Mahalo no kou kipa ʻana iā Nature.com. ʻO ka polokalamu kele pūnaewele āu e hoʻohana nei he kākoʻo CSS kaupalena. No ka ʻike maikaʻi loa, manaʻo mākou e hoʻohana i kahi polokalamu kele pūnaewele hou (a i ʻole e hoʻopau i ke ʻano Compatibility Mode ma Internet Explorer). I kēia manawa, e hōʻoia i ke kākoʻo mau ʻana, e hāʻawi mākou i ka pūnaewele me ka ʻole o nā ʻano a me JavaScript.
Hoʻohana ʻia nā mea hana ma nā wahi āpau a hana i ka neʻe i hoʻomalu ʻia e ka hoʻohana ʻana i ka ikaika excitation kūpono a i ʻole torque e hana i nā hana like ʻole i ka hana ʻana a me ka automation ʻoihana. ʻO ka pono o nā kaʻa kaʻa wikiwiki, liʻiliʻi a ʻoi aku ka maikaʻi e hoʻokele i ka hana hou i ka hoʻolālā hoʻokele. Hāʻawi ka Shape Memory Alloy (SMA) i nā mea maikaʻi ma mua o nā drive maʻamau, me ka ratio mana-a-kaumaha kiʻekiʻe. I loko o kēia ʻatikala, ua hoʻokumu ʻia kahi mea hoʻokele SMA-ʻelua hulu e hoʻohui i nā pono o nā ʻiʻo hulu o nā ʻōnaehana olaola a me nā waiwai kūikawā o SMA. ʻImi a hoʻonui kēia haʻawina i nā mea hana SMA mua ma o ka hoʻomohala ʻana i kahi kumu hoʻohālike makemakika o ka mea hana hou e pili ana i ka hoʻonohonoho uea SMA bimodal a hoʻāʻo iā ia ma ka hoʻokolohua. Ke hoʻohālikelike ʻia i nā drive i ʻike ʻia e pili ana i ka SMA, ʻoi aku ka ikaika o ka hana o ka drive hou ma kahi o 5 mau manawa kiʻekiʻe (a hiki i 150 N). ʻO ka poho kaumaha e pili ana ma kahi o 67%. ʻO nā hopena o ka nānā ʻana i ka naʻau o nā hiʻohiʻona makemakika he mea pono no ka hoʻoponopono ʻana i nā ʻāpana hoʻolālā a me ka hoʻomaopopo ʻana i nā ʻāpana kī. Hōʻike hou kēia haʻawina i kahi kaʻa kaʻa Nth pae nui i hiki ke hoʻohana no ka hoʻomaikaʻi hou ʻana i ka dynamics. Loaʻa i ka SMA-based dipvalerate muscle actuators ka laulā o nā noi, mai ke kūkulu ʻana i ka automation a i nā ʻōnaehana hāʻawi lāʻau pololei.
Hiki i nā ʻōnaehana olaola, e like me nā ʻiʻo ʻiʻo o nā mammals, hiki ke hoʻoikaika i nā mea hoʻokele maʻalahi1. He ʻokoʻa nā ʻiʻo o nā mammals, e lawelawe ana kēlā me kēia i kahi kumu kikoʻī. Eia nō naʻe, hiki ke hoʻokaʻawale ʻia ka nui o ke ʻano o ka ʻiʻo ʻiʻo mammalian i ʻelua mau ʻāpana ākea. Kaulike a me ka penikala. I loko o nā hamstrings a me nā mea hoʻololi ʻē aʻe, e like me ka ʻōlelo ʻana o ka inoa, aia nā ʻiʻo like ʻole i nā ʻiʻo ʻiʻo e like me ke aʻa waena. Hoʻopili ʻia ke kaulahao o nā ʻiʻo ʻiʻo a pili pono ʻia e ka ʻiʻo pili a puni lākou. ʻOiai ua ʻōlelo ʻia kēia mau ʻiʻo he huakaʻi nui (ka pōkole pākēneka), ua kaupalena ʻia ko lākou ikaika holoʻokoʻa. I ka hoʻokaʻawale ʻana, ma ka triceps calf muscle2 (lateral gastrocnemius (GL)3, medial gastrocnemius (GM)4 a me soleus (SOL)) a me extensor femoris (quadriceps) 5,6 pennate muscle tissue i loko o kēlā me kēia muscle7. I loko o kahi hoʻolālā pinnate, aia nā ʻiʻo ʻiʻo o ka musculature bipennate ma nā ʻaoʻao ʻelua o ka tendon waena ma nā kihi oblique (pinnate angles). ʻO Pennate mai ka huaʻōlelo Latin "penna", ʻo ia hoʻi "pen", a, e like me ka mea i hōʻike ʻia ma ka fig. 1 ke ano hulu. ʻOi aku ka pōkole o nā ʻiʻo o nā ʻiʻo pennate a ʻokiʻoki i ke axis longitudinal o ka ʻiʻo. Ma muli o ke ʻano pinnate, ua hoʻemi ʻia ka holo holoʻokoʻa o kēia mau ʻiʻo, e alakaʻi ana i nā ʻāpana transverse a longitudinal o ke kaʻina pōkole. Ma ka ʻaoʻao ʻē aʻe, ʻo ka hoʻoulu ʻana o kēia mau ʻiʻo e alakaʻi i ka ikaika o ka ʻiʻo holoʻokoʻa ma muli o ke ʻano o ke ana ʻana o ka ʻāpana cross-sectional physiological. No laila, no ka ʻāpana keʻa i hāʻawi ʻia, e ʻoi aku ka ikaika o nā ʻiʻo pennate a e hoʻoulu i nā ikaika kiʻekiʻe aʻe ma mua o nā ʻiʻo me nā kaula like. ʻO nā pūʻali i hana ʻia e kēlā me kēia fiber e hoʻoulu i nā ikaika ʻiʻo ma kahi pae macroscopic i loko o kēlā ʻiʻo ʻiʻo. Eia kekahi, loaʻa iā ia nā waiwai kūʻokoʻa e like me ka wikiwiki wikiwiki, pale i ka pōʻino tensile, cushioning. Hoʻololi ia i ka pilina ma waena o ka hoʻokomo fiber a me ka mana o ka ʻiʻo ma o ka hoʻohana ʻana i nā hiʻohiʻona kūʻokoʻa a me ka paʻakikī geometric o ka hoʻonohonoho fiber e pili ana i nā laina ʻiʻo o ka hana.
Hōʻike ʻia nā kiʻi kikoʻī o nā hoʻolālā actuator e pili ana i ka SMA e pili ana i kahi hoʻolālā muscular bimodal, no ka laʻana (a), e hōʻike ana i ka hoʻopili ʻana o ka mana maʻalahi kahi i kau ʻia ai kahi mea hana lima i hana ʻia e nā uea SMA ma luna o ka robot9,10 autonomous mobile ʻelua huila. , (b) Prosthesis orbital robotic me ka prosthesis orbital hoʻokomo pūnāwai SMA i hoʻokomo ʻia a kūʻē. Hoʻomalu ʻia ke kūlana o ka maka prosthetic e kahi hōʻailona mai ka ʻiʻo ocular o ka maka11, (c) kūpono nā mea hoʻokele SMA no nā noi ma lalo o ka wai ma muli o kā lākou pane alapine kiʻekiʻe a me ka bandwidth haʻahaʻa. Ma kēia hoʻonohonoho, hoʻohana ʻia nā mea hana SMA e hana i ka neʻe ʻana o ka nalu ma ka hoʻohālikelike ʻana i ka neʻe ʻana o ka iʻa, (d) hoʻohana ʻia nā mea hana SMA e hana i kahi lopako nānā paipu micro e hiki ke hoʻohana i ka ʻīniha worm neʻe kumu, hoʻomalu ʻia e ka neʻe ʻana o nā uea SMA i loko o ke kahawai 10, (e) hōʻike i ke kuhikuhi o ka contraction muscle fibers a me ka hoʻoulu ʻana i ka ikaika contractile i loko o ka gastrocnemius tissue e hōʻike ana i ka ʻiʻo o ka ʻiʻo i loko o ka ʻiʻo ʻiʻo o ka ʻiʻo, (f) hale kūkulu.
Ua lilo nā mea hana i mea nui o nā ʻōnaehana mechanical ma muli o kā lākou ākea ākea. No laila, lilo ka pono o nā mea hoʻokele liʻiliʻi, wikiwiki a maikaʻi hoʻi. ʻOiai ko lākou mau pōmaikaʻi, ua hōʻike ʻia ka pipiʻi o nā drive kuʻuna a me ka manawa e mālama ai. He paʻakikī a pipiʻi nā mea hana hydraulic a me ka pneumatic a hiki ke hoʻohana ʻia, nā pilikia lubrication a me nā hemahema o nā mea. I ka pane ʻana i ke koi, ʻo ka manaʻo nui i ka hoʻomohala ʻana i nā kumu kūʻai kūpono, hoʻonui ʻia a me nā mea hana kiʻekiʻe e pili ana i nā mea akamai. Ke nānā nei ka noiʻi ʻana i nā mea hoʻokalakupua hoʻomanaʻo hoʻomanaʻo (SMA) e hoʻokō i kēia pono. ʻOkoʻa nā mea hoʻokele hierarchical i ka hui ʻana i nā mea hoʻokalakupua he nui i loko o nā subsystem macro scale geometrically paʻakikī e hoʻolako i nā hana hoʻonui a hoʻonui. Ma kēia mea, hāʻawi ka ʻiʻo ʻiʻo kanaka i hōʻike ʻia ma luna nei i kahi laʻana multilayered maikaʻi loa o ia ʻano hana multilayered. Hōʻike ka haʻawina o kēia manawa i kahi kaʻa SMA multi-level me kekahi mau mea hoʻokele kaʻa (SMA wires) i hoʻohālikelike ʻia i nā kikoʻī fiber i loaʻa i nā ʻiʻo bimodal, e hoʻomaikaʻi ai i ka hana holoʻokoʻa holoʻokoʻa.
ʻO ke kumu nui o ka actuator ka hana ʻana i ka mana mechanical e like me ka ikaika a me ka neʻe ʻana ma o ka hoʻololi ʻana i ka ikehu uila. ʻO nā mea hoʻomanaʻo hoʻomanaʻo ʻano he papa o nā mea "akamai" hiki ke hoʻihoʻi i ko lākou ʻano i nā wela kiʻekiʻe. Ma lalo o nā haʻahaʻa kiʻekiʻe, ʻo ka piʻi ʻana o ka mahana o ka uea SMA e alakaʻi i ka hoʻihoʻi hou ʻana, e hopena i kahi kiʻekiʻe o ka ikehu actuation i hoʻohālikelike ʻia me nā mea akamai i hoʻopaʻa pono ʻia. I ka manawa like, ma lalo o nā ukana mechanical, lilo nā SMA i mea palupalu. Ma lalo o kekahi mau kūlana, hiki i ka ukana cyclic ke komo a hoʻokuʻu i ka ikehu mechanical, e hōʻike ana i nā loli hysteretic reversible. ʻO kēia mau mea kūʻokoʻa e hoʻolilo iā SMA i mea kūpono no nā sensor, vibration damping a me nā mea hoʻokō12. Me kēia i ka noʻonoʻo, ua nui ka noiʻi ʻana i nā drive e pili ana i ka SMA. Pono e hoʻomaopopo ʻia ua hoʻolālā ʻia nā mea hoʻokele e pili ana i ka SMA e hāʻawi i ka unuhi unuhi a me ka neʻe rotary no nā ʻano noi like ʻole13,14,15. ʻOiai ua hoʻomohala ʻia kekahi mau mea hana rotary, makemake nui ka poʻe noiʻi i nā mea hana laina. Hiki ke hoʻokaʻawale ʻia kēia mau mea hana laina i ʻekolu ʻano o nā mea hana: hoʻokahi-dimensional, displacement a me nā mea hana ʻokoʻa 16. I ka hoʻomaka ʻana, ua hana ʻia nā drive hybrid i hui pū me SMA a me nā drive maʻamau. ʻO kekahi hiʻohiʻona o kahi mea hoʻokalakupua laina laina SMA-based ʻo ia ka hoʻohana ʻana i kahi uea SMA me kahi motika DC e hāʻawi i ka mana hoʻopuka ma kahi o 100 N a me ka neʻe nui17.
ʻO kekahi o nā hoʻomohala mua i nā drive e pili ana i ka SMA ʻo ia ka SMA parallel drive. Me ka hoʻohana ʻana i nā uea SMA he nui, ua hoʻolālā ʻia ke kaʻa kaʻa like SMA-based e hoʻonui i ka mana mana o ke kaʻa ma ke kau ʻana i nā uea SMA18 āpau i ka like. ʻAʻole pono ka mana like ʻole o nā actuators, akā hoʻopaʻa pū i ka mana hoʻopuka o kahi uea hoʻokahi. ʻO kahi hemahema ʻē aʻe o nā mea hoʻokele SMA ka palena o ka huakaʻi hiki iā lākou ke hoʻokō. No ka hoʻoponopono ʻana i kēia pilikia, ua hana ʻia kahi kukui uwea SMA i loko o kahi kaola hiki ke hoʻololi ʻia e hoʻonui i ka neʻe ʻana a hoʻokō i ka neʻe laina, akā ʻaʻole i hoʻoulu i nā ikaika kiʻekiʻe19. Ua hoʻomohala mua ʻia nā hale hoʻoheheʻe palupalu a me nā lole no nā robots e pili ana i ke ʻano hoʻomanaʻo hoʻomanaʻo ʻana no ka hoʻonui ʻana i ka hopena20,21,22. No nā noi kahi e koi ʻia ai ka wikiwiki kiʻekiʻe, ua hōʻike ʻia nā pamu hoʻoheheʻe ʻia me ka hoʻohana ʻana i nā SMA kiʻiʻoniʻoni lahilahi no nā noi micropump driven23. ʻO ke alapine hoʻokele o ka membrane SMA kiʻi ʻoniʻoni he kumu nui i ka hoʻomalu ʻana i ka wikiwiki o ka mea hoʻokele. No laila, ʻoi aku ka maikaʻi o nā motika laina SMA ma mua o ka SMA spring a i ʻole nā motors rod. ʻO nā robotics palupalu a me ka ʻenehana gripping ʻelua mau noi ʻē aʻe e hoʻohana ana i nā mea hana hoʻokumu SMA. No ka laʻana, no ka hoʻololi ʻana i ka mea hana maʻamau i hoʻohana ʻia i ka 25 N space clamp, ua hoʻomohala ʻia kahi mea hoʻomanaʻo hoʻomanaʻo alloy parallel actuator 24. I kekahi hihia, ua hana ʻia kahi mea hoʻohenehene SMA ma muli o kahi uea me kahi matrix i hoʻokomo ʻia i hiki ke hana i ka ikaika huki kiʻekiʻe o 30 N. Ma muli o ko lākou mau pono mechanical, hoʻohana pū ʻia nā SMA e hana i nā mea hana e hoʻohālike i nā ʻano kūlohelohe. ʻO kekahi o ia hoʻomohala ʻana he 12-cell robot kahi biomimetic o kahi mea ola e like me ka earthworm me SMA e hana i kahi neʻe sinusoidal i ke ahi26,27.
E like me ka mea i ʻōlelo ʻia ma mua, aia ka palena o ka ikaika kiʻekiʻe e hiki ke loaʻa mai nā mea hoʻokele SMA-based. No ka hoʻoponopono ʻana i kēia pilikia, hōʻike kēia haʻawina i kahi ʻano ʻiʻo bimodal biomimetic. Hoʻoikaika ʻia e ke ʻano hoʻomanaʻo hoʻohuihui uea. Hāʻawi ia i kahi ʻōnaehana hoʻokaʻawale e pili ana i nā ʻano uwea alloy memory. I kēia lā, ʻaʻohe mea hoʻokele SMA me kahi hoʻolālā like i hōʻike ʻia ma ka palapala. Ua hoʻomohala ʻia kēia ʻōnaehana kūʻokoʻa a me ka moʻolelo e pili ana i ka SMA e aʻo i ka ʻano o SMA i ka wā o ka hoʻohālikelike ʻana i nā ʻiʻo bimodal. Ke hoʻohālikelike ʻia me nā mea hoʻokani SMA-based, ʻo ka pahuhopu o kēia haʻawina ʻo ia ka hana ʻana i kahi mea hoʻokele biomimetic dipvalerate e hoʻohua i nā ikaika kiʻekiʻe loa i kahi leo liʻiliʻi. Ke hoʻohālikelike ʻia i nā kaʻa kaʻa stepper maʻamau i hoʻohana ʻia i ka HVAC hale automation a me nā ʻōnaehana hoʻokele, ʻo ka hoʻolālā hoʻokele bimodal SMA i manaʻo ʻia e hōʻemi i ke kaumaha o ka mīkini hoʻokele e 67%. Ma lalo iho nei, ua hoʻohana like ʻia nā huaʻōlelo "ʻiʻo" a me ka "hoʻokele". Ke noiʻi nei kēia haʻawina i ka hoʻohālikelike multiphysics o ia kaʻa. Ua aʻo ʻia ke ʻano mechanical o ia ʻōnaehana e nā ʻano hoʻokolohua a me nā analytical. Ua noiʻi hou ʻia ka puʻunaue ikaika a me ka mahana ma ka volta hoʻokomo o 7 V. Ma hope mai, ua hana ʻia kahi ʻano loiloi parametric e hoʻomaopopo maikaʻi i ka pilina ma waena o nā ʻāpana kī a me ka ikaika hoʻopuka. ʻO ka hope loa, ua manaʻo ʻia nā mea hoʻokele hierarchical a ua manaʻo ʻia nā hopena pae hierarchical i wahi e hiki mai ana no nā mea hana non-magnetic no nā noi prosthetic. Wahi a nā hopena o nā haʻawina i haʻi ʻia ma mua, ʻo ka hoʻohana ʻana i kahi hoʻolālā papa hoʻokahi e hana i nā ikaika ma ka liʻiliʻi ʻehā a ʻelima mau manawa kiʻekiʻe ma mua o nā mea hoʻokele SMA i hōʻike ʻia. Eia kekahi, ua hōʻike ʻia ka ikaika hoʻokele like i hana ʻia e ka multi-level multi-level drive i ʻoi aku ma mua o ʻumi mau manawa o ka hoʻokele SMA maʻamau. A laila hōʻike ka haʻawina i nā ʻāpana koʻikoʻi me ka hoʻohana ʻana i ka nānā ʻana i ka naʻau ma waena o nā hoʻolālā like ʻole a me nā ʻano hoʻokomo. ʻO ka lōʻihi mua o ka uea SMA (\(l_0\)), ka angle pinnate (\(\ alpha\)) a me ka helu o nā kaula hoʻokahi (n) i kēlā me kēia kaula he hopena maikaʻi ʻole i ka nui o ka ikaika hoʻokele. ikaika, ʻoiai ua hoʻopili maikaʻi ʻia ka uila hoʻokomo (ikaika).
Hōʻike ka uea SMA i ke ʻano hoʻomanaʻo hoʻomanaʻo (SME) i ʻike ʻia i loko o ka ʻohana nickel-titanium (Ni-Ti) o nā alloys. ʻO ka mea maʻamau, hōʻike nā SMA i ʻelua ʻāpana pili i ka mahana: kahi haʻahaʻa haʻahaʻa a me kahi pae wela kiʻekiʻe. Loaʻa i nā ʻāpana ʻelua nā waiwai kūʻokoʻa ma muli o ka loaʻa ʻana o nā ʻano kristal like ʻole. I ke austenite (kahi wela kiʻekiʻe) e kū nei ma luna o ka mahana hoʻololi, hōʻike ka mea i ka ikaika kiʻekiʻe a maikaʻi ʻole ke ʻano ma lalo o ka ukana. Hana ʻia ka alloy e like me ke kila kila, no laila hiki iā ia ke kūpaʻa i nā kaomi hana kiʻekiʻe. I ka hoʻohana ʻana i kēia waiwai o nā alloys Ni-Ti, ua slanted nā uea SMA e hana i kahi mea hana. Hoʻomohala ʻia nā kumu hoʻohālike kūpono e hoʻomaopopo i ka mīkini kumu o ka ʻano wela o SMA ma lalo o ka mana o nā ʻāpana like ʻole a me nā geometries like ʻole. Ua loaʻa ka ʻaelike maikaʻi ma waena o nā hopena hoʻokolohua a me nā analytical.
Ua hana ʻia kahi noiʻi hoʻokolohua ma ka prototype i hōʻike ʻia ma ka Fig. 9a e loiloi i ka hana o kahi kaʻa bimodal e pili ana i ka SMA. ʻElua o kēia mau waiwai, ʻo ka ikaika i hana ʻia e ka hoʻokele (ka ikaika o ka ʻiʻo) a me ka mahana o ka uea SMA (SMA wela), ua ana hoʻokolohua. I ka piʻi ʻana o ka ʻokoʻa uila ma ka lōʻihi holoʻokoʻa o ka uea i ke kaʻa, piʻi ka mahana o ka uea ma muli o ka hopena mehana Joule. Hoʻohana ʻia ka volta hoʻokomo i loko o ʻelua mau pōʻai 10-s (i hōʻike ʻia e like me nā kiko ʻulaʻula ma Fig. 2a, b) me kahi manawa hoʻomaha 15-s ma waena o kēlā me kēia pōʻai. Ua ana 'ia ka ikaika pa'a me ka piezoelectric strain gauge, a ua nānā 'ia ka puunaue wela o ka uwea SMA i ka manawa maoli me ka ho'ohana 'ana i ka pahupa'i ki'eki'e LWIR ki'eki'e 'epekema (e 'ike i nā hi'ohi'ona o nā lako i ho'ohana 'ia ma ka Papa 2). e hōʻike ana i ka wā o ke kaʻa uila kiʻekiʻe, piʻi ka mahana o ka uea i ka monotonically, akā inā ʻaʻohe kahe e kahe ana, e hāʻule mau ana ka mahana o ka uea. Ma ka hoʻonohonoho hoʻokolohua o kēia manawa, ua hāʻule ka mahana o ka uea SMA i ka wā hoʻomaha, akā aia nō ma luna o ka wela ambient. Ma ka fig. Hōʻike ka 2e i kahi kiʻi o ka wela ma ke kelepona SMA i lawe ʻia mai ka pahu pahu LWIR. Ma kekahiʻaoʻao, ma ka fig. Hōʻike ka 2a i ka ikaika pale i hana ʻia e ka ʻōnaehana hoʻokele. Ke ʻoi aku ka ikaika o ka ʻiʻo ma mua o ka ikaika hoʻihoʻi o ka pūnāwai, e hoʻomaka ana ka lima hoʻoneʻe, e like me ia i hōʻike ʻia ma ke Kiʻi 9a, e neʻe. I ka hoʻomaka ʻana o ka hoʻoikaika ʻana, hoʻopili ka lima hoʻoneʻe me ka mea ʻike, e hana ana i ka ikaika kino, e like me ka hōʻike ʻana ma ka fig. 2c, d. Ke kokoke ka wela kiʻekiʻe i \(84\,^{\circ}\hbox {C}\), ʻo 105 N ka ikaika i ʻike ʻia.
Hōʻike ka pakuhi i nā hopena hoʻokolohua o ka wela o ka uea SMA a me ka ikaika i hana ʻia e ka mea hoʻokele bimodal i hoʻokumu ʻia ma SMA i nā pōʻai ʻelua. Hoʻohana ʻia ka volta hoʻokomo i ʻelua mau pōʻai kekona 10 (hōʻike ʻia he mau kiko ʻulaʻula) me kahi manawa hoʻomaha 15 kekona ma waena o kēlā me kēia pōʻai. ʻO ka uea SMA i hoʻohana ʻia no nā hoʻokolohua, he uea Flexinol 0.51 mm anawaena mai Dynalloy, Inc. (a) Hōʻike ka pakuhi i ka ikaika hoʻokolohua i loaʻa ma luna o ʻelua mau pōʻaiapuni, (c, d) hōʻike i ʻelua mau hiʻohiʻona kūʻokoʻa o ka hana a nā mea hoʻokele lima hoʻoneʻe ma kahi PACEline CFT/5kN piezoelectric force transducer, (b) hōʻike ka pōʻaiapuni holoʻokoʻa i ka wela o ka manawa o ka kiʻi SMA (b) hōʻike ka pōʻaiapuni holoʻokoʻa i ka wela o ka manawa ʻelua. lawe ʻia mai ka uwea SMA me ka hoʻohana ʻana i ka polokalamu FLIR ResearchIR lako polokalamu LWIR. Hāʻawi ʻia nā ʻāpana geometric i loko o nā hoʻokolohua ma ka Papa. ʻekahi.
Hoʻohālikelike ʻia nā hopena hoʻohālikelike o ke kumu hoʻohālike makemakika a me nā hopena hoʻokolohua ma lalo o ke ʻano o ka volta hoʻokomo o 7V, e like me ka mea i hōʻike ʻia ma Fig.5. E like me nā hopena o ka nānā ʻana parametric a i mea e pale aku ai i ka hiki ke hoʻomehana ʻia o ka uea SMA, ua hāʻawi ʻia kahi mana o 11.2 W i ka mea hana. Ua hoʻohana ʻia kahi lako mana DC programmable no ka hoʻolako ʻana i ka 7V e like me ka volta hoʻokomo, a ua ana ʻia kahi au o 1.6A ma waena o ka uwea. ʻO ka ikaika i hanaʻia e ka hoʻokele a me ka mahana o ka SDR e hoʻonui i ka wā e hoʻohanaʻia ai kēia manawa. Me ka volta hoʻokomo o 7V, ʻo ka nui loa o ka mana puka i loaʻa mai nā hopena simulation a me nā hopena hoʻokolohua o ka pōʻai mua ʻo 78 N a me 96 N, kēlā me kēia. I ka lua o ka pōʻai, ʻo 150 N a me 105 N ka hopena kiʻekiʻe loa o ka hoʻohālikelike a me nā hopena hoʻokolohua. ʻO ka ʻokoʻa ma waena o nā ana occlusion force a me ka ʻikepili hoʻokolohua ma muli paha o ke ʻano i hoʻohana ʻia e ana i ka ikaika occlusion. Hōʻike ʻia nā hopena hoʻokolohua ma ka fig. 5a e pili ana i ke ana o ka ikaika laka, a ua ana ia i ka wa i pili ai ka pahu kalaiwa me ka PACEline CFT/5kN piezoelectric force transducer, e like me ka hoike ana ma ka fig. 2s. No laila, i ka wā e hoʻopili ʻole ai ka pahu hoʻokele me ka mea ʻike ikaika i ka hoʻomaka ʻana o ka ʻāpana hoʻoluʻu, lilo koke ka ikaika i ʻole, e like me ka hōʻike ʻana ma ka Fig. 2d. Eia kekahi, ʻo nā ʻāpana ʻē aʻe e pili ana i ka hoʻokumu ʻana o ka ikaika i nā pōʻai hope aʻe nā waiwai o ka manawa hoʻomaha a me ka coefficient o ka hoʻoili wela convective i ka pōʻai mua. Mai fig. 2b, hiki ke ʻike ʻia ma hope o ka manawa hoʻoluʻu 15 kekona, ʻaʻole i hiki ka uea SMA i ka lumi wela a no laila ua ʻoi aku ka kiʻekiʻe o ka wela mua (\(40\,^{\circ }\hbox {C}\)) i ka lua o ka hoʻokele kaʻa i hoʻohālikelike ʻia me ka pōʻaiapuni mua (\(25\, ^{\circ}\hbox {C}\)). No laila, ke hoʻohālikelike ʻia me ka pōʻaiapuni mua, hiki i ka wela o ka uea SMA i ka lua o ka hoʻomehana ʻana i ka wela austenite mua (\(A_s\)) ma mua a noho lōʻihi i ka wā hoʻololi, e hopena i ke koʻikoʻi a me ka ikaika. Ma ka ʻaoʻao ʻē aʻe, ʻo ka hoʻohele ʻana i ka mahana i ka wā hoʻomehana a me nā pōʻai hauʻoli i loaʻa mai nā hoʻokolohua a me nā simulation he kiʻekiʻe qualitative like me nā laʻana mai ka nānā ʻana thermographic. ʻO ka hoʻohālikelike hoʻohālikelike o ka ʻikepili wela o ka uea SMA mai nā hoʻokolohua a me nā hoʻohālikelike i hōʻike i ka kūlike i ka wā o ka hoʻomehana ʻana a me ka hoʻomaha ʻana a i loko o nā ʻae ʻae ʻia no ka ʻikepili hoʻokolohua. ʻO ka wela kiʻekiʻe o ka uea SMA, i loaʻa mai nā hopena o ka hoʻohālikelike a me nā hoʻokolohua o ka pōʻai mua, ʻo \(89\,^{\circ }\hbox {C}\) a me \(75\,^{\circ }\hbox {C }\, kēlā me kēia), a ma ka pōʻaiʻelua, ʻo ka wela kiʻekiʻe o ka uwea SMA he \(94\,^{{C8}3, ^ {\circ }3. }\ hbox {C}\). ʻO ke kumu hoʻohālike i kūkulu ʻia e hōʻoia i ka hopena o ka hopena hoʻomanaʻo kino. ʻAʻole i noʻonoʻo ʻia ke kuleana o ka luhi a me ka wela i kēia loiloi. I ka wā e hiki mai ana, e hoʻomaikaʻi ʻia ke kŘkohu e hoʻokomo i ka mōʻaukala koʻikoʻi o ka uwea SMA, e kūpono ai ia no nā noi ʻenekinia. ʻO ka ikaika o ka hoʻokuʻu ʻana a me nā ʻāpana wela SMA i loaʻa mai ka poloka Simulink aia i loko o nā ʻae ʻae ʻia o ka ʻikepili hoʻokolohua ma lalo o ke kūlana o ka pulse voltage hoʻokomo o 7 V. Hōʻoia kēia i ka pololei a me ka hilinaʻi o ke kumu hoʻohālike makemakika i kūkulu ʻia.
Ua hoʻomohala ʻia ke kŘkohu makemakika ma ke kaiapuni MathWorks Simulink R2020b me ka hoʻohana ʻana i nā hoʻohālikelike kumu i wehewehe ʻia ma ka ʻāpana Methods. Ma ka fig. Hōʻike ʻo 3b i kahi kiʻikuhi poloka o ka hiʻohiʻona makemakika Simulink. Ua hoʻohālikeʻia ke kŘkohu no ka 7V input voltage pulse e like me ka mea i hōʻikeʻia ma ka Fig. 2a, b. Hōʻike ʻia nā waiwai o nā ʻāpana i hoʻohana ʻia i ka simulation ma ka Papa 1. Hōʻike ʻia nā hopena o ka simulation o nā kaʻina transient ma nā kiʻi 1 a me 1. Nā kiʻi 3a a me 4. Ma ka fig. Hōʻike ʻo 4a,b i ka volta i hoʻokomo ʻia i ka uea SMA a me ka ikaika i hana ʻia e ka mea hana ma ke ʻano he hana o ka manawa. I ka hoʻololi ʻana (hoʻomaʻamaʻa ʻana), i ka wā o ka wela o ka uea SMA, \(T
(a) ʻO ka hopena hoʻohālikelike e hōʻike ana i ka hāʻawi ʻana i ka mahana a me ka wela o ke koʻikoʻi i hoʻokomo ʻia i loko o kahi mea hana divalerate i hoʻokumu ʻia e SMA. Ke hele ka wela o ka uea i ka wela hoʻololi austenite i ka pae hoʻomehana, hoʻomaka ka hoʻololi ʻana o ka hoʻololi austenite e hoʻonui, a like hoʻi, i ka wā e hele ai ka mahana o ka uea i ka mahana hoʻololi martensitic i ka pae hoʻoluʻu, e emi ana ka mahana hoʻololi martensitic. SMA no ka hoʻohālike analytical o ke kaʻina hana. (No ka ʻike kikoʻī o kēlā me kēia subsystem o kahi hiʻohiʻona Simulink, e ʻike i ka ʻāpana hoʻohui o ka faila hoʻohui.)
Hōʻike ʻia nā hopena o ka loiloi no nā māhele ʻokoʻa ʻokoʻa no ʻelua pōʻaiapuni o ka puʻuwai hoʻokomo 7V (10 kekona hoʻomehana wela a me 15 kekona hoʻomaha hoʻomaha). ʻOiai (ac) a me (e) hōʻike i ka puʻunaue i ka manawa, ma kekahi ʻaoʻao, (d) a me (f) hōʻike i ka puʻunaue me ka mahana. No nā kūlana hoʻokomo paʻa, ʻo 106 MPa ke koʻikoʻi i ʻike ʻia (emi iho ma mua o 345 MPa, ka ikaika o ka uea), ʻo 150 N ka ikaika, ʻo ka neʻe ʻana he 270 µm, a ʻo ka hapa liʻiliʻi martensitic volume he 0.91. Ma ka ʻaoʻao ʻē aʻe, ʻo ka hoʻololi ʻana i ke koʻikoʻi a me ka hoʻololi ʻana i ka hapa leo o martensite me ka mahana e like me nā hiʻohiʻona hysteresis.
Hoʻohana like ka wehewehe ʻana i ka hoʻololi pololei (hoʻoluʻu) mai ka pae austenite a i ka māhele martensite, kahi o ka mahana uea SMA (T) a me ka wela o ka hopena o ka māhele martensite stress-hoʻololi ʻia (\(M_f^{\prime}\ )) maikaʻi loa. Ma ka fig. Hōʻike ka 4d, f i ka hoʻololi ʻana i ke koʻikoʻi i hoʻokomo ʻia (\(\sigma\)) a me ka hapa leo o martensite (\(\xi\)) i ka uea SMA ma ke ʻano he hana o ka hoʻololi ʻana i ka mahana o ka uea SMA (T), no nā kaʻa holo kaʻa ʻelua. Ma ka fig. Hōʻike ka Figure 3a i ka hoʻololi ʻana i ka mahana o ka uea SMA me ka manawa e pili ana i ka pulse voltage hoʻokomo. E like me ka mea i ʻike ʻia ma ke kiʻi, hoʻomau ka piʻi ʻana o ka mahana o ka uea ma o ka hāʻawi ʻana i kahi kumu wela ma ka zero voltage a me ka hoʻoluʻu convective ma hope. I ka wā hoʻomehana, hoʻomaka ka hoʻololi hou ʻana o ka martensite i ka pae austenite i ka wā e hele ai ka mahana uea SMA (T) i ka wela o ka austenite nucleation i hoʻoponopono ʻia (\(A_s^{\prime}\)). I loko o kēia kaʻina, hoʻopaʻa ʻia ka uea SMA a hana ka mea hana i ka ikaika. Ma ka hooluolu ana, ke hele ka wela o ka uwea SMA (T) i ka wela nucleation o ka mahele martensite i hoololiia i ke kaumaha (\(M_s^{\prime}\)) aia ka hoololi maikai mai ka mahele austenite a i ka mahele martensite. emi iho ka ikaika o ka holo.
Hiki ke loaʻa nā ʻano qualitative nui o ka bimodal drive e pili ana i ka SMA mai nā hopena simulation. I ka hihia o kahi hoʻokomo puʻe uila, piʻi ka mahana o ke kelepona SMA ma muli o ka hopena hoʻomehana Joule. Hoʻonohonoho ʻia ka waiwai mua o ka hakina leo martensite (\(\xi\)) i ka 1, no ka mea, aia ka mea mua ma kahi pae martensitic piha. Ke hoomau nei ka wela o ka uwea, ua oi aku ka wela o ka uea SMA i ka wela o ka austenite nucleation i hoopololeiia \(A_s^{\prime}\), i mea e emi ai ka hakina leo martensite, e like me ka hoike ana ma ke Kii 4c. Eia kekahi, ma ka fig. Hōʻike ka 4e i ka māhele ʻana o nā paʻi o ka mea hana i ka manawa, a ma ka fig. 5 - ka ikaika hoʻokele e like me ka hana o ka manawa. ʻO kahi ʻōnaehana pili o nā hoʻohālikelike e pili ana i ka mahana, ka haʻihaʻi leo martensite, a me ke koʻikoʻi e ulu ana i loko o ka uea, e hopena i ka emi ʻana o ka uea SMA a me ka ikaika i hana ʻia e ka mea hana. E like me ka hoike ana ma ka fig. 4d,f, ka hoʻololi ʻana o ka volta me ka wela a me ka hoʻololi ʻana o ka ʻāpana leo martensite me ka mahana e pili ana i nā hiʻohiʻona hysteresis o ka SMA ma ka hihia i hoʻohālikelike ʻia ma 7 V.
Ua loaʻa ka hoʻohālikelike ʻana i nā palena hoʻokele ma o nā hoʻokolohua a me nā helu analytical. Ua hoʻokomo ʻia nā uea i ka volta hoʻokomo pulsed o 7 V no 10 kekona, a laila hoʻomaha ʻia no 15 kekona (kahi hoʻomaha) ma luna o ʻelua mau manawa. Hoʻonohonoho ʻia ka ʻoki pinnate i \(40^{\circ}\) a ua hoʻonohonoho ʻia ka lōʻihi mua o ka uwea SMA ma kēlā me kēia wāwae pine hoʻokahi i 83mm. (a) Ke ana i ka ikaika hoʻokele me ka load cell (b) Ka nānā ʻana i ka wela uea me ka pahupaʻikiʻi infrared thermal.
No ka hoʻomaopopo ʻana i ka mana o nā ʻāpana kino i ka ikaika i hana ʻia e ka hoʻokele, ua hana ʻia kahi loiloi o ka naʻau o ka hiʻohiʻona makemakika i nā ʻāpana kino i koho ʻia, a ua helu ʻia nā ʻāpana e like me ko lākou mana. ʻO ka mea mua, ua hana ʻia ka laʻana o nā ʻāpana hoʻohālike me ka hoʻohana ʻana i nā loina hoʻolālā hoʻokolohua ma hope o ka hoʻohele like ʻana (e ʻike i ka ʻāpana Hoʻohui ma ka Sensitivity Analysis). I kēia hihia, ʻo nā ʻāpana kükohu e komo ana i ka uila komo (\(V_{in}\)), ka lōʻihi uea SMA mua (\(l_0\)), ka huina triangle (\(\alpha\)), ka punawai biase (\(K_x\)), ka convective heat transfer coefficient (\(h_T\)) a me ka helu o na lala unimodal (n). I ka pae aʻe, ua koho ʻia ka ikaika o ka ʻiʻo kiʻekiʻe ma ke ʻano he koi hoʻolālā noiʻi a loaʻa nā hopena parametric o kēlā me kēia hoʻololi o ka ikaika. Ua loaʻa mai nā ʻāpana puahiohio no ka nānā ʻana i ka sensitivity mai nā coefficients correlation no kēlā me kēia ʻāpana, e like me ka mea i hōʻike ʻia ma ke kiʻi 6a.
(a) Ua hōʻike ʻia nā koina coefficient correlation o nā ʻāpana kumu hoʻohālike a me kā lākou hopena i ka ikaika hoʻopuka kiʻekiʻe o 2500 mau pūʻulu kūʻokoʻa o nā ʻāpana hoʻohālike i luna aʻe i hōʻike ʻia ma ka pā puahiohio. Hōʻike ka pakuhi i ka pilina kūlana o kekahi mau hōʻailona. Akaka, 'o \(V_{in}\) ka mea ho'ohālikelike me ka ho'opili maika'i, a 'o \(l_0\) ka 'āpana me ka ho'opili 'ino 'ole ki'eki'e loa. Hōʻike ʻia ka hopena o nā ʻāpana like ʻole i nā hui like ʻole i ka ikaika o ka ʻiʻo kiʻekiʻe ma (b, c). \(K_x\) mai 400 a 800 N/m a me n mau laula mai 4 a 24. Ua hoololiia ka Voltage (\(V_{in}\)) mai 4V a i 10V, ua hoololiia ka loihi o ka uwea (\(l_{0 } \)) mai 40 a i 100 mm, a me ka huina huelo (\) \ 0 ka huina o ka huelo (\) \ 0 ka huina o ka huelo. }\).
Ma ka fig. Hōʻike ʻo 6a i kahi ʻāpana puahiohio o nā coefficient correlation like ʻole no kēlā me kēia ʻāpana me nā koi hoʻolālā kiʻekiʻe. Mai fig. 6a hiki ke ʻike ʻia e pili pono ana ka ʻāpana uila (\(V_{in}\)) i ka ikaika puka loa, a ʻo ka convective heat transfer coefficient (\(h_T\)), ahi kihi (\ ( \ alpha \)), displacement spring mau ( \ (K_x \)) ua hoʻopili maikaʻi ʻole ʻia me ka ikaika puka a me ka uea mua (\)(l) (n) hōʻike i kahi hoʻololi hoʻololi ikaika I ka hihia o ka hoʻopili pololei I ka hihia o ka waiwai kiʻekiʻe o ka coefficient correlation voltage (\(V_ {i}\)) e hōʻike ana i kēia ʻāpana i ka hopena nui loa i ka mana mana. ʻO kekahi ʻano loiloi like ʻole e ana i ka ikaika kiʻekiʻe ma ka loiloi ʻana i ka hopena o nā ʻāpana like ʻole i nā hui like ʻole o nā kikowaena helu ʻelua, e like me ka hōʻike ʻana ma ke kiʻi 6b, c. Ua like ko \(V_{in}\) a me \(l_0\), \(\ alpha\) a me \(l_0\), a ua hoike mai ka pakuhi he mau mamana like ko \(V_{in}\) a me \(\alpha\ ) a me \(\alpha\). Loaʻa nā waiwai liʻiliʻi o \(l_0\) i nā ikaika kiʻekiʻe. Ua kūlike nā ʻāpana ʻelua ʻē aʻe me ke Kiʻi 6a, kahi i hoʻopili maikaʻi ʻia ka n a me \(K_x\) a ua pili pono ʻia ka \(V_{in}\). Ke kōkua nei kēia loiloi i ka wehewehe ʻana a me ka hoʻoponopono ʻana i nā ʻāpana hoʻohālikelike e hiki ai ke hoʻololi i ka mana hoʻopuka, ka hahau a me ka pono o ka ʻōnaehana hoʻokele i nā koi a me ka noi.
Hoʻopuka a noiʻi ka hana noiʻi o kēia manawa i nā drive hierarchical me nā pae N. I loko o kahi hierarchy pae ʻelua, e like me ia i hōʻike ʻia ma ka Fig. 7a, kahi ma kahi o kēlā me kēia uea SMA o ka mea hoʻokele pae mua, loaʻa kahi hoʻonohonoho bimodal, e like me ka hōʻike ʻana ma ka fig. 9e. Ma ka fig. Hōʻike ka 7c i ke ʻano o ka ʻeha ʻana o ka uea SMA a puni kahi lima hiki ke neʻe (lima kōkua) e neʻe wale ana ma ka ʻaoʻao longitudinal. Eia naʻe, ke hoʻomau nei ka neʻe ʻana o ka lima hoʻoneʻe mua ma ke ʻano like me ka lima hoʻoneʻe o ka mea hoʻokele multi-stage 1st. ʻO ka maʻamau, hana ʻia kahi kaʻa kaʻa N-pae ma ka hoʻololi ʻana i ka uea SMA \(N-1\) me kahi kaʻa kaʻa mua. ʻO ka hopena, hoʻohālike kēlā me kēia lālā i ke kaʻa kaʻa mua, koe wale ka lālā e paʻa ana i ka uea ponoʻī. Ma kēia ala, hiki ke hoʻokumu ʻia nā hale pūnana e hana i nā ikaika i ʻoi aku ka nui o nā manawa ma mua o nā ikaika o nā mea hoʻokele mua. Ma kēia haʻawina, no kēlā me kēia pae, ua noʻonoʻo ʻia ka lōʻihi o ka uwea SMA maikaʻi o 1 m, e like me ka hōʻike ʻana ma ka hōʻano papa ma Fig. 7d. ʻO ke ala ma o kēlā me kēia uea i kēlā me kēia hoʻolālā unimodal a me ka hopena prestress a me ka volta i kēlā me kēia māhele uea SMA ua like ia ma kēlā me kēia pae. E like me kā mākou kumu hoʻohālikelike, pili maikaʻi ka mana hoʻopuka me ka pae, aʻo ka neʻe ʻana i hoʻopili maikaʻi ʻia. I ka manawa like, aia kahi kālepa ma waena o ka neʻe ʻana a me ka ikaika o ka ʻiʻo. E like me ka ike ma ka fig. 7b, ʻoiai e loaʻa ka ikaika kiʻekiʻe ma ka helu nui o nā papa, ʻike ʻia ka neʻe nui loa ma ka papa haʻahaʻa. I ka wā i hoʻonoho ʻia ai ka pae hierarchy i \(N=5\), ua loaʻa ka ikaika o ka ʻiʻo kiʻekiʻe o 2.58 kN me 2 mau hahau i ʻike ʻia \(\upmu\)m. Ma ka ʻaoʻao ʻē aʻe, hoʻopuka ka hoʻokele pae mua i ka ikaika o 150 N ma kahi hahau o 277 \(\upmu\)m. Hiki i nā mea hoʻokani pila he nui ke hoʻohālike i nā ʻiʻo olaola maoli, kahi e hiki ai i nā ʻiʻo artificial e pili ana i ke ʻano hoʻomanaʻo hoʻomanaʻo ke hoʻohua i nā ikaika kiʻekiʻe me nā neʻe pololei a ʻoi aku ka maikaʻi. ʻO nā palena o kēia hoʻolālā liʻiliʻi ʻo ia ka piʻi ʻana o ka hierarchy, hoʻemi nui ʻia ka neʻe ʻana a piʻi ka paʻakikī o ke kaʻina hana hoʻokele.
(a) Hōʻike ʻia kahi ʻōnaehana hoʻoheheʻe laina laina ʻelua-ʻanuʻu (\(N=2\)) ma kahi hoʻonohonoho bimodal. Hoʻokō ʻia ke kumu hoʻohālike i manaʻo ʻia ma ka hoʻololi ʻana i ka uea SMA ma ka papa hana hoʻokalakupua mua me kahi mea hoʻokalakupua papa hoʻokahi. (c) Deformed hoʻonohonoho o ka lua o ka pae multilayer actuator. (b) Ua wehewehe ʻia ka māhele ʻana o nā ikaika a me nā neʻe ʻana ma muli o ka helu o nā pae. Ua ʻike ʻia ua hoʻopili maikaʻi ʻia ka ikaika kiʻekiʻe o ka mea hana me ka pae unahi ma ka pakuhi, ʻoiai ʻo ka hahau ʻana i hoʻopili maikaʻi ʻia me ka pae unahi. ʻO ke au a me ka pre-voltage i kēlā me kēia uea e mau i nā pae āpau. (d) Hōʻike ka pākaukau i ka helu o nā paʻi a me ka lōʻihi o ke kaula SMA (fiber) ma kēlā me kēia pae. Hōʻike ʻia nā hiʻohiʻona o nā uea e ka index 1, a ʻo ka helu o nā lālā kiʻekiʻe (hoʻokahi i pili i ka wāwae mua) e hōʻike ʻia e ka helu nui loa i ka subscript. No ka laʻana, ma ka pae 5, pili ka \(n_1\) i ka helu o nā uwea SMA i loaʻa i kēlā me kēia hale bimodal, a ʻo \(n_5\) e pili ana i ka helu o nā wāwae kōkua (hoʻokahi pili i ka wāwae nui).
Ua noi ʻia nā ʻano hana like ʻole e nā mea noiʻi he nui e hoʻohālike i ke ʻano o nā SMA me ka hoʻomanaʻo ʻana i ke ʻano, e hilinaʻi ana i nā waiwai thermomechanical e pili ana i nā hoʻololi macroscopic i ke ʻano aniani e pili ana i ka hoʻololi ʻana. He paʻakikī ka hoʻokumu ʻana i nā ʻano constitutive. ʻO ke kumu hoʻohālike phenomenological i hoʻohana pinepine ʻia e Tanaka28 a hoʻohana nui ʻia i nā noi ʻenekinia. Manaʻo ke kumu hoʻohālike phenomenological i manaʻo ʻia e Tanaka [28] ʻo ka hapa nui o ka martensite he hana exponential o ka mahana a me ke kaumaha. Ma hope mai, hāʻawi ʻo Liang lāua ʻo Rogers29 a me Brinson30 i kahi kumu hoʻohālike i manaʻo ʻia ai ka dynamics transition phase he hana cosine o ka volta a me ka mahana, me nā hoʻololi liʻiliʻi i ke kumu hoʻohālike. Ua hoʻolālā ʻo Becker lāua ʻo Brinson i kahi kinetic kinetic kinetic diagram phase e hoʻohālike i ke ʻano o nā mea SMA ma lalo o nā kūlana hoʻouka ʻokoʻa a me nā hoʻololi hapa. Hoʻohana ʻo Banerjee32 i ke ʻano hana dynamics diagram phase Bekker a me Brinson31 e hoʻohālikelike i kahi degere hoʻokahi o ke kūʻokoʻa manipulator i hoʻomohala ʻia e Elahinia a me Ahmadian33. ʻO nā ʻano kinetic e pili ana i nā kiʻina hana, e noʻonoʻo i ka hoʻololi nonmonotonic i ka volta me ka mahana, paʻakikī ke hoʻokō i nā noi ʻenekinia. Hoʻopili ʻo Elakhinia lāua ʻo Ahmadian i kēia mau hemahema o nā hiʻohiʻona phenomenological e kū nei a hāʻawi i kahi hiʻohiʻona phenomenological lōʻihi e nānā a wehewehe i ke ʻano o ka hoʻomanaʻo ʻana ma lalo o nā kūlana hoʻouka paʻakikī.
Hāʻawi ke kumu hoʻohālike o ka uea SMA i ke koʻikoʻi (\(\sigma\)), kānana (\(\ epsilon\)), ka wela (T), a me ka hakina leo martensite (\(\xi\)) o ka uea SMA. Ua hoʻokumu mua ʻia ke kumu hoʻohālike phenomenological e Tanaka28 a ma hope i hāpai ʻia e Liang29 a me Brinson30. Aia ke ʻano o ka derivative o ka hoohalike:
ma kahi o E ka modulus pili o SMA Young i loaʻa me ka hoʻohana ʻana i ka \(\displaystyle E=\xi E_M + (1-\xi )E_A\) a me \(E_A\) a me \(E_M\) e hōʻike ana i ka modulus o Young he mau austenitic a martensitic, kēlā me kēia, a ua hōʻike ʻia ka coefficient o ka hoʻonui wela e \(\\theta). ʻO ka helu haʻawina hoʻololi o ka pae ʻo \(\Omega = -E \epsilon _L\) a ʻo \(\epsilon _L\) ka mea hiki ke hoʻihoʻi hou ʻia ma ka uea SMA.
Kūlike ka hoʻohālikelike ʻana o ka pae me ka hana cosine i hoʻomohala ʻia e Liang29 a ma hope i hāpai ʻia e Brinson30 ma kahi o ka hana exponential i manaʻo ʻia e Tanaka28. ʻO ke kŘkohu hoʻololi pae he hoʻonui ia o ke kŘkohu i manaʻo ʻia e Elakhinia a me Ahmadian34 a hoʻololi ʻia ma muli o nā kūlana hoʻololi i hāʻawi ʻia e Liang29 a me Brinson30. ʻO nā kūlana i hoʻohana ʻia no kēia ʻano hoʻololi ʻāpana he kūpono ma lalo o nā ukana thermomechanical paʻakikī. I kēlā me kēia manawa o ka manawa, helu ʻia ka waiwai o ka hakina leo o martensite i ka wā e hoʻohālike ai i ka hoohalike constitutive.
ʻO ka hoʻohālikelike hoʻololi hou ʻana, i hōʻike ʻia e ka hoʻololi ʻana o martensite i austenite ma lalo o nā kūlana hoʻomehana, penei:
kahi \(\xi\) ka hakina leo o ka martensite, \(\xi _M\) ka hakina leo o ka martensite i loaa ma mua o ka wela ana, \(\displaystyle a_A = \pi /(A_f – A_s)\), \ ( \displaystyle b_A = -a_A/C_A\) a me \(C_A\) - nā pākuʻi kiʻekiʻe, T-A\) – nā pānaʻi kiʻekiʻe, T-A\) \(A_f\) – ka hoʻomaka a me ka hopena o ka māhele austenite, kēlā me kēia, ka wela.
ʻO ka hoʻohālikelike hoʻololi pololei, i hōʻike ʻia e ka hoʻololi ʻana o ka austenite i martensite ma lalo o nā kūlana hoʻoluʻu, ʻo ia:
kahi \(\xi _A\) ka hapa nui o ka martensite i loaʻa ma mua o ka hoʻoluʻu ʻana, \(\displaystyle a_M = \pi /(M_s – M_f)\), \(\displaystyle b_M = -a_M/C_M\) a me \ ( C_M \) – nā ʻāpana kūpono o ka pihi, T – SMA uea wela, \(M_M_\) a me \(M_M_\) pakahi.
Ma hope o ka hoʻokaʻawale ʻia ʻana o nā hoohalike (3) a me (4), ua maʻalahi ka hoʻololi ʻana a me ka hoʻololi pololei i kēia ʻano:
I ka wā o ka hoʻololi ʻana i mua a i hope ʻo \(\eta _{\sigma}\) a me \(\eta _{T}\) lawe i nā waiwai like ʻole. Ua loaʻa a kūkākūkā nui ʻia nā hoohalike maʻamau e pili ana me \(\eta _{\sigma}\) a me \(\eta _{T}\) ma kekahi pauku hou aku.
ʻO ka ikehu wela e pono ai e hoʻokiʻekiʻe i ka mahana o ka uwea SMA mai ka hopena hoʻomehana Joule. Hōʻike ʻia ka ikehu wela i hoʻopaʻa ʻia a hoʻokuʻu ʻia e ka uea SMA e ka wela huna o ka hoʻololi. ʻO ka poho wela ma ka uea SMA ma muli o ka convection ikaika, a hāʻawi ʻia i ka hopena haʻahaʻa o ka radiation, ʻo ka hoʻohālikelike o ka ikehu wela penei:
Aia ka \(m_{wire}\) ka huina nui o ka uea SMA, \(c_{p}\) ka hikiwawe wela o ka SMA, \(V_{in}\) ka voltage i hoohanaia i ka uea, \(R_{ohm} \ ) - ke ku'ehana pili i ka mahele SMA, i hoakakaia e like me; \(R_{ohm} = (l/A_{cross})[\xi r_M + (1-\xi )r_A]\) kahi \(r_M\) a me \(r_A\) ka SMA phase resistivity ma martensite a me austenite, pakahi, \(A_{c}\) ka ili o ka uea SMA, \(\Delta H alloy. ʻO ka wela huna o ka hoʻololi ʻana o ka uea, T a me \(T_{\infty}\) nā wela o ka uea SMA a me ke kaiapuni.
Ke hoʻohana ʻia kahi uea hoʻomanaʻo hoʻomanaʻo ʻana i ke ʻano, hoʻopaʻa ka uea, hana i ka ikaika i kēlā me kēia lālā o ka hoʻolālā bimodal i kapa ʻia ʻo fiber force. ʻO nā ikaika o nā kaula i loko o kēlā me kēia kaula o ka uea SMA e hoʻokumu i ka ikaika o ka ʻiʻo e hoʻoikaika ai, e like me ka hōʻike ʻana ma ke kiʻi 9e. Ma muli o ka loaʻa ʻana o kahi pūnāwai biasing, ʻo ka nui o ka ikaika muscle o ka Nth multilayer actuator:
Ke hoʻololi nei i ka \(N = 1\) i ka hoohalike (7), hiki ke loaʻa ka ikaika o ka ʻiʻo o ka pae mua bimodal drive prototype penei:
ʻo ka n ka helu o nā wāwae unimodal, \(F_m\) ʻo ia ka ikaika o ka ʻiʻo i hana ʻia e ka hoʻokele, \(F_f\) ka ikaika fiber ma ka uea SMA, \(K_x\) ʻo ia ka ʻoʻoleʻa kūpilikiʻi. puna, \(\alpha\) ka huina o ka huinakolu, \(x_0\) ka offset mua o ka punawai bias no ka paa ana i ke kaula SMA ma ke kulana mua, a o \(\Delta x\) ka huakai hana.
ʻO ka hoʻoneʻe ʻana a i ʻole ka neʻe ʻana o ke kaʻa (\(\Delta x\)) e pili ana i ka volta (\(\sigma\)) a me ke kānana (\(\ epsilon\)) ma ka uwea SMA o ke kahua Nth, ua hoʻonohonoho ʻia ke kaʻa (e nānā i ka ʻāpana o ka pukana):
Hāʻawi nā hoʻohālikelike kinematic i ka pilina ma waena o ka hoʻoneʻe ʻana (\(\epsilon\)) a me ka neʻe ʻana a i ʻole ka neʻe ʻana (\(\Delta x\)). ʻO ka deformation o ka uea Arb ma ke ʻano he hana o ka lōʻihi uea Arb mua (\(l_0\)) a me ka lōʻihi uea (l) i kēlā me kēia manawa t i hoʻokahi lālā unimodal penei:
kahi i loaʻa ai ka \(l = \sqrt{l_0^2 +(\Delta x_1)^2 – 2 l_0 (\Delta x_1) \cos \alpha _1}\) ma ka hoʻohana 'ana i ke kumu hoʻohālike cosine ma \(\Delta\)ABB ', e like me ka mea i hōʻike ʻia ma ke Kiʻi 8. No ka hoʻokele pae mua (\) , \(N = 1) \(\Delta x\), a me \(\alpha _1\) he \(\alpha \) e like me ia i hoikeia ma ke Kii 8, ma ka hookaawale ana i ka manawa mai ka hoohalike (11) a me ka hoololi ana i ka waiwai o l, ua hiki ke kakauia ka laiki pili e like me:
kahi \(l_0\) ka lōʻihi mua o ka uea SMA, l ka lōʻihi o ka uea i kēlā me kēia manawa t i ka lālā unimodal hoʻokahi, \(\ epsilon\) ka deformation i hoʻomohala ʻia ma ka uea SMA, a ʻo \(\ alpha \) ka huina o ka huinakolu , \(\Delta x\) ka hoʻokele offset (e like me ka hōʻike ʻana ma ke Kiʻi 8).
Hoʻohui pū ʻia nā n hale kiʻekiʻe hoʻokahi (\(n=6\) i kēia kiʻi) i ka pūʻulu me \(V_{in}\) ma ke ʻano he voli komo. Ka Papa I: Hoʻolālā kiʻi o ka uea SMA i loko o kahi hoʻonohonoho bimodal ma lalo o nā kūlana voltage ʻole.
Ma ke ʻano he hōʻoia o ka manaʻo, ua kūkulu ʻia kahi kaʻa bimodal e pili ana i ka SMA no ka hoʻāʻo ʻana i ka derivation hoʻohālikelike o nā hoʻohālikelike kumu me nā hopena hoʻokolohua. Hōʻike ʻia ke kumu hoʻohālike CAD o ka mea hoʻokele laina bimodal ma ka fig. 9a. Ma kekahiʻaoʻao, ma ka fig. Hōʻike ka 9c i kahi hoʻolālā hou i manaʻo ʻia no kahi pilina prismatic rotational me ka hoʻohana ʻana i kahi mea hoʻokele SMA-hoʻokumu ʻelua mokulele me kahi ʻano bimodal. Ua hana ʻia nā ʻāpana kaʻa me ka hoʻohana ʻana i nā mea hoʻohui i kahi mea paʻi Ultimaker 3 Extended 3D. ʻO ka mea i hoʻohana ʻia no ka paʻi 3D o nā ʻāpana he polycarbonate i kūpono i nā mea pale wela no ka mea he ikaika, lōʻihi a he kiʻekiʻe ke aniani hoʻololi wela (110-113 \(^{\circ }\) C). Eia hou, ua hoʻohana ʻia ʻo Dynalloy, Inc. Flexinol shape memory alloy wire i nā hoʻokolohua, a ua hoʻohana ʻia nā waiwai waiwai e pili ana i ka uea Flexinol i nā simulation. Hoʻonohonoho ʻia nā uea SMA he nui e like me nā fibers i loko o kahi hoʻonohonoho bimodal o nā ʻiʻo no ka loaʻa ʻana o nā ikaika kiʻekiʻe i hana ʻia e nā mea hana multilayer, e like me ka hōʻike ʻana ma ka Fig. 9b, d.
E like me ka mea i hōʻike ʻia ma ke Kiʻi 9a, ua kapa ʻia ka ʻokiʻoki i hana ʻia e ke kaula SMA lima hiki ke hoʻoneʻe ʻia ʻo ka huina (\(\alpha\)). Me nā kīpili hope i hoʻopili ʻia ma ka ʻaoʻao hema a me ka ʻākau, paʻa ka uea SMA ma ke kihi bimodal i makemake ʻia. Hoʻolālā ʻia ka hāmeʻa puna wai bias i hoʻopaʻa ʻia ma ka mea hoʻopili puna no ka hoʻoponopono ʻana i nā pūʻulu hoʻonui pūnāwai bias like ʻole e like me ka helu (n) o nā fiber SMA. Eia kekahi, ua hoʻolālā ʻia ka wahi o nā ʻāpana neʻe i hiki ke ʻike ʻia ka uea SMA i ke kaiapuni waho no ka hoʻoluʻu convection hoʻoikaika. ʻO nā papa luna a me lalo o ka hui hiki ke hoʻokaʻawale ke kōkua i ka mālama ʻana i ka uea SMA me nā ʻokiʻoki extruded i hoʻolālā ʻia e hōʻemi i ke kaumaha. Eia kekahi, ua hoʻopaʻa ʻia nā ʻaoʻao ʻelua o ka uea CMA i ka ʻaoʻao hema a me ka ʻākau, i kēlā me kēia, ma o kahi crimp. Hoʻopili ʻia kahi plunger ma kekahi ʻaoʻao o ka hui hoʻoneʻe e mālama i ka ʻae ma waena o nā papa luna a me lalo. Hoʻohana pū ʻia ka plunger no ka hoʻopili ʻana i ka ikaika paʻa i ka mea ʻike ma o ka hoʻopili ʻana e ana i ka ikaika paʻa i ka wā e hoʻokō ʻia ai ke kelepona SMA.
Hoʻopili ʻia ka ʻiʻo bimodal bimodal SMA i ka pūnāwai a hoʻohana ʻia e ka volta pulse input. I ka wā o ka pōʻaiapili puʻupuʻu, ke hoʻohana ʻia ka uila a hoʻomehana ʻia ka uea SMA ma luna o ka wela mua o ka austenite, ua pōkole ka lōʻihi o ke kaula i kēlā me kēia kaula. Hoʻopau kēia hoʻihoʻi ʻana i ka hui pū ʻana o nā lima hiki ke hoʻoneʻe. Ke hoʻoheheʻe ʻia ka volta i ka pōʻai like, ua hoʻomaha ʻia ka uea SMA wela ma lalo o ka mahana o ka ʻili martensite, a laila hoʻi i kona kūlana mua. Ma lalo o nā kūlana koʻikoʻi ʻole, ua kau mua ʻia ka uea SMA e kahi pūnāwai bias a hiki i ke kūlana martensitic detwinned. ʻO ka wili, kahi e hele ai ka uea SMA, neʻe ma muli o ke kaomi ʻana i hana ʻia e ka hoʻopili ʻana i ka pulse voltage i ka uea SMA (hiki ka SPA i ka pae austenite), kahi e alakaʻi ai i ka hoʻoikaika ʻana o ka lever hiki ke neʻe. Ke hoʻihoʻi ʻia ka uwea SMA, hoʻokumu ka pūnāwai bias i ka ikaika kūʻē ma ka hoʻolōʻihi ʻana i ka pūnāwai. I ka lilo ʻana o ke koʻikoʻi o ka puʻuwai hoʻoneʻe i ʻole, e hoʻolōʻihi ʻia ka uea SMA a hoʻololi i kona ʻano ma muli o ka hoʻoluʻu convection hoʻoikaika, a hiki i kahi pae martensitic pālua.
ʻO ka ʻōnaehana linear actuator SMA i manaʻo ʻia he hoʻonohonoho bimodal kahi e ʻoki ʻia ai nā uea SMA. (a) hōʻike i ke kumu hoʻohālike CAD o ka prototype, e hōʻike ana i kekahi o nā ʻāpana a me ko lākou mau manaʻo no ka prototype, (b, d) hōʻike i ka prototype hoʻokolohua i kūkulu ʻia35. ʻOiai (b) hōʻike i kahi hiʻohiʻona kiʻekiʻe o ka prototype me nā pilina uila a me nā pūnāwai bias a me nā ana kānana i hoʻohana ʻia, (d) hōʻike i kahi hiʻohiʻona o ka hoʻonohonoho. (e) Diagram o ka linear actuation system me SMA uea hoʻonoho bimodally i kēlā me kēia manawa t, e hōʻike ana i ke kuhikuhi a me ke ala o ka fiber a me ka ikaika ʻiʻo. (c) Ua manaʻo ʻia kahi pilina prismatic rotational 2-DOF no ka lawe ʻana i kahi mea hoʻokele SMA-hoʻokumu ʻelua mokulele. E like me ka mea i hōʻike ʻia, hoʻouna ka loulou i ka neʻe laina mai ka ʻaoʻao lalo a i ka lima luna, e hana ana i kahi pilina rotational. Ma ka ʻaoʻao ʻē aʻe, ʻo ka neʻe ʻana o ka pālua o nā prisms e like me ka neʻe ʻana o ka multilayer first stage drive.
Ua hana ʻia kahi noiʻi hoʻokolohua ma ka prototype i hōʻike ʻia ma ke kiʻi 9b e loiloi i ka hana o kahi kaʻa bimodal e pili ana i ka SMA. E like me ka mea i hōʻike ʻia ma ke Kiʻi 10a, ʻo ka hoʻonohonoho hoʻokolohua ʻo ia kahi lako mana DC programmable e hāʻawi i ka uila komo i nā uea SMA. E like me ka hoike ana ma ka fig. 10b, ua hoʻohana ʻia kahi anana piezoelectric strain gauge (PACEline CFT/5kN) no ke ana ʻana i ka ikaika paʻa me ka hoʻohana ʻana i kahi logger data Graphtec GL-2000. Hoʻopaʻa ʻia ka ʻikepili e ka mea hoʻokipa no ke aʻo hou ʻana. Pono nā kānana kānana a me nā mea hoʻonui i ka mana e hana i kahi hōʻailona uila. Hoʻololi ʻia nā hōʻailona pili i nā mana mana e like me ka naʻau o ka piezoelectric force sensor a me nā ʻāpana ʻē aʻe e like me ka mea i wehewehe ʻia ma ka Papa 2. Ke hoʻohana ʻia ka pulse voltage, piʻi ka mahana o ka uea SMA, e hoʻopili i ka uea SMA, kahi e hoʻoulu ai ka mea hana. Hōʻike ʻia nā hopena hoʻokolohua o ka hoʻopuka ʻana i ka ikaika o ka ʻiʻo ma o ka pulse voltage input o 7 V i hōʻike ʻia ma ka fig. 2a.
(a) Ua hoʻonohonoho ʻia kahi ʻōnaehana linear actuator e pili ana i ka SMA ma ka hoʻokolohua e ana i ka ikaika i hana ʻia e ka actuator. ʻO ka load cell e ana i ka ikaika paʻa a hoʻohana ʻia e ka mana 24 V DC. Hoʻohana ʻia kahi hāʻule uila 7 V ma ka lōʻihi holoʻokoʻa o ke kaula me ka hoʻohana ʻana i kahi lako mana DC programmable GW Instek. E emi ana ka uea SMA ma muli o ka wela, a pili ka lima hoʻoneʻe i ke kelepona hoʻouka a hoʻohana i ka ikaika ālai. Hoʻopili ʻia ke kelepona hoʻoili i ka logger data GL-2000 a mālama ʻia ka ʻikepili ma ka host no ka hana hou ʻana. (b) Kiʻi e hōʻike ana i ke kaulahao o nā ʻāpana o ka hoʻonohonoho hoʻokolohua no ke ana ʻana i ka ikaika o ka ʻiʻo.
Hoʻoliʻoli ʻia nā mea hoʻomanaʻo hoʻomanaʻo e ka ikehu wela, no laila ua lilo ka mahana i mea koʻikoʻi no ke aʻo ʻana i ke ʻano hoʻomanaʻo hoʻomanaʻo. Ma ka hoʻokolohua, e like me ka hōʻike ʻana ma ka Fig. 11a, ua hana ʻia ke kiʻi wela a me nā ana wela ma kahi prototype SMA-based divalerate actuator. Ua hoʻohana ʻia kahi kumu DC programmable i ka uila hoʻokomo i nā uwea SMA ma ka hoʻonohonoho hoʻokolohua, e like me ka hōʻike ʻana ma ke Kiʻi 11b. Ua ana ʻia ka hoʻololi ʻana o ka mahana o ka uea SMA i ka manawa maoli me ka hoʻohana ʻana i kahi kāmela LWIR kiʻekiʻe (FLIR A655sc). Hoʻohana ka mea hoʻokipa i ka polokalamu ResearchIR e hoʻopaʻa i ka ʻikepili no ka hoʻoponopono hou ʻana. Ke hoʻohana ʻia kahi puʻupuʻu uila, piʻi ka mahana o ka uea SMA, e emi ai ka uea SMA. Ma ka fig. Hōʻike ke kiʻi 2b i nā hopena hoʻokolohua o ka mahana uea SMA me ka manawa no kahi puʻupuʻu uila hoʻokomo 7V.
Ka manawa hoʻouna: Sep-28-2022
