એક્ટ્યુએટરનો ઉપયોગ કરીને રોટેશનલ પ્રિઝમેટિક કનેક્શન માટે પ્રસ્તાવિત નવી ડિઝાઇન બતાવે છે.અલ્ટીમેકર 3 એક્સટેન્ડેડ 3D પ્રિન્ટર પર એડિટિવ મેન્યુફેક્ચરિંગનો ઉપયોગ કરીને ડ્રાઇવના ઘટકો બનાવવામાં આવ્યા હતા.ઘટકોના 3D પ્રિન્ટીંગ માટે વપરાતી સામગ્રી પોલીકાર્બોનેટ છે જે ગરમી પ્રતિરોધક સામગ્રી માટે યોગ્ય છે કારણ કે તે મજબૂત, ટકાઉ અને ઉચ્ચ કાચ સંક્રમણ તાપમાન (110-113 \(^{\circ }\) C) ધરાવે છે.વધુમાં, Dynalloy, Inc. ફ્લેક્સિનોલ આકારના મેમરી એલોય વાયરનો પ્રયોગોમાં ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો, અને ફ્લેક્સિનોલ વાયરને અનુરૂપ સામગ્રીના ગુણધર્મો સિમ્યુલેશનમાં ઉપયોગમાં લેવાયા હતા.મલ્ટિલેયર એક્ટ્યુએટર્સ દ્વારા ઉત્પાદિત ઉચ્ચ બળો મેળવવા માટે સ્નાયુઓની બાયમોડલ ગોઠવણીમાં હાજર તંતુઓ તરીકે બહુવિધ SMA વાયર ગોઠવવામાં આવે છે, જેમ કે ફિગ. 9b, d માં બતાવ્યા પ્રમાણે.
આકૃતિ 9a માં બતાવ્યા પ્રમાણે, જંગમ હાથ SMA વાયર દ્વારા રચાતા તીવ્ર કોણને કોણ (\(\alpha\)) કહેવામાં આવે છે.ડાબા અને જમણા ક્લેમ્પ્સ સાથે જોડાયેલા ટર્મિનલ ક્લેમ્પ્સ સાથે, SMA વાયરને ઇચ્છિત બિમોડલ કોણ પર રાખવામાં આવે છે.સ્પ્રિંગ કનેક્ટર પર રાખવામાં આવેલ બાયસ સ્પ્રિંગ ડિવાઈસ SMA ફાઈબરની સંખ્યા (n) અનુસાર વિવિધ બાયસ સ્પ્રિંગ એક્સ્ટેંશન જૂથોને સમાયોજિત કરવા માટે રચાયેલ છે.આ ઉપરાંત, ફરતા ભાગોનું સ્થાન એવી રીતે ડિઝાઇન કરવામાં આવ્યું છે કે SMA વાયર ફોર્સ્ડ કન્વેક્શન ઠંડક માટે બાહ્ય વાતાવરણના સંપર્કમાં આવે.ડિટેચેબલ એસેમ્બલીની ઉપર અને નીચેની પ્લેટો વજન ઘટાડવા માટે રચાયેલ એક્સટ્રુડેડ કટઆઉટ સાથે SMA વાયરને ઠંડુ રાખવામાં મદદ કરે છે.વધુમાં, CMA વાયરના બંને છેડા અનુક્રમે ડાબે અને જમણા ટર્મિનલ પર, ક્રિમ્પ દ્વારા નિશ્ચિત કરવામાં આવે છે.ઉપર અને નીચેની પ્લેટો વચ્ચે ક્લિયરન્સ જાળવવા માટે મૂવેબલ એસેમ્બલીના એક છેડે એક કૂદકા મારનાર જોડાયેલ છે.જ્યારે SMA વાયર એક્ટ્યુએટ થાય ત્યારે બ્લૉકિંગ ફોર્સને માપવા માટે સંપર્ક દ્વારા સેન્સર પર બ્લૉકિંગ ફોર્સ લાગુ કરવા માટે પણ પ્લેન્જરનો ઉપયોગ થાય છે.
બાયમોડલ સ્નાયુનું માળખું SMA ઇલેક્ટ્રિકલી શ્રેણીમાં જોડાયેલ છે અને ઇનપુટ પલ્સ વોલ્ટેજ દ્વારા સંચાલિત છે.વોલ્ટેજ પલ્સ ચક્ર દરમિયાન, જ્યારે વોલ્ટેજ લાગુ કરવામાં આવે છે અને એસએમએ વાયરને ઓસ્ટેનાઈટના પ્રારંભિક તાપમાનથી ઉપર ગરમ કરવામાં આવે છે, ત્યારે દરેક સ્ટ્રાન્ડમાં વાયરની લંબાઈ ટૂંકી કરવામાં આવે છે.આ પાછું ખેંચવાથી જંગમ હાથ સબએસેમ્બલી સક્રિય થાય છે.જ્યારે સમાન ચક્રમાં વોલ્ટેજ શૂન્ય કરવામાં આવ્યું હતું, ત્યારે ગરમ SMA વાયરને માર્ટેન્સાઈટ સપાટીના તાપમાનથી નીચે ઠંડુ કરવામાં આવ્યું હતું, ત્યાંથી તેની મૂળ સ્થિતિ પર પાછા ફર્યા હતા.શૂન્ય તાણની સ્થિતિમાં, એસએમએ વાયરને નિર્ણાયક માર્ટેન્સિટિક સ્થિતિ સુધી પહોંચવા માટે બાયસ સ્પ્રિંગ દ્વારા પ્રથમ નિષ્ક્રિય રીતે ખેંચવામાં આવે છે.સ્ક્રુ, જેના દ્વારા એસએમએ વાયર પસાર થાય છે, તે એસએમએ વાયર (એસપીએ ઓસ્ટેનાઇટ તબક્કામાં પહોંચે છે) પર વોલ્ટેજ પલ્સ લાગુ કરીને બનાવેલ કમ્પ્રેશનને કારણે ખસે છે, જે જંગમ લિવરની ક્રિયા તરફ દોરી જાય છે.જ્યારે SMA વાયરને પાછો ખેંચવામાં આવે છે, ત્યારે બાયસ સ્પ્રિંગ સ્પ્રિંગને વધુ ખેંચીને એક વિરોધી બળ બનાવે છે.જ્યારે ઇમ્પલ્સ વોલ્ટેજમાં તણાવ શૂન્ય બને છે, ત્યારે SMA વાયર લંબાય છે અને ફરજિયાત સંવહન ઠંડકને કારણે તેનો આકાર બદલે છે, ડબલ માર્ટેન્સિટિક તબક્કા સુધી પહોંચે છે.
સૂચિત SMA-આધારિત રેખીય એક્ટ્યુએટર સિસ્ટમમાં બાયમોડલ રૂપરેખાંકન છે જેમાં SMA વાયરો કોણીય છે.(a) પ્રોટોટાઇપનું CAD મોડેલ દર્શાવે છે, જે પ્રોટોટાઇપ માટેના કેટલાક ઘટકો અને તેમના અર્થોનો ઉલ્લેખ કરે છે, (b, d) વિકસિત પ્રાયોગિક પ્રોટોટાઇપ35નું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે.જ્યારે (b) ઇલેક્ટ્રિકલ કનેક્શન્સ અને બાયસ સ્પ્રિંગ્સ અને સ્ટ્રેઇન ગેજ્સનો ઉપયોગ કરીને પ્રોટોટાઇપનું ટોચનું દૃશ્ય બતાવે છે, (d) સેટઅપનું પરિપ્રેક્ષ્ય દૃશ્ય બતાવે છે.(e) ફાઇબર અને સ્નાયુની મજબૂતાઈની દિશા અને કોર્સ દર્શાવતા, કોઈપણ સમયે t દ્વિપક્ષીય રીતે મૂકવામાં આવેલા SMA વાયર સાથે રેખીય પ્રવૃતિ પ્રણાલીનો આકૃતિ.(c) બે-પ્લેન SMA-આધારિત એક્ચ્યુએટર તૈનાત કરવા માટે 2-DOF રોટેશનલ પ્રિઝમેટિક કનેક્શનની દરખાસ્ત કરવામાં આવી છે.બતાવ્યા પ્રમાણે, કડી નીચેની ડ્રાઇવથી ઉપરના હાથ સુધી રેખીય ગતિ પ્રસારિત કરે છે, એક રોટેશનલ કનેક્શન બનાવે છે.બીજી તરફ, પ્રિઝમ્સની જોડીની હિલચાલ મલ્ટિલેયર ફર્સ્ટ સ્ટેજ ડ્રાઇવની હિલચાલ જેવી જ છે.
SMA પર આધારિત બિમોડલ ડ્રાઇવની કામગીરીનું મૂલ્યાંકન કરવા માટે ફિગ. 9b માં દર્શાવેલ પ્રોટોટાઇપ પર પ્રાયોગિક અભ્યાસ હાથ ધરવામાં આવ્યો હતો.આકૃતિ 10a માં બતાવ્યા પ્રમાણે, પ્રાયોગિક સેટઅપમાં SMA વાયરને ઇનપુટ વોલ્ટેજ આપવા માટે પ્રોગ્રામેબલ ડીસી પાવર સપ્લાયનો સમાવેશ થાય છે.ફિગ માં બતાવ્યા પ્રમાણે.10b, ગ્રાફટેક GL-2000 ડેટા લોગરનો ઉપયોગ કરીને અવરોધિત બળને માપવા માટે પીઝોઇલેક્ટ્રિક સ્ટ્રેઇન ગેજ (PACEline CFT/5kN) નો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો.વધુ અભ્યાસ માટે હોસ્ટ દ્વારા ડેટા રેકોર્ડ કરવામાં આવે છે.સ્ટ્રેઇન ગેજ અને ચાર્જ એમ્પ્લીફાયરને વોલ્ટેજ સિગ્નલ બનાવવા માટે સતત પાવર સપ્લાયની જરૂર પડે છે.કોષ્ટક 2 માં વર્ણવ્યા મુજબ પીઝોઇલેક્ટ્રિક ફોર્સ સેન્સરની સંવેદનશીલતા અને અન્ય પરિમાણો અનુસાર અનુરૂપ સિગ્નલો પાવર આઉટપુટમાં રૂપાંતરિત થાય છે. જ્યારે વોલ્ટેજ પલ્સ લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે SMA વાયરનું તાપમાન વધે છે, જેના કારણે SMA વાયર સંકુચિત થાય છે, જેના કારણે એક્ટ્યુએટર બળ ઉત્પન્ન કરે છે.7 V ના ઇનપુટ વોલ્ટેજ પલ્સ દ્વારા સ્નાયુની શક્તિના આઉટપુટના પ્રાયોગિક પરિણામો ફિગમાં બતાવવામાં આવ્યા છે.2 એ.
(a) એક્ચ્યુએટર દ્વારા ઉત્પન્ન થયેલ બળને માપવા માટે પ્રયોગમાં SMA- આધારિત રેખીય એક્ટ્યુએટર સિસ્ટમની સ્થાપના કરવામાં આવી હતી.લોડ સેલ બ્લોકીંગ ફોર્સને માપે છે અને તે 24 V DC પાવર સપ્લાય દ્વારા સંચાલિત છે.GW Instek પ્રોગ્રામેબલ DC પાવર સપ્લાયનો ઉપયોગ કરીને કેબલની સમગ્ર લંબાઈ સાથે 7 V વોલ્ટેજ ડ્રોપ લાગુ કરવામાં આવ્યો હતો.SMA વાયર ગરમીને કારણે સંકોચાય છે, અને જંગમ હાથ લોડ સેલનો સંપર્ક કરે છે અને અવરોધક બળનો ઉપયોગ કરે છે.લોડ સેલ GL-2000 ડેટા લોગર સાથે જોડાયેલ છે અને વધુ પ્રક્રિયા માટે ડેટા હોસ્ટ પર સંગ્રહિત થાય છે.(b) સ્નાયુની શક્તિને માપવા માટે પ્રાયોગિક સેટઅપના ઘટકોની સાંકળ દર્શાવતો આકૃતિ.
આકાર મેમરી એલોય થર્મલ ઊર્જા દ્વારા ઉત્તેજિત થાય છે, તેથી આકાર મેમરીની ઘટનાનો અભ્યાસ કરવા માટે તાપમાન એક મહત્વપૂર્ણ પરિમાણ બની જાય છે.પ્રાયોગિક રીતે, ફિગ. 11a માં બતાવ્યા પ્રમાણે, થર્મલ ઇમેજિંગ અને તાપમાન માપન પ્રોટોટાઇપ એસએમએ-આધારિત ડિવેલરેટ એક્ટ્યુએટર પર કરવામાં આવ્યું હતું.પ્રોગ્રામેબલ ડીસી સ્ત્રોતે આકૃતિ 11b માં બતાવ્યા પ્રમાણે પ્રાયોગિક સેટઅપમાં SMA વાયર પર ઇનપુટ વોલ્ટેજ લાગુ કર્યું.ઉચ્ચ રિઝોલ્યુશન LWIR કૅમેરા (FLIR A655sc) નો ઉપયોગ કરીને SMA વાયરનું તાપમાન પરિવર્તન વાસ્તવિક સમયમાં માપવામાં આવ્યું હતું.હોસ્ટ વધુ પોસ્ટ-પ્રોસેસિંગ માટે ડેટા રેકોર્ડ કરવા માટે ResearchIR સોફ્ટવેરનો ઉપયોગ કરે છે.જ્યારે વોલ્ટેજ પલ્સ લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે SMA વાયરનું તાપમાન વધે છે, જેના કારણે SMA વાયર સંકોચાય છે.અંજીર પર.આકૃતિ 2b 7V ઇનપુટ વોલ્ટેજ પલ્સ માટે સમય વિરુદ્ધ SMA વાયર તાપમાનના પ્રાયોગિક પરિણામો દર્શાવે છે.
પોસ્ટ સમય: સપ્ટેમ્બર-28-2022