Mahalo no ke kipa ʻana iā Nature.com. Loaʻa i ka mana polokalamu kele pūnaewele āu e hoʻohana nei ke kākoʻo CSS palena. No ka ʻike maikaʻi loa, paipai mākou iā ʻoe e hoʻohana i kahi polokalamu kele pūnaewele i hōʻano hou ʻia (a i ʻole e hoʻopau i ke ʻano hoʻohālikelike ma Internet Explorer). I kēia manawa, no ka hōʻoia ʻana i ke kākoʻo mau, e hōʻike mākou i ka pūnaewele me ka ʻole o nā kaila a me JavaScript.
Hoʻohana ʻia nā mea hoʻoikaika ma nā wahi āpau a hana i ka neʻe i kāohi ʻia ma ka hoʻopili ʻana i ka ikaika hoʻonāukiuki kūpono a i ʻole ka torque e hana i nā hana like ʻole i ka hana ʻana a me ka automation ʻoihana. ʻO ka pono no nā hoʻokele wikiwiki, liʻiliʻi a ʻoi aku ka maikaʻi ke hoʻokele nei i ka hana hou i ka hoʻolālā hoʻokele. Hāʻawi nā hoʻokele Shape Memory Alloy (SMA) i nā pono he nui ma luna o nā hoʻokele maʻamau, me ka lakio mana-a-kaumaha kiʻekiʻe. Ma kēia dissertation, ua hoʻomohala ʻia kahi actuator SMA hulu ʻelua e hoʻohui i nā pono o nā ʻiʻo hulu o nā ʻōnaehana olaola a me nā waiwai kū hoʻokahi o SMA. Ke ʻimi nei kēia haʻawina a hoʻonui i nā actuator SMA ma mua ma ka hoʻomohala ʻana i kahi kumu hoʻohālike makemakika o ka actuator hou e pili ana i ka hoʻonohonoho uea SMA bimodal a hoʻāʻo iā ia ma ka hoʻokolohua. Ke hoʻohālikelike ʻia me nā hoʻokele i ʻike ʻia e pili ana i ka SMA, ʻoi aku ka liʻiliʻi o ka ikaika actuation o ka hoʻokele hou ma ka liʻiliʻi he 5 mau manawa kiʻekiʻe (a hiki i 150 N). ʻO ka pohō kaumaha e pili ana ma kahi o 67%. He mea pono nā hopena o ka loiloi ʻike o nā hiʻohiʻona makemakika no ka hoʻoponopono ʻana i nā palena hoʻolālā a me ka hoʻomaopopo ʻana i nā palena koʻikoʻi. Hōʻike hou kēia haʻawina i kahi hoʻokele pae Nth multi-level hiki ke hoʻohana ʻia e hoʻonui hou i ka dynamics. Loaʻa i nā mea hoʻoikaika uaua dipvalerate i hoʻokumu ʻia ma SMA kahi ākea o nā noi, mai ke kūkulu ʻana i ka automation a hiki i nā ʻōnaehana lawe lāʻau lapaʻau pololei.
Hiki i nā ʻōnaehana olaola, e like me nā ʻano hana ʻiʻo o nā mammals, ke hoʻoulu i nā mea hoʻoikaika maalea he nui1. Loaʻa i nā mammals nā ʻano hana ʻiʻo like ʻole, e lawelawe ana kēlā me kēia i kahi kumu kikoʻī. Eia nō naʻe, hiki ke hoʻokaʻawale ʻia ka hapa nui o ke ʻano o nā ʻiʻo mammals i ʻelua mau ʻāpana ākea. Parallel a me pennate. I loko o nā hamstrings a me nā flexors ʻē aʻe, e like me ka inoa e hōʻike nei, loaʻa i nā ʻiʻo like nā olonā ʻiʻo e like me ke tendon waena. Ua laina ʻia ke kaulahao o nā olonā ʻiʻo a pili pono i ka hana e ka ʻiʻo hoʻopili a puni lākou. ʻOiai ua ʻōlelo ʻia kēia mau ʻiʻo he excursion nui (percent shortening), ua palena loa ko lākou ikaika holoʻokoʻa. I ka hoʻohālikelike ʻana, i loko o ka ʻiʻo bipi triceps2 (lateral gastrocnemius (GL)3, medial gastrocnemius (GM)4 a me soleus (SOL)) a me extensor femoris (quadriceps)5,6 ʻike ʻia ka ʻiʻo ʻiʻo pennate i kēlā me kēia ʻiʻo7. I loko o kahi ʻano pinnate, aia nā olonā ʻiʻo i loko o ka musculature bipennate ma nā ʻaoʻao ʻelua o ke tendon waena ma nā kihi oblique (pinnate angles). Loaʻa ʻo Pennate mai ka huaʻōlelo Latina "penna", ʻo ia hoʻi "peni", a, e like me ka mea i hōʻike ʻia ma ke kiʻi 1, he ʻano hulu manu kona. ʻOi aku ka pōkole o nā olonā o nā ʻiʻo pennate a ua kihi ʻia i ke koʻi lōʻihi o ka ʻiʻo. Ma muli o ke ʻano pinnate, ua emi ka neʻe ʻana o kēia mau ʻiʻo, kahi e alakaʻi ai i nā ʻāpana transverse a me longitudinal o ke kaʻina hana pōkole. Ma ka ʻaoʻao ʻē aʻe, ʻo ka hoʻoulu ʻana o kēia mau ʻiʻo e alakaʻi ai i ka ikaika ʻiʻo holoʻokoʻa ma muli o ke ʻano o ke ana ʻana o ka ʻāpana cross-sectional physiological. No laila, no kahi ʻāpana cross-sectional i hāʻawi ʻia, e ʻoi aku ka ikaika o nā ʻiʻo pennate a e hoʻoulu i nā ikaika kiʻekiʻe ma mua o nā ʻiʻo me nā olonā like. ʻO nā ikaika i hana ʻia e nā olonā pākahi e hoʻoulu i nā ikaika ʻiʻo ma kahi pae macroscopic i loko o kēlā ʻiʻo ʻiʻo. Eia kekahi, loaʻa iā ia nā waiwai kū hoʻokahi e like me ka wikiwiki o ka emi ʻana, ka pale ʻana i ka hōʻino tensile, cushioning. Hoʻololi ia i ka pilina ma waena o ka hoʻokomo ʻana o ka fiber a me ka hoʻopuka mana ʻiʻo ma ka hoʻohana ʻana i nā hiʻohiʻona kū hoʻokahi a me ka paʻakikī geometric o ka hoʻonohonoho fiber e pili ana me nā laina hana ʻiʻo.
Hōʻike ʻia nā kiʻikuhi schematic o nā hoʻolālā actuator SMA e pili ana i kahi hoʻolālā muscular bimodal, no ka laʻana (a), e hōʻike ana i ka launa pū ʻana o ka ikaika tactile kahi i kau ʻia ai kahi mea hana lima i hoʻoulu ʻia e nā uwea SMA ma kahi robot kelepona ʻelua huila9,10. , (b) ʻO ka prosthesis orbital robotic me ka prosthesis orbital SMA i hoʻouka ʻia i ka pūnāwai. Hoʻomalu ʻia ke kūlana o ka maka prosthetic e kahi hōʻailona mai ka ʻiʻo ocular o ka maka11, (c) He kūpono nā actuators 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 ʻana, hoʻohana ʻia nā actuators SMA e hana i ka neʻe ʻana o ka nalu ma ka hoʻohālike ʻana i ka neʻe ʻana o ka iʻa, (d) Hoʻohana ʻia nā actuators SMA e hana i kahi robot nānā paipu micro e hiki ke hoʻohana i ke kumumanaʻo neʻe ilo ʻīniha, i hoʻomalu ʻia e ka neʻe ʻana o nā uwea SMA i loko o ke kahawai 10, (e) hōʻike i ke kuhikuhi o nā olonā ʻiʻo contraction a me ka hoʻoulu ʻana i ka ikaika contractile i loko o ka ʻiʻo gastrocnemius, (f) hōʻike i nā uwea SMA i hoʻonohonoho ʻia ma ke ʻano o nā olonā ʻiʻo i loko o ka hale ʻiʻo pennate.
Ua lilo nā mea hoʻoikaika i ʻāpana koʻikoʻi o nā ʻōnaehana mīkini ma muli o kā lākou ākea o nā noi. No laila, lilo ka pono no nā hoʻokele liʻiliʻi, wikiwiki a ʻoi aku ka maikaʻi i mea koʻikoʻi. ʻOiai ko lākou mau pono, ua hōʻoia ʻia nā hoʻokele kuʻuna he pipiʻi a hoʻopau manawa e mālama ai. He paʻakikī a pipiʻi nā mea hoʻoikaika hydraulic a me pneumatic a hiki ke komo i ka ʻaʻahu, nā pilikia lubrication a me ka hāʻule ʻana o nā ʻāpana. I ka pane ʻana i ke koi, ʻo ke kiko ka hoʻomohala ʻana i nā mea hoʻoikaika kūpono, hoʻonui ʻia ka nui a me nā holomua e pili ana i nā mea akamai. Ke nānā nei ka noiʻi e hoʻomau nei i nā mea hoʻoikaika shape memory alloy (SMA) layered e hoʻokō i kēia pono. He kū hoʻokahi nā mea hoʻoikaika hierarchical i ka hoʻohui ʻana i nā mea hoʻoikaika discrete he nui i loko o nā ʻōnaehana macro scale geometrically complex e hāʻawi i ka hana i hoʻonui ʻia a hoʻonui ʻia. Ma kēia ʻano, hāʻawi ka ʻiʻo kanaka i wehewehe ʻia ma luna nei i kahi laʻana multilayered maikaʻi loa o ia ʻano hana multilayered. Hōʻike ka haʻawina o kēia manawa i kahi hoʻokele SMA multi-level me kekahi mau mea hoʻokele pākahi (mau uea SMA) i hoʻohālikelike ʻia i nā kuhikuhi fiber i loaʻa i nā ʻiʻo bimodal, kahi e hoʻomaikaʻi ai i ka hana holoʻokoʻa.
ʻO ke kumu nui o kahi actuator ka hoʻopuka ʻana i ka mana mechanical e like me ka ikaika a me ka neʻe ʻana ma ka hoʻololi ʻana i ka ikehu uila. ʻO nā mea hoʻohuihui hoʻomanaʻo ʻano he papa o nā mea "akamai" hiki ke hoʻihoʻi i ko lākou ʻano i nā mahana kiʻekiʻe. Ma lalo o nā ukana kiʻekiʻe, ʻo ka hoʻonui ʻana i ka mahana o ke kaula SMA e alakaʻi ai i ka hoʻōla ʻana o ke ʻano, e hopena ana i kahi nui o ka ikehu actuation kiʻekiʻe e hoʻohālikelike ʻia me nā mea akamai like ʻole i hoʻopaʻa pololei 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 kahi ukana cyclic ke omo a hoʻokuʻu i ka ikehu mechanical, e hōʻike ana i nā loli ʻano hysteretic reversible. ʻO kēia mau waiwai kū hoʻokahi e kūpono ai ʻo SMA no nā sensor, ka damping vibration a me nā actuators12. Me kēia ma ka noʻonoʻo, ua nui ka noiʻi ʻana i nā drive e pili ana i ka SMA. Pono e hoʻomaopopo ʻia ua hoʻolālā ʻia nā actuators e pili ana i ka SMA e hāʻawi i ka neʻe unuhi a me ka rotary no nā ʻano noi like ʻole13,14,15. ʻOiai ua hoʻomohala ʻia kekahi mau actuators rotary, makemake nui nā mea noiʻi i nā actuators linear. Hiki ke hoʻokaʻawale ʻia kēia mau actuators linear i ʻekolu ʻano o nā actuators: hoʻokahi-dimensional, neʻe ʻana a me nā actuators differential 16. I ka wā mua, ua hana ʻia nā drive hybrid me ka hui pū ʻana me SMA a me nā drive maʻamau ʻē aʻe. ʻO kekahi laʻana o kahi actuator linear hybrid e pili ana i ka SMA ʻo ia ka hoʻohana ʻana i kahi uea SMA me kahi motika DC e hāʻawi i kahi ikaika hoʻopuka ma kahi o 100 N a me ka neʻe nui17.
ʻO kekahi o nā hoʻomohala mua i nā drive i hoʻokumu piha ʻia ma SMA ʻo ia ka SMA parallel drive. Ma ka hoʻohana ʻana i nā uea SMA he nui, ua hoʻolālā ʻia ka drive parallel e hoʻokumu ʻia ma SMA e hoʻonui i ka mana o ka drive ma ke kau ʻana i nā uea SMA18 āpau ma ke ʻano like. ʻO ka pilina parallel o nā actuators ʻaʻole wale e koi i ka mana hou aku, akā e kaupalena pū i ka mana hoʻopuka o kahi uea hoʻokahi. ʻO kekahi hemahema o nā actuators e pili ana i SMA ʻo ia ka huakaʻi palena hiki iā lākou ke hoʻokō. No ka hoʻoponopono ʻana i kēia pilikia, ua hana ʻia kahi kukuna uwea SMA e loaʻa ana kahi kukuna palupalu i hoʻololi ʻia e hoʻonui i ka neʻe ʻana a hoʻokō i ka neʻe linear, akā ʻaʻole i hoʻoulu i nā ikaika kiʻekiʻe19. Ua hoʻomohala ʻia nā ʻano palupalu deformable a me nā lole no nā robots e pili ana i nā alloys hoʻomanaʻo ʻano no ka hoʻonui hopena20,21,22. No nā noi kahi e pono ai nā wikiwiki kiʻekiʻe, ua hōʻike ʻia nā pamu i hoʻokele ʻia e hoʻohana ana i nā SMA kiʻiʻoniʻoni lahilahi no nā noi i hoʻokele ʻia e ka micropump23. ʻO ke alapine hoʻokele o ka membrane SMA kiʻiʻoniʻoni lahilahi kahi mea nui i ka kaohi ʻana i ka wikiwiki o ka mea hoʻokele. No laila, ʻoi aku ka maikaʻi o ka pane dynamic o nā mīkini linear SMA ma mua o nā mīkini puna SMA a i ʻole ke koʻokoʻo. ʻO nā robotics palupalu a me ka ʻenehana hopu lima ʻelua mau noi ʻē aʻe e hoʻohana ana i nā actuators e pili ana i SMA. No ka laʻana, no ka hoʻololi ʻana i ka actuator maʻamau i hoʻohana ʻia ma ka clamp space 25 N, ua hoʻomohala ʻia kahi actuator parallel alloy hoʻomanaʻo ʻano 24. I kekahi hihia ʻē aʻe, ua hana ʻia kahi actuator palupalu SMA ma muli o kahi uea me kahi matrix i hoʻokomo ʻia e hiki ke hana i ka ikaika huki kiʻekiʻe o 30 N. Ma muli o ko lākou mau waiwai mechanical, hoʻohana ʻia nā SMA e hana i nā actuator e hoʻohālike i nā hanana olaola. ʻO kekahi o ia hoʻomohala ʻana he robot 12-cell he biomimetic o kahi meaola e like me ka ilo honua me SMA e hana i kahi neʻe sinusoidal e puhi 26,27.
E like me ka mea i ʻōlelo ʻia ma mua, aia kahi palena i ka ikaika kiʻekiʻe loa e hiki ke loaʻa mai nā actuators SMA e kū nei. No ka hoʻoponopono ʻana i kēia pilikia, hōʻike kēia haʻawina i kahi ʻano ʻiʻo bimodal biomimetic. Hoʻokele ʻia e ka uea alloy hoʻomanaʻo ʻano. Hāʻawi ia i kahi ʻōnaehana hoʻokaʻawale e komo pū ana me kekahi mau uea alloy hoʻomanaʻo ʻano. A hiki i kēia lā, ʻaʻohe actuators SMA me kahi hoʻolālā like i hōʻike ʻia ma ka palapala. Ua hoʻomohala ʻia kēia ʻōnaehana kū hoʻokahi a hou e pili ana iā SMA e aʻo i ke ʻano o SMA i ka wā o ka hoʻonohonoho ʻana o nā ʻiʻo bimodal. Ke hoʻohālikelike ʻia me nā actuators SMA e kū nei, ʻo ka pahuhopu o kēia haʻawina ʻo ia ka hana ʻana i kahi actuator dipvalerate biomimetic e hoʻoulu i nā ikaika kiʻekiʻe loa i kahi liʻiliʻi. Ke hoʻohālikelike ʻia me nā drive drive motor stepper maʻamau i hoʻohana ʻia i ka automation hale HVAC a me nā ʻōnaehana kaohi, ʻo ka hoʻolālā drive bimodal SMA i manaʻo ʻia e hōʻemi i ke kaumaha o ka mīkini hoʻokele ma 67%. Ma hope aʻe, hoʻohana ʻia nā huaʻōlelo "muscle" a me "drive" me ke ʻano like. Ke noiʻi nei kēia haʻawina i ka simulation multiphysics o ia ʻano drive. Ua aʻo ʻia ke ʻano mechanical o ia mau ʻōnaehana e nā ʻano hoʻokolohua a me nā analytical. Ua noiʻi hou ʻia nā hoʻolaha ikaika a me ka mahana ma kahi volta hoʻokomo o 7 V. Ma hope mai, ua hana ʻia kahi loiloi parametric e hoʻomaopopo maikaʻi i ka pilina ma waena o nā palena koʻikoʻi a me ka ikaika hoʻopuka. ʻO ka hope loa, ua noʻonoʻo ʻia nā actuators hierarchical a ua hāpai ʻia nā hopena pae hierarchical ma ke ʻano he wahi hiki ke hiki mai no nā actuators non-magnetic no nā noi prosthetic. Wahi a nā hopena o nā haʻawina i ʻōlelo ʻia ma luna, ʻo ka hoʻohana ʻana i kahi hoʻolālā hoʻokahi-pae e hana i nā ikaika ma ka liʻiliʻi he ʻehā a ʻelima mau manawa kiʻekiʻe ma mua o nā actuators SMA i hōʻike ʻia. Eia kekahi, ua hōʻike ʻia ka ikaika hoʻokele like i hana ʻia e kahi drive multi-level multi-level he ʻoi aku ma mua o ʻumi mau manawa o nā drive SMA maʻamau. A laila hōʻike ka haʻawina i nā palena koʻikoʻi me ka hoʻohana ʻana i ka loiloi ʻike ma waena o nā hoʻolālā like ʻole a me nā loli hoʻokomo. ʻO ka lōʻihi mua o ke kaula SMA (\(l_0\)), ke kihi pinnate (\(\alpha\)) a me ka helu o nā kaula hoʻokahi (n) i kēlā me kēia kaula pākahi he hopena maikaʻi ʻole i ka nui o ka ikaika hoʻokele. ikaika, ʻoiai ua huli ka volta hoʻokomo (ikehu) i pili maikaʻi.
Hōʻike ka uea SMA i ka hopena hoʻomanaʻo ʻano (SME) i ʻike ʻia ma ka ʻohana nickel-titanium (Ni-Ti) o nā alloys. ʻO ka maʻamau, hōʻike nā SMA i ʻelua mau pae e pili ana i ka mahana: kahi pae mahana haʻahaʻa a me kahi pae mahana kiʻekiʻe. Loaʻa i nā pae ʻelua nā waiwai kūikawā ma muli o ke alo o nā ʻano kristal like ʻole. I loko o ka pae austenite (pae mahana kiʻekiʻe) e kū nei ma luna o ka mahana hoʻololi, hōʻike ka mea i ka ikaika kiʻekiʻe a ua hoʻololi maikaʻi ʻole ʻia ma lalo o ke kaumaha. Hana ka alloy e like me ke kila kila, no laila hiki iā ia ke kū i nā kaomi actuation kiʻekiʻe. Ke hoʻohana nei i kēia waiwai o nā alloys Ni-Ti, ua slanted nā uea SMA e hana i kahi actuator. Hoʻomohala ʻia nā hiʻohiʻona analytical kūpono e hoʻomaopopo i nā mechanics kumu o ke ʻano thermal o SMA ma lalo o ka mana o nā ʻano like ʻole a me nā geometries like ʻole. Ua loaʻa ka ʻaelike maikaʻi ma waena o nā hopena hoʻokolohua a me nā hopena analytical.
Ua hana ʻia kahi noiʻi hoʻokolohua ma ke kumu hoʻohālike i hōʻike ʻia ma ke Kiʻi 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 kaʻa (ikaika ʻiʻo) a me ka mahana o ke kaula SMA (mahana SMA), ua ana ʻia ma ke ʻano hoʻokolohua. I ka piʻi ʻana o ka ʻokoʻa voltage ma ka lōʻihi holoʻokoʻa o ke kaula i loko o ka kaʻa, piʻi ka mahana o ke kaula ma muli o ka hopena hoʻomehana Joule. Ua hoʻopili ʻia ke voltage hoʻokomo i ʻelua mau pōʻaiapuni 10-s (i hōʻike ʻia ma ke ʻano he mau kiko ʻulaʻula ma ke Kiʻi 2a, b) me kahi manawa hoʻoluʻu 15-s ma waena o kēlā me kēia pōʻaiapuni. Ua ana ʻia ka ikaika ālai me ka hoʻohana ʻana i kahi anakahi piezoelectric, a ua nānā ʻia ka hoʻolaha mahana o ke kaula SMA i ka manawa maoli me ka hoʻohana ʻana i kahi kāmela LWIR hoʻonā kiʻekiʻe ʻepekema (e nānā i nā ʻano o nā lako i hoʻohana ʻia ma ka Papa 2). hōʻike i ka wā o ke kahua voltage kiʻekiʻe, piʻi ka mahana o ke kaula me ka monotonically, akā i ka wā ʻaʻohe kahe o ke au, e hoʻomau ka hāʻule ʻana o ka mahana o ke kaula. I ka hoʻonohonoho hoʻokolohua o kēia manawa, ua hāʻule ka mahana o ke kaula SMA i ka wā hoʻoluʻu, akā aia nō ia ma luna o ka mahana ambient. Ma ke kiʻi 2e, hōʻike ʻia kahi kiʻi o ka mahana ma ka uea SMA i lawe ʻia mai ke kāmela LWIR. Ma ka ʻaoʻao ʻē aʻe, ma ke kiʻi 2a, hōʻike ʻia ka ikaika pale i hana ʻia e ka ʻōnaehana hoʻokele. Ke ʻoi aku ka ikaika o nā ʻiʻo ma mua o ka ikaika hoʻihoʻi o ka pūnāwai, hoʻomaka ka lima neʻe, e like me ka mea i hōʻike ʻia ma ke Kiʻi 9a, e neʻe. I ka hoʻomaka ʻana o ka hana, hoʻopili ka lima neʻe me ka sensor, e hana ana i kahi ikaika kino, e like me ka mea i hōʻike ʻia ma ke kiʻi 2c, d. Ke kokoke ka mahana kiʻekiʻe loa i \(84\,^{\circ}\hbox {C}\), ʻo ka ikaika i ʻike ʻia he 105 N.
Hōʻike ka pakuhi i nā hopena hoʻokolohua o ka mahana o ke kaula SMA a me ka ikaika i hana ʻia e ka mea hoʻokani bimodal SMA i loko o ʻelua mau pōʻaiapuni. Hoʻopili ʻia ke ana hoʻokomo i ʻelua mau pōʻaiapuni 10 kekona (i hōʻike ʻia he mau kiko ʻulaʻula) me kahi manawa hoʻomaha 15 kekona ma waena o kēlā me kēia pōʻaiapuni. ʻO ke kaula SMA i hoʻohana ʻia no nā hoʻokolohua he kaula Flexinol 0.51 mm ke 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 laʻana kūʻokoʻa o ka hana o nā mea hoʻokani lima e neʻe ana ma kahi transducer ikaika piezoelectric PACEline CFT/5kN, (b) hōʻike ka pakuhi i ka mahana kiʻekiʻe loa o ke kaula SMA holoʻokoʻa i ka manawa ʻelua mau pōʻaiapuni, (e) hōʻike i kahi kiʻi wela i lawe ʻia mai ke kaula SMA me ka hoʻohana ʻana i ke kāmela polokalamu FLIR ResearchIR LWIR. Hāʻawi ʻia nā palena geometric i noʻonoʻo ʻia i nā hoʻokolohua ma ka Papa. hoʻokahi.
Hoʻohālikelike ʻia nā hopena simulation o ke kumu hoʻohālike makemakika a me nā hopena hoʻokolohua ma lalo o ke kūlana o kahi volta hoʻokomo o 7V, e like me ka mea i hōʻike ʻia ma ke Kiʻi 5. Wahi a nā hopena o ka loiloi parametric a i mea e pale aku ai i ka hiki ke wela loa o ke kaula SMA, ua hoʻolako ʻia kahi mana o 11.2 W i ka actuator. Ua hoʻohana ʻia kahi lako mana DC programmable e hoʻolako iā 7V ma ke ʻano he volta hoʻokomo, a ua ana ʻia ke au o 1.6A ma waena o ke kaula. Hoʻonui ka ikaika i hana ʻia e ka drive a me ka mahana o ka SDR i ka wā e hoʻopili ʻia ai ke au. Me ka volta hoʻokomo o 7V, ʻo ka ikaika puka kiʻekiʻe loa i loaʻa mai nā hopena simulation a me nā hopena hoʻokolohua o ka pōʻaiapuni mua he 78 N a me 96 N, kēlā me kēia. I ka lua o ka pōʻaiapuni, ʻo ka ikaika puka kiʻekiʻe loa o nā hopena simulation a me nā hopena hoʻokolohua he 150 N a me 105 N, kēlā me kēia. ʻO ka ʻokoʻa ma waena o nā ana o ka ikaika occlusion a me ka ʻikepili hoʻokolohua ma muli paha o ke ʻano i hoʻohana ʻia e ana i ka ikaika occlusion. ʻO nā hopena hoʻokolohua i hōʻike ʻia ma ke kiʻi. Pili ʻo 5a i ke ana ʻana o ka ikaika laka, kahi i ana ʻia i ka wā i pili ai ke koʻokoʻo hoʻokele me ka PACEline CFT/5kN piezoelectric force transducer, e like me ka mea i hōʻike ʻia ma ke kiʻi 2s. No laila, i ka wā ʻaʻole pili ke koʻokoʻo hoʻokele me ka sensor ikaika ma ka hoʻomaka ʻana o ka ʻāpana hoʻoluʻu, lilo koke ka ikaika i ka ʻole, e like me ka mea i hōʻike ʻia ma ke Kiʻi 2d. Eia kekahi, ʻo nā palena ʻē aʻe e hoʻopilikia ai i ka hoʻokumu ʻana o ka ikaika i nā pōʻaiapuni ma hope aku, ʻo ia nā waiwai o ka manawa hoʻoluʻu a me ke koina o ka hoʻoili wela convective i ke pōʻaiapuni ma mua. Mai ke kiʻi 2b, hiki ke ʻike ʻia ma hope o kahi manawa hoʻoluʻu 15 kekona, ʻaʻole i hiki ka uea SMA i ka mahana o ka lumi a no laila ua ʻoi aku ka mahana mua (\(40\,^{\circ }\hbox {C}\)) i ke pōʻaiapuni hoʻokele ʻelua i hoʻohālikelike ʻia me ke pōʻaiapuni mua (\(25\, ^{\circ}\hbox {C}\)). No laila, i hoʻohālikelike ʻia me ke kaʻina hana mua, hiki i ka mahana o ke kaula SMA i ka wā o ke kaʻina hana hoʻomehana ʻelua ke hiki i ka mahana austenite mua (\(A_s\)) ma mua a noho i ka wā hoʻololi lōʻihi, e hopena ana i ke kaumaha a me ka ikaika. Ma ka ʻaoʻao ʻē aʻe, ʻo nā hoʻolaha mahana i ka wā o nā kaʻina hana hoʻomehana a me ka hoʻoluʻu ʻana i loaʻa mai nā hoʻokolohua a me nā simulations he ʻano like kiʻekiʻe me nā hiʻohiʻona mai ka loiloi thermographic. Ua hōʻike ka loiloi hoʻohālikelike o ka ʻikepili wela kaula SMA mai nā hoʻokolohua a me nā simulations i ke kūlike i ka wā o nā kaʻina hana hoʻomehana a me ka hoʻoluʻu ʻana a i loko o nā ʻae ʻia no ka ʻikepili hoʻokolohua. ʻO ka mahana kiʻekiʻe loa o ke kaula SMA, i loaʻa mai nā hopena o ka simulation a me nā hoʻokolohua o ke kaʻina hana mua, ʻo ia ka \(89\,^{\circ }\hbox {C}\) a me \(75\,^{\circ }\hbox { C }\, kēlā me kēia ), a i ka lua o ke kaʻina hana ʻo ka mahana kiʻekiʻe loa o ke kaula SMA ʻo ia ka \(94\,^{\circ }\hbox {C}\) a me \(83\,^{\circ }\ hbox {C}\). Hōʻoia ke kumu hoʻohālike i hoʻomohala ʻia i ka hopena o ka hopena hoʻomanaʻo ʻano. ʻAʻole i noʻonoʻo ʻia ke kuleana o ka luhi a me ka wela nui ʻana ma kēia loiloi. I ka wā e hiki mai ana, e hoʻomaikaʻi ʻia ke kumu hoʻohālike e hoʻokomo i ka mōʻaukala koʻikoʻi o ka uea SMA, e ʻoi aku ka kūpono no nā noi ʻenekinia. ʻO ka ikaika hoʻopuka drive a me nā kiʻi mahana SMA i loaʻa mai ka poloka Simulink aia i loko o nā ʻae ʻia o ka ʻikepili hoʻokolohua ma lalo o ke kūlana o kahi pulse voltage input o 7 V. Hōʻoia kēia i ka pololei a me ka hilinaʻi o ke kumu hoʻohālike makemakika i hoʻomohala ʻia.
Ua hoʻomohala ʻia ke kumu hoʻohālike makemakika ma ke kaiapuni MathWorks Simulink R2020b me ka hoʻohana ʻana i nā kaulike kumu i wehewehe ʻia ma ka ʻāpana Methods. Ma ke kiʻi 3b e hōʻike ana i kahi kiʻikuhi poloka o ke kumu hoʻohālike makemakika Simulink. Ua hoʻohālike ʻia ke kumu hoʻohālike no kahi pulse voltage hoʻokomo 7V e like me ka mea i hōʻike ʻia ma ke kiʻi 2a, b. Ua helu ʻia nā waiwai o nā palena i hoʻohana ʻia ma ka simulation ma ka Papa 1. Hōʻike ʻia nā hopena o ka simulation o nā kaʻina hana transient ma nā Kiʻi 1 a me 1. Nā Kiʻi 3a a me 4. Ma ke kiʻi 4a,b e hōʻike ana i ka voltage i hoʻokomo ʻia i loko o ke kaula SMA a me ka ikaika i hana ʻia e ka actuator ma ke ʻano he hana o ka manawa. I ka wā o ka hoʻololi hoʻohuli (hoʻomehana ʻana), i ka wā e like ai ka mahana o ke kaula SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (ka mahana hoʻomaka o ka pae austenite i hoʻololi ʻia e ke kaumaha), ʻo ka wikiwiki o ka loli o ka hapa nui o ka martensite (\(\dot{\xi }\)) e lilo i ʻole. I ka wā o ka hoʻololi hoʻohuli (hoʻomehana ʻana), i ka wā e emi ai ka mahana o ke kaula SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (ka mahana hoʻomaka o ka pae austenite i hoʻololi ʻia e ke kaumaha), ʻo ka wikiwiki o ka loli o ka hapa nui o ka martensite (\(\dot{\ xi }\)) e lilo i ʻole. Во время обратного превращения (нагрева), когда температура проволоки SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (температура начала аустенифидино, ценфинодино напряжением), скорость изменения объемной доли мартенсита (\(\dot{\ xi }\)) будет равно нулю. I ka wā o ka hoʻololi hoʻohuli (hoʻomehana ʻana), i ka wā e emi ai ka mahana o ke kaula SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (ka mahana hoʻomaka austenite i hoʻololi ʻia e ke kaumaha), ʻo ka wikiwiki o ka loli o ka hapa nui o ka martensite (\(\dot{\ xi }\ )) e lilo i ʻole.在反向转变（加热）过程中，当SMA 线温度\(T < A_s^{\prime}\)（应力修正奥氏体相起始温度）时，马氏体体积分数的变化率（\(化率（\(化率（\(谛体)。在 反向 转变 （加热） 中 ， 当 当 当 线 温度 \ (t
(a) Ka hopena hoʻohālike e hōʻike ana i ka hoʻolaha ʻana o ka mahana a me ka mahana o ka hui ʻana i hoʻokomo ʻia e ke kaumaha i loko o kahi mea hoʻokani divalerate SMA. Ke hele ka mahana o ke kaula i ka mahana hoʻololi austenite i ke kahua hoʻomehana, hoʻomaka ka mahana hoʻololi austenite i hoʻololi ʻia e piʻi, a pēlā nō, ke hele ka mahana o ke koʻokoʻo kaula i ka mahana hoʻololi martensitic i ke kahua hoʻoluʻu, emi ka mahana hoʻololi martensitic. SMA no ke kumu hoʻohālike analytical o ke kaʻina hana actuation. (No kahi ʻike kikoʻī o kēlā me kēia subsystem o kahi kumu hoʻohālike Simulink, e ʻike i ka ʻāpana appendix o ka faila hoʻohui.)
Hōʻike ʻia nā hopena o ka loiloi no nā hoʻolaha ʻana o nā palena like ʻole no ʻelua mau pōʻaiapuni o ke anakahi hoʻokomo 7V (10 kekona mau pōʻaiapuni hoʻomehana a me 15 kekona mau pōʻaiapuni hoʻomaʻalili). ʻOiai ʻo (ac) a me (e) e hōʻike ana i ka hoʻolaha ʻana i ka manawa, ma ka ʻaoʻao ʻē aʻe, ʻo (d) a me (f) e hōʻike ana i ka hoʻolaha ʻana me ka mahana. No nā kūlana hoʻokomo pili, ʻo ke kaumaha nui loa i ʻike ʻia he 106 MPa (ʻoi aku ka liʻiliʻi ma mua o 345 MPa, ka ikaika hua uea), ʻo ka ikaika he 150 N, ʻo ka neʻe nui loa he 270 µm, a ʻo ka hapa liʻiliʻi o ka martensitic volume he 0.91. Ma ka ʻaoʻao ʻē aʻe, ʻo ka loli o ke kaumaha a me ka loli o ka hapa nui o ka martensite me ka mahana ua like ia me nā ʻano hysteresis.
Pili ka wehewehe like i ka hoʻololi pololei (hoʻoluʻu) mai ka pae austenite a i ka pae martensite, kahi i maikaʻi loa ai ka mahana o ke kaula SMA (T) a me ka mahana hope o ka pae martensite i hoʻololi ʻia e ke kaumaha (\(M_f^{\prime}\ )). Ma ke kiʻi 4d, hōʻike ʻo f i ka loli o ke kaumaha i hoʻokomo ʻia (\(\sigma\)) a me ka hapa nui o ka martensite (\(\xi\)) i loko o ke kaula SMA ma ke ʻano he hana o ka loli o ka mahana o ke kaula SMA (T), no nā pōʻaiapuni hoʻokele ʻelua. Ma ke kiʻi 3a hōʻike i ka loli o ka mahana o ke kaula SMA me ka manawa ma muli o ka pulse voltage hoʻokomo. E like me ka mea i ʻike ʻia mai ke kiʻi, hoʻomau ka piʻi ʻana o ka mahana o ke kaula ma ka hāʻawi ʻana i kahi kumu wela ma ka voltage zero a me ka hoʻoluʻu convective ma hope. I ka wā hoʻomehana, hoʻomaka ka hoʻololi hou ʻana o ka martensite i ka pae austenite ke hele ka mahana o ke kaula SMA (T) i ka mahana nucleation austenite i hoʻoponopono ʻia e ke kaumaha (\(A_s^{\prime}\)). I loko o kēia pae, ua hoʻopaʻa ʻia ke kaula SMA a hoʻoulu ka actuator i ka ikaika. Eia kekahi i ka wā hoʻoluʻu, i ka wā e hele ai ka mahana o ke kaula SMA (T) i ka mahana nucleation o ka pae martensite i hoʻololi ʻia e ke kaumaha (\(M_s^{\prime}\)) aia kahi hoʻololi maikaʻi mai ka pae austenite i ka pae martensite. emi ka ikaika hoʻokele.
Hiki ke loaʻa nā ʻano qualitative nui o ka bimodal drive e pili ana iā SMA mai nā hopena simulation. I ke ʻano o kahi hoʻokomo pulse voltage, piʻi ka mahana o ke kaula SMA ma muli o ka hopena hoʻomehana Joule. Ua hoʻonohonoho ʻia ka waiwai mua o ka martensite volume fraction (\(\xi\)) i 1, ʻoiai aia ka mea i ka wā mua i kahi pae martensitic piha. Ke hoʻomau nei ka wela o ke kaula, ʻoi aku ka mahana o ke kaula SMA ma mua o ka mahana nucleation austenite i hoʻoponopono ʻia e ke kaumaha \(A_s^{\prime}\), e hopena ana i ka emi ʻana o ka martensite volume fraction, e like me ka mea i hōʻike ʻia ma ke Kiʻi 4c. Eia kekahi, ma ke kiʻi. Hōʻike ʻo 4e i ka hoʻokaʻawale ʻana o nā hahau o ka actuator i ka manawa, a ma ke kiʻi. 5 - ka ikaika hoʻokele e like me ka hana o ka manawa. ʻO kahi ʻōnaehana pili o nā kaulike e pili ana i ka mahana, ka martensite volume fraction, a me ke kaumaha e ulu ana i loko o ke kaula, e hopena ana i ka emi ʻana o ke kaula SMA a me ka ikaika i hana ʻia e ka actuator. E like me ka mea i hōʻike ʻia ma ke kiʻi. 4d,f, ʻo ka loli o ke ana me ka mahana a me ka loli o ka hapa martensite me ka mahana e pili ana i nā ʻano hysteresis o ka SMA i ka hihia hoʻohālike ma 7 V.
Ua loaʻa ka hoʻohālikelike ʻana o nā palena hoʻokele ma o nā hoʻokolohua a me nā helu loiloi. Ua hoʻokomo ʻia nā uea i kahi volta hoʻokomo pulsed o 7 V no 10 kekona, a laila ua hoʻomaʻalili ʻia no 15 kekona (pae hoʻomaʻalili) ma luna o ʻelua mau pōʻaiapuni. Ua hoʻonohonoho ʻia ke kihi pinnate i \(40^{\circ}\) a ua hoʻonohonoho ʻia ka lōʻihi mua o ke uea SMA ma kēlā me kēia wāwae pine hoʻokahi i 83mm. (a) Ke ana ʻana i ka ikaika hoʻokele me kahi cell ukana (b) Ke nānā ʻana i ka mahana o ke uea me kahi kāmela infrared thermal.
I mea e hoʻomaopopo ai i ka mana o nā palena kino ma ka ikaika i hana ʻia e ka drive, ua hana ʻia kahi loiloi o ka ʻike o ke kumu hoʻohālike makemakika i nā palena kino i koho ʻia, a ua hoʻonohonoho ʻia nā palena e like me ko lākou mana. ʻO ka mea mua, ua hana ʻia ka laʻana o nā palena hoʻohālike me ka hoʻohana ʻana i nā loina hoʻolālā hoʻokolohua i hahai i kahi hoʻolaha like (e ʻike i ka Māhele Hoʻohui ma ka Nānā ʻIke). I kēia hihia, ʻo nā palena hoʻohālike e komo pū me ka volta hoʻokomo (\(V_{in}\)), ka lōʻihi o ke kaula SMA mua (\(l_0\)), ke kihi triangle (\(\alpha\)), ka paʻa puna bias (\( K_x\ )), ke koina hoʻoili wela convective (\(h_T\)) a me ka helu o nā lālā unimodal (n). I ka hana aʻe, ua koho ʻia ka ikaika o ka ʻiʻo kiʻekiʻe ma ke ʻano he koi hoʻolālā haʻawina a ua loaʻa nā hopena parametric o kēlā me kēia set o nā loli ma ka ikaika. Ua loaʻa nā kiʻi tornado no ka loiloi ʻike mai nā koina correlation no kēlā me kēia palena, e like me ka mea i hōʻike ʻia ma ke Kiʻi 6a.
(a) Hōʻike ʻia nā waiwai coefficient correlation o nā palena kumu hoʻohālike a me ko lākou hopena ma ka ikaika hoʻopuka kiʻekiʻe loa o 2500 mau hui kū hoʻokahi o nā palena kumu hoʻohālike ma luna ma ka pakuhi tornado. Hōʻike ka pakuhi i ka pilina kūlana o kekahi mau ʻōkuhi. Ua maopopo ʻo \(V_{in}\) wale nō ka palena me ka pilina maikaʻi, a ʻo \(l_0\) ka palena me ka pilina maikaʻi ʻole kiʻekiʻe loa. Hōʻike ʻia ka hopena o nā palena like ʻole i nā hui like ʻole ma ka ikaika o nā ʻiʻo kiʻekiʻe ma (b, c). Loaʻa iā \(K_x\) mai 400 a 800 N/m a loaʻa iā n mai 4 a 24. Ua loli ke voltage (\(V_{in}\)) mai 4V a 10V, ua loli ka lōʻihi o ke kaula (\(l_{0 } \)) mai 40 a 100 mm, a ua loli ke kihi huelo (\ (\alpha \)) mai \ (20 – 60 \, ^ {\circ }\).
Ma ke kiʻi 6a e hōʻike ana i kahi kiʻi tornado o nā coefficients correlation like ʻole no kēlā me kēia parameter me nā koi hoʻolālā mana hoʻokele kiʻekiʻe. Mai ke kiʻi 6a hiki ke ʻike ʻia ua pili pono ka parameter voltage (\(V_{in}\)) i ka ikaika hoʻopuka kiʻekiʻe loa, a ʻo ka coefficient hoʻoili wela convective (\(h_T\)), ke kihi lapalapa (\( \alpha\)), ka neʻe ʻana o ka puna mau (\(K_x\)) ua pili maikaʻi ʻole me ka ikaika hoʻopuka a me ka lōʻihi mua (\(l_0\)) o ke kaula SMA, a ʻo ka helu o nā lālā unimodal (n) e hōʻike ana i kahi pilina inverse ikaika I ke ʻano o ka pilina pololei I ke ʻano o kahi waiwai kiʻekiʻe o ka coefficient correlation voltage (\(V_ {in}\)) e hōʻike ana he hopena nui loa kēia parameter i ka mana hoʻopuka. ʻO kekahi loiloi like e ana i ka ikaika kiʻekiʻe ma ka loiloi ʻana i ka hopena o nā parameter like ʻole i nā hui like ʻole o nā wahi helu ʻelua, e like me ka mea i hōʻike ʻia ma ke Kiʻi 6b, c. Loaʻa iā \(V_{in}\) a me \(l_0\), \(\alpha\) a me \(l_0\) nā ʻano like, a hōʻike ka pakuhi he like nā ʻano o \(V_{in}\) a me \(\alpha\) a me \(\alpha\). ʻO nā waiwai liʻiliʻi o \(l_0\) e hopena i nā ikaika kiʻekiʻe. Kūlike nā kiʻi ʻelua ʻē aʻe me ke Kiʻi 6a, kahi i pili maikaʻi ʻole ai ʻo n a me \(K_x\) a pili maikaʻi ʻo \(V_{in}\). Kōkua kēia loiloi i ka wehewehe ʻana a me ka hoʻoponopono ʻana i nā palena hoʻohuli e hiki ai ke hoʻololi i ka ikaika hoʻopuka, ka hahau a me ka pono o ka ʻōnaehana hoʻokele i nā koi a me ka noi.
Hoʻolauna a noiʻi ka hana noiʻi o kēia manawa i nā drive hierarchical me nā pae N. Ma kahi hierarchy ʻelua-pae, e like me ka mea i hōʻike ʻia ma ke Kiʻi 7a, kahi ma kahi o kēlā me kēia uea SMA o ka actuator pae mua, ua hoʻokō ʻia kahi hoʻonohonoho bimodal, e like me ka mea i hōʻike ʻia ma ke kiʻi 9e. Ma ke kiʻi 7c e hōʻike ana pehea e hoʻopuni ʻia ai ke uea SMA a puni kahi lima neʻe (lima kōkua) e neʻe wale ana i ke kuhikuhi longitudinal. Eia naʻe, ke hoʻomau nei ka lima neʻe mua i ka neʻe ʻana ma ke ʻano like me ka lima neʻe o ka actuator multi-stage 1st stage. ʻO ka maʻamau, hana ʻia kahi drive N-stage ma ka hoʻololi ʻana i ke uea SMA \(N-1\) stage me kahi drive stage mua. ʻO ka hopena, hoʻohālike kēlā me kēia lālā i ka drive stage mua, koe wale nō ka lālā e paʻa ana i ke uea ponoʻī. Ma kēia ʻano, hiki ke hoʻokumu ʻia nā ʻano i hoʻopili ʻia e hana i nā ikaika i ʻoi aku ka nui ma mua o nā ikaika o nā drive mua. Ma kēia haʻawina, no kēlā me kēia pae, ua noʻonoʻo ʻia kahi lōʻihi uea SMA kūpono o 1 m, e like me ka mea i hōʻike ʻia ma ke ʻano tabular ma ke Kiʻi 7d. ʻO ke au ma o kēlā me kēia uea i kēlā me kēia hoʻolālā unimodal a me ka prestress hopena a me ka voltage i kēlā me kēia ʻāpana uea SMA ua like ia ma kēlā me kēia pae. Wahi a kā mākou kumu hoʻohālike analytical, ua pili pono ka ikaika hoʻopuka me ka pae, ʻoiai ua pili maikaʻi ʻole ka neʻe ʻana. I ka manawa like, aia kahi kālepa ma waena o ka neʻe ʻana a me ka ikaika o nā ʻiʻo. E like me ka mea i ʻike ʻia ma ke kiʻi 7b, ʻoiai ua hoʻokō ʻia ka ikaika kiʻekiʻe loa ma ka helu nui loa o nā papa, ʻike ʻia ka neʻe nui loa ma ka papa haʻahaʻa loa. I ka wā i hoʻonohonoho ʻia ai ka pae hierarchy i \(N=5\), ua loaʻa kahi ikaika ʻiʻo kiʻekiʻe o 2.58 kN me 2 mau hahau i ʻike ʻia \(\upmu\)m. Ma ka ʻaoʻao ʻē aʻe, hoʻopuka ka drive pae mua i kahi ikaika o 150 N ma kahi hahau o 277 \(\upmu\)m. Hiki i nā actuators multi-level ke hoʻohālike i nā ʻiʻo olaola maoli, kahi e hiki ai i nā ʻiʻo hana i hoʻokumu ʻia ma nā alloys hoʻomanaʻo ʻano ke hoʻopuka i nā ikaika kiʻekiʻe me nā neʻe pololei a maikaʻi. ʻO nā palena o kēia hoʻolālā miniaturized ʻo ia ka piʻi ʻana o ka hierarchy, ua hoʻemi nui ʻia ka neʻe ʻana a piʻi ka paʻakikī o ke kaʻina hana drive.
(a) Hōʻike ʻia kahi ʻōnaehana hoʻokumu linear alloy hoʻomanaʻo ʻelua-kahua (\(N=2\)) i kahi hoʻonohonoho bimodal. Hoʻokō ʻia ke kumu hoʻohālike i manaʻo ʻia ma ka hoʻololi ʻana i ka uea SMA ma ka hoʻokumu papa mua me kahi hoʻokumu papa hoʻokahi ʻē aʻe. (c) Hoʻonohonoho hoʻololi ʻia o ka hoʻokumu multilayer lua. (b) Ua wehewehe ʻia ka hoʻolaha ʻana o nā ikaika a me nā neʻe ʻana ma muli o ka helu o nā pae. Ua ʻike ʻia ua pili pono ka ikaika kiʻekiʻe o ka hoʻokumu me ka pae unahi ma ka pakuhi, ʻoiai ua pili maikaʻi ʻole ka hahau me ka pae unahi. Noho mau ke au a me ka pre-voltage i kēlā me kēia uea ma nā pae āpau. (d) Hōʻike ka papa i ka helu o nā piula a me ka lōʻihi o ka uea SMA (fiber) ma kēlā me kēia pae. Hōʻike ʻia nā ʻano o nā uea e ka helu kuhikuhi 1, a ʻo ka helu o nā lālā lua (hoʻokahi i pili i ka wāwae mua) ua hōʻike ʻia e ka helu nui loa ma ka subscript. Eia kekahi laʻana, ma ka pae 5, ʻo \(n_1\) e pili ana i ka helu o nā uea SMA i loko o kēlā me kēia ʻano bimodal, a ʻo \(n_5\) e pili ana i ka helu o nā wāwae kōkua (hoʻokahi i pili i ka wāwae nui).
Ua hāpai ʻia nā ʻano hana like ʻole e nā mea noiʻi he nui e hoʻohālike i ke ʻano o nā SMA me ka hoʻomanaʻo ʻano, e hilinaʻi ana i nā waiwai thermomechanical e hele pū ana me nā loli macroscopic i ke ʻano kristal e pili ana me ka hoʻololi ʻana o ka pae. He paʻakikī maoli ka hoʻokumu ʻana o nā ʻano hana 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 hāpai ʻia e Tanaka [28] ʻo ka hapa nui o ka martensite he hana exponential o ka mahana a me ke kaumaha. Ma hope mai, ua hāpai ʻo Liang lāua ʻo Rogers29 lāua ʻo Brinson30 i kahi kumu hoʻohālike kahi i manaʻo ʻia ai ka dynamics hoʻololi pae he hana cosine o ka voltage a me ka mahana, me nā hoʻololi iki i ke kumu hoʻohālike. Ua hāpai ʻo Becker lāua ʻo Brinson i kahi kumu hoʻohālike kinetic e pili ana i ka diagram pae e hoʻohālike i ke ʻano o nā mea SMA ma lalo o nā kūlana hoʻouka arbitrary a me nā hoʻololi hapa. Hoʻohana ʻo Banerjee32 i ke ʻano dynamics diagram pae ʻo Bekker lāua ʻo Brinson31 e hoʻohālike i kahi manipulator kūʻokoʻa hoʻokahi i hoʻomohala ʻia e Elahinia lāua ʻo Ahmadian33. ʻO nā ʻano hana Kinetic e pili ana i nā kiʻikuhi pae, e noʻonoʻo ana i ka loli nonmonotonic i ka voltage me ka mahana, he paʻakikī ke hoʻokō i nā noi ʻenekinia. Hoʻomaopopo ʻo Elakhinia lāua ʻo Ahmadian i kēia mau hemahema o nā hiʻohiʻona phenomenological e kū nei a hāpai i kahi kumu hoʻohālike phenomenological i hoʻonui ʻia e kālailai a wehewehe i ke ʻano hoʻomanaʻo ʻano ma lalo o kekahi mau kūlana hoʻouka paʻakikī.
Hāʻawi ke kumu hoʻohālike hoʻonohonoho o ka uea SMA i ke kaumaha (\(\sigma\)), ke kaumaha (\(\epsilon\)), ka mahana (T), a me ka hapa nui o ka martensite (\(\xi\)) o ka uea SMA. Ua hāpai mua ʻia ke kumu hoʻohālike constitutive phenomenological e Tanaka28 a ma hope ua lawe ʻia e Liang29 lāua ʻo Brinson30. ʻO ke ʻano o ka derivative o ka hoohalike:
kahi ʻo E ka modulus SMA Young e pili ana i ka pae i loaʻa me ka hoʻohana ʻana iā \(\displaystyle E=\xi E_M + (1-\xi )E_A\) a me \(E_A\) a me \(E_M\) e hōʻike ana i ka modulus a Young he mau pae austenitic a me martensitic, a ua hōʻike ʻia ke koina o ka hoʻonui ʻana o ka thermal e \(\theta _T\). ʻO ka mea hāʻawi hoʻololi pae ʻo \(\Omega = -E \epsilon _L\) a ʻo \(\epsilon _L\) ke kaumaha hiki ke hoʻihoʻi ʻia ma ka uea SMA.
Hoʻohālikelike ka hoʻohālikelike dynamics phase me ka hana cosine i hoʻomohala ʻia e Liang29 a ma hope i lawe ʻia e Brinson30 ma kahi o ka hana exponential i hāpai ʻia e Tanaka28. ʻO ke kumu hoʻohālike hoʻololi phase kahi hoʻonui o ke kumu hoʻohālike i hāpai ʻia e Elakhinia lāua ʻo Ahmadian34 a hoʻololi ʻia ma muli o nā kūlana hoʻololi phase i hāʻawi ʻia e Liang29 lāua ʻo Brinson30. Kūpono nā kūlana i hoʻohana ʻia no kēia kumu hoʻohālike hoʻololi phase ma lalo o nā ukana thermomechanical paʻakikī. I kēlā me kēia manawa o ka manawa, ua helu ʻia ka waiwai o ka hapa nui o ka martensite i ka wā e hoʻohālike ai i ka hoʻohālikelike constitutive.
ʻO ke kaulike hoʻololi hou ʻana, i hōʻike ʻia e ka hoʻololi ʻana o ka martensite i ka austenite ma lalo o nā kūlana hoʻomehana, penei:
kahi ʻo \(\xi\) ka hapa nui o ka martensite, ʻo \(\xi _M\) ka hapa nui o ka martensite i loaʻa ma mua o ka hoʻomehana ʻana, \(\displaystyle a_A = \pi /(A_f – A_s)\), \ ( \displaystyle b_A = -a_A/C_A\) a me \(C_A\) – nā palena hoʻokokoke piʻo, T – ka mahana uea SMA, \(A_s\) a me \(A_f\) – ka hoʻomaka a me ka hopena o ka pae austenite, kēlā me kēia, ka mahana.
ʻO ke kaulike kaohi hoʻololi pololei, i hōʻike ʻia e ka hoʻololi pae o ka austenite i ka martensite ma lalo o nā kūlana hoʻoluʻu, penei:
kahi \(\xi _A\) ka hapa nui o ka martensite i loaʻa ma mua o ka hoʻomaʻalili ʻana, \(\displaystyle a_M = \pi /(M_s – M_f)\), \(\displaystyle b_M = -a_M/C_M\) a me \ ( C_M \) – nā palena hoʻokomo piʻo, T – ka mahana o ke kaula SMA, \(M_s\) a me \(M_f\) – nā mahana martensite mua a me ka hope loa, kēlā me kēia.
Ma hope o ka hoʻokaʻawale ʻia ʻana o nā kaulike (3) a me (4), ua hoʻomaʻalahi ʻia nā kaulike hoʻololi inverse a me direct i ke ʻano penei:
I ka wā o ka hoʻololi ʻana i mua a i hope, lawe ʻo \(\eta _{\sigma}\) a me \(\eta _{T}\) i nā waiwai like ʻole. Ua loaʻa mai nā kaulike kumu e pili ana me \(\eta _{\sigma}\) a me \(\eta _{T}\) a ua kūkākūkā ʻia me nā kikoʻī ma kahi ʻāpana hou aʻe.
ʻO ka ikehu wela e pono ai e hoʻokiʻekiʻe i ka mahana o ka uea SMA mai ka hopena hoʻomehana Joule. ʻO ka ikehu wela i omo ʻia a hoʻokuʻu ʻia paha e ka uea SMA e hōʻike ʻia e ka wela huna o ka hoʻololi ʻana. ʻO ka nalowale o ka wela i loko o ka uea SMA ma muli o ka convection i hoʻoikaika ʻia, a no ka hopena liʻiliʻi o ka radiation, penei ke kaulike ikehu wela:
Ma kahi o \(m_{wire}\) ka nuipaʻa holoʻokoʻa o ke kaula SMA, ʻo \(c_{p}\) ka mana wela kikoʻī o ka SMA, ʻo \(V_{in}\) ka uila i hoʻopili ʻia i ke kaula, \(R_{ohm} \ ) - ke kū'ē ʻana o ka pae SMA, i wehewehe ʻia e like me; \(R_{ohm} = (l/A_{cross})[\xi r_M + (1-\xi )r_A]\ ) ma kahi o \(r_M\ ) a me \(r_A\) ka resistivity pae SMA ma martensite a me austenite, kēlā me kēia, ʻo \(A_{c}\) ka ʻili o ke kaula SMA, ʻo \(\Delta H \) kahi mea hoʻomanaʻo ʻano. ʻO ka wela latent o ka hoʻololi ʻana o ke kaula, ʻo T a me \(T_{\infty}\) nā mahana o ke kaula SMA a me ke kaiapuni, kēlā me kēia.
Ke hoʻoulu ʻia kahi uea hoʻomanaʻo ʻano, ʻomi ka uea, e hana ana i kahi ikaika ma kēlā me kēia lālā o ka hoʻolālā bimodal i kapa ʻia ʻo ka ikaika fiber. ʻO nā ikaika o nā fibers ma kēlā me kēia kaula o ka uea SMA e hana pū i ka ikaika ʻiʻo e hoʻoulu ai, e like me ka mea i hōʻike ʻia ma ke Kiʻi 9e. Ma muli o ke alo o kahi pūnāwai biasing, ʻo ka ikaika ʻiʻo holoʻokoʻa o ka actuator multilayer Nth:
Ma ke pani ʻana iā \(N = 1\) i loko o ka hoʻohālikelike (7), hiki ke loaʻa ka ikaika o nā ʻiʻo o ka prototype drive bimodal pae mua penei:
kahi ʻo n ka helu o nā wāwae unimodal, ʻo \(F_m\) ka ikaika ʻiʻo i hana ʻia e ka drive, ʻo \(F_f\) ka ikaika o ke fiber i loko o ke kaula SMA, ʻo \(K_x\) ka ʻoʻoleʻa bias. puna, ʻo \(\alpha\) ke kihi o ka huinakolu, ʻo \(x_0\) ka offset mua o ka puna bias e hoʻopaʻa i ke kaula SMA ma ke kūlana pre-tensioned, a ʻo \(\Delta x\) ka huakaʻi actuator.
ʻO ka neʻe holoʻokoʻa a i ʻole ka neʻe ʻana o ka drive (\(\Delta x\)) ma muli o ke voltage (\(\sigma\)) a me ke kaumaha (\(\epsilon\)) ma ka uea SMA o ke kahua N, ua hoʻonohonoho ʻia ka drive i (e nānā i ke Kiʻi. ʻāpana hou o ka hopena):
Hāʻawi nā kaulike kinematic i ka pilina ma waena o ka hoʻololi ʻana o ka drive (\(\epsilon\)) a me ka neʻe ʻana a i ʻole ka neʻe ʻana (\(\Delta x\)). ʻO ka hoʻololi ʻana o ke kaula Arb ma ke ʻano he hana o ka lōʻihi o ke kaula Arb mua (\(l_0\)) a me ka lōʻihi o ke kaula (l) i kēlā me kēia manawa t ma kekahi lālā unimodal penei:
kahi i loaʻa ai ʻo \(l = \sqrt{l_0^2 +(\Delta x_1)^2 – 2 l_0 (\Delta x_1) \cos \alpha _1}\) ma ka hoʻopili ʻana i ke ʻano cosine ma \(\Delta\)ABB ', e like me ka mea i hōʻike ʻia ma ke Kiʻi 8. No ka hoʻokele pae mua (\(N = 1\)), ʻo \(\Delta x_1\) ʻo \(\Delta x\), a ʻo \(\alpha _1\) ʻo \(\alpha \) e like me ka mea i hōʻike ʻia ma E like me ka mea i hōʻike ʻia ma ke Kiʻi 8, ma ka hoʻokaʻawale ʻana i ka manawa mai ka Equation (11) a me ka hoʻololi ʻana i ka waiwai o l, hiki ke kākau ʻia ka helu strain penei:
kahi ʻo \(l_0\) ka lōʻihi mua o ke kaula SMA, ʻo l ka lōʻihi o ke kaula i kēlā me kēia manawa t i hoʻokahi lālā unimodal, ʻo \(\epsilon\) ka deformation i hoʻomohala ʻia ma ke kaula SMA, a ʻo \(\alpha \) ke kihi o ka huinakolu, ʻo \(\Delta x\) ka drive offset (e like me ka mea i hōʻike ʻia ma ke Kiʻi 8).
Hoʻopili ʻia nā ʻano n hoʻokahi-kiʻekiʻe āpau (\(n=6\) ma kēia kiʻi) ma ke ʻano he moʻo me \(V_{in}\) ma ke ʻano he voltage hoʻokomo. Pae I: Kiʻikuhi schematic o ke kaula SMA ma kahi hoʻonohonoho bimodal ma lalo o nā kūlana voltage zero Pae II: Hōʻike ʻia kahi ʻano i kāohi ʻia kahi i hoʻopaʻa ʻia ai ke kaula SMA ma muli o ka hoʻololi inverse, e like me ka mea i hōʻike ʻia e ka laina ʻulaʻula.
Ma ke ʻano he hōʻike o ka manaʻo, ua hoʻomohala ʻia kahi kaʻa bimodal e pili ana i ka SMA e hoʻāʻo i ka hoʻohālikelike ʻana o nā kaulike ma lalo me nā hopena hoʻokolohua. Hōʻike ʻia ke kumu hoʻohālike CAD o ka actuator linear bimodal ma ke kiʻi 9a. Ma ka ʻaoʻao ʻē aʻe, ma ke kiʻi 9c e hōʻike ana i kahi hoʻolālā hou i manaʻo ʻia no kahi pilina prismatic rotational e hoʻohana ana i kahi actuator SMA ʻelua-plane me kahi ʻano bimodal. Ua hana ʻia nā ʻāpana hoʻokele me ka hoʻohana ʻana i ka hana hoʻohui ma kahi mīkini paʻi Ultimaker 3 Extended 3D. ʻO ka mea i hoʻohana ʻia no ka paʻi 3D o nā ʻāpana he polycarbonate i kūpono no nā mea pale wela no ka mea he ikaika, paʻa a he mahana hoʻololi aniani kiʻekiʻe (110-113 \(^{\circ }\) C). Eia kekahi, ua hoʻohana ʻia ʻo Dynalloy, Inc. Flexinol shape memory alloy wire i nā hoʻokolohua, a ua hoʻohana ʻia nā waiwai mea e pili ana i ka uea Flexinol i nā simulations. Hoʻonohonoho ʻia nā uea SMA he nui e like me nā olonā i loaʻa i kahi hoʻonohonoho bimodal o nā ʻiʻo e loaʻa ai nā ikaika kiʻekiʻe i hana ʻia e nā actuators multilayer, e like me ka mea i hōʻike ʻia ma ke Kiʻi 9b, d.
E like me ka mea i hōʻike ʻia ma ke Kiʻi 9a, ʻo ke kihi ʻoi i hana ʻia e ka uea SMA lima hiki ke hoʻoneʻe ʻia ua kapa ʻia ʻo ke kihi (\(\alpha\)). Me nā ʻūmiʻi hope i hoʻopili ʻia i nā ʻūmiʻi hema a me ka ʻākau, ua paʻa ka uea SMA ma ke kihi bimodal i makemake ʻia. Ua hoʻolālā ʻia ka mea puna bias i paʻa ʻia ma ka mea hoʻohui puna e hoʻoponopono i nā hui hoʻonui puna bias like ʻole e like me ka helu (n) o nā olonā SMA. Eia kekahi, ua hoʻolālā ʻia kahi o nā ʻāpana neʻe i hiki ai i ka uea SMA ke hōʻike ʻia i ke kaiapuni waho no ka hoʻoluʻu convection i hoʻoikaika ʻia. Kōkua nā papa luna a me lalo o ka ʻaha hoʻokaʻawale e mālama i ka uea SMA i ke anuanu me nā ʻoki i hoʻopili ʻia i hoʻolālā ʻia e hōʻemi i ke kaumaha. Eia kekahi, ua hoʻopaʻa ʻia nā wēlau ʻelua o ka uea CMA i nā wēlau hema a me ka ʻākau, ma o kahi crimp. Hoʻopili ʻia kahi plunger i kekahi wēlau o ka ʻaha hoʻoneʻe e mālama i ka ʻokoʻa ma waena o nā papa luna a me lalo. Hoʻohana ʻia ka plunger e hoʻopili i kahi ikaika pale i ka sensor ma o kahi pilina e ana i ka ikaika pale i ka wā e hoʻāla ʻia ai ka uea SMA.
Hoʻopili uila ʻia ke ʻano o ka ʻiʻo bimodal SMA ma ke ʻano he moʻo a hoʻohana ʻia e kahi voltage pulse input. I ka wā o ke kaʻina hana pulse voltage, ke hoʻopili ʻia ka voltage a hoʻomehana ʻia ke kaula SMA ma luna o ka mahana mua o ka austenite, ua pōkole ka lōʻihi o ke kaula i kēlā me kēia kaula. Hoʻāla kēia huki hou ʻana i ka subassembly lima neʻe. I ka wā i hoʻokaʻawale ʻia ai ke voltage i ka pōʻaiapuni like, ua hoʻomaʻalili ʻia ke kaula SMA wela ma lalo o ka mahana o ka ʻili martensite, a laila e hoʻi ana i kona kūlana mua. Ma lalo o nā kūlana koʻikoʻi ʻole, ua hoʻolōʻihi mua ʻia ke kaula SMA e kahi pūnāwai bias e hiki ai i ke kūlana martensitic detwinned. ʻO ka wili, kahi e hele ai ke kaula SMA, neʻe ma muli o ke kaomi i hana ʻia e ka hoʻopili ʻana i kahi pulse voltage i ke kaula SMA (hiki ʻo SPA i ka pae austenite), kahi e alakaʻi ai i ka hoʻāla ʻana o ka lever neʻe. Ke huki hou ʻia ke kaula SMA, hana ka pūnāwai bias i kahi ikaika kūʻē ma ka hoʻolōʻihi hou ʻana i ka pūnāwai. Ke lilo ke koʻikoʻi i ka voltage impulse i zero, hoʻolōʻihi ke kaula SMA a hoʻololi i kona ʻano ma muli o ka hoʻoluʻu convection i hoʻoikaika ʻia, e hiki ai i kahi pae martensitic pālua.
ʻO ka ʻōnaehana actuator linear i manaʻo ʻia e pili ana i ka SMA he hoʻonohonoho bimodal kahi i hoʻopaʻa ʻia ai nā uea SMA. (a) hōʻike i kahi kumu hoʻohālike CAD o ka prototype, kahi e haʻi ana i kekahi o nā ʻāpana a me ko lākou manaʻo no ka prototype, (b, d) hōʻike i ka prototype hoʻokolohua i hoʻomohala ʻia35. ʻOiai (b) hōʻike i kahi hiʻohiʻona luna o ka prototype me nā pilina uila a me nā pūnāwai bias a me nā anakahi strain i hoʻohana ʻia, (d) hōʻike i kahi hiʻohiʻona kuanaʻike o ka hoʻonohonoho. (e) Kiʻikuhi o kahi ʻōnaehana actuation linear me nā uea SMA i kau ʻia bimodally i kēlā me kēia manawa t, e hōʻike ana i ke kuhikuhi a me ke ala o ka fiber a me ka ikaika o ka ʻiʻo. (c) Ua manaʻo ʻia kahi pilina prismatic rotational 2-DOF no ka hoʻolaha ʻana i kahi actuator SMA-based ʻelua-plane. E like me ka mea i hōʻike ʻia, hoʻoili ka loulou i ka neʻe linear mai ka drive lalo a i ka lima luna, e hana ana i kahi pilina rotational. Ma ka ʻaoʻao ʻē aʻe, ʻo ka neʻe ʻana o ka hui o nā prisms ua like ia me ka neʻe ʻana o ka drive pae mua multilayer.
Ua hana ʻia kahi noiʻi hoʻokolohua ma ke kumu hoʻohālike i hōʻike ʻia ma ke Kiʻi 9b e loiloi i ka hana o kahi kaʻa bimodal e pili ana iā SMA. E like me ka mea i hōʻike ʻia ma ke Kiʻi 10a, ʻo ka hoʻonohonoho hoʻokolohua he lako mana DC hiki ke hoʻonohonoho ʻia e hoʻolako i ka uila hoʻokomo i nā uea SMA. E like me ka mea i hōʻike ʻia ma ke kiʻi 10b, ua hoʻohana ʻia kahi anakahi piezoelectric (PACEline CFT/5kN) e ana i ka ikaika ālai me ka hoʻohana ʻana i kahi mea hoʻopaʻa ʻikepili Graphtec GL-2000. Hoʻopaʻa ʻia ka ʻikepili e ka mea hoʻokipa no ke aʻo hou aku. Pono nā anakahi a me nā mea hoʻonui hoʻouka i kahi lako mana mau e hana i kahi hōʻailona uila. Hoʻololi ʻia nā hōʻailona pili i nā mana mana e like me ka ʻike o ka sensor ikaika piezoelectric a me nā palena ʻē aʻe e like me ka mea i wehewehe ʻia ma ka Papa 2. Ke hoʻopili ʻia kahi pulse uila, piʻi ka mahana o ke uea SMA, e hoʻoulu ai i ka uea SMA e hoʻopili, kahi e hoʻoulu ai i ka actuator e hoʻoulu i ka ikaika. Hōʻike ʻia nā hopena hoʻokolohua o ka hoʻopuka ʻana o ka ikaika o ka ʻiʻo e kahi pulse uila hoʻokomo o 7 V ma ke kiʻi 2a.
(a) Ua hoʻonohonoho ʻia kahi ʻōnaehana actuator linear SMA i ka hoʻokolohua e ana i ka ikaika i hana ʻia e ka actuator. Ana ke kelepona ukana i ka ikaika ālai a hoʻohana ʻia e kahi lako mana 24 V DC. Ua hoʻopili 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. Hoʻemi ka uea SMA ma muli o ka wela, a pili ka lima neʻe i ka kelepona ukana a hoʻopuka i kahi ikaika ālai. Hoʻopili ʻia ke kelepona ukana i ka mea hoʻopaʻa ʻikepili GL-2000 a mālama ʻia ka ʻikepili ma ka kikowaena no ka hana hou ʻana. (b) Kiʻikuhi e hōʻike ana i ke kaulahao o nā ʻāpana o ka hoʻonohonoho hoʻokolohua no ke ana ʻana i ka ikaika o ka ʻiʻo.
Hoʻonāukiuki ʻia nā mea hoʻohuihui hoʻomanaʻo ʻano e ka ikehu wela, no laila lilo ka mahana i mea koʻikoʻi no ke aʻo ʻana i ka hanana hoʻomanaʻo ʻano. Ma ke ʻano hoʻokolohua, e like me ka mea i hōʻike ʻia ma ke Kiʻi 11a, ua hana ʻia nā kiʻi wela a me nā ana wela ma kahi prototype SMA-based divalerate actuator. Ua hoʻopili kahi kumu DC programmable i ka voltage input i nā kaula SMA i ka hoʻonohonoho hoʻokolohua, e like me ka mea i hōʻike ʻia ma ke Kiʻi 11b. Ua ana ʻia ka loli o ka mahana o ka uea SMA i ka manawa maoli me ka hoʻohana ʻana i kahi kāmela LWIR hoʻonā kiʻekiʻe (FLIR A655sc). Hoʻohana ka mea hoʻokipa i ka polokalamu ResearchIR e hoʻopaʻa i ka ʻikepili no ka hana hou ʻana. Ke hoʻopili ʻia kahi pulse voltage, piʻi ka mahana o ka uea SMA, e hoʻemi ana i ka uea SMA. Ma ke kiʻi. Hōʻike ke Kiʻi 2b i nā hopena hoʻokolohua o ka mahana uea SMA e kūʻē i ka manawa no ka pulse voltage input 7V.
Ka manawa hoʻouna: Sep-28-2022
