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 ʻo Shape Memory Alloy (SMA) i nā mea maikaʻi ma mua o ka hoʻokele maʻamau, e komo pū ana 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 ʻia e hoʻomaikaʻi hou 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 lopako me ka prosthesis orbital hoʻokomo pūnāwai SMA 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 no ka hana ʻana 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 ke ʻano o ka ʻiʻo o ka ʻiʻo o ka ʻiʻo, (f)
Ua lilo nā Actuators 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 kaʻa 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 aʻe nei, 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 uea SMA i ka manawa maoli me ka ho'ohana 'ana i ka pahupa'i ki'eki'e LWIR ho'onanea 'epekema (e 'ike i nā 'ano o nā mea hana 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 nā pōʻai ʻelua, (c, d) hōʻike i ʻelua mau hiʻohiʻona kūʻokoʻa o ka hana o nā mea hoʻokele lima hoʻoneʻe ma kahi PACEline CFT/5kN piezoelectric force transducer, (b) hōʻike ka pōʻaiapuni holoʻokoʻa i ka wela o ka uea SMA ʻelua. me ka hoʻohana ʻana i ka polokalamu FLIR ResearchIR lako kamepiula 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 o ka mana hoʻopuka 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 hoʻokaʻawale ʻana i ka mahana i ka wā hoʻomehana a me ka hoʻomaha ʻana i loaʻa mai nā hoʻokolohua a me nā hoʻohālikelike 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 \(94\,^) {\circ }3 {\circ }8 C}\).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, \(T <A_s^{\prime}\) (ka wela hoʻomaka ʻana o ka austenite i hoʻololi ʻia), ʻo ka helu o ka hoʻololi ʻana o ka hakina leo martensite (\(\dot{\xi }\)) he zero. I ka hoʻololi ʻana i ka hoʻololi ʻana (hoʻomaʻamaʻa), i ka wā o ka wela uea SMA, \(T <A_s^{\prime}\) (ka wela hoʻomaka ʻana o ka austenite i hoʻololi ʻia), ʻo ka helu o ka hoʻololi ʻana o ka hakina leo martensite (\(\dot{\ xi }\)) he zero. Во время обратного превращения (нагрева), когда температура проволоки SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (температура начала аустеанипино, цинфирность жением), скорость изменения объемной доли мартенсита (\(\dot{\ xi }\)) будет равно нулю. I loko o ka hoʻololi hoʻololi ʻana (hoʻomaʻamaʻa), i ka manawa o ka wela o ka uea SMA, \(T <A_s^{\prime}\) (ka wela hoʻomaka austenite i hoʻololi ʻia i ke koʻikoʻi), ʻo ka helu o ka hoʻololi ʻana o ka hakina leo martensite (\(\dot{\ xi }\ )) e lilo ʻole.在反向转变（加热）过程中，当SMA 线温度\(T < A_s^{\prime}\)（应力修正奥氏佷小相，水度体体积分数的变化率（\(\dot{\ xi }\)) 将为零。在 反向 转变 （加热） 中 ， 当 当 当 线 温度 \ (t При обратном превращении (нагреве) при температуре проволоки СПФ \(T < A_s^{\prime}\) (температура зарождения проволоки СПФ е) скорость изменения объемной доли мартенсита (\( \dot{\ xi }\)) будет равно нулю. I ka wā o ka hoʻololi ʻana (hoʻomaʻamaʻa) ma ka wela o ka uea SMA \(T <A_s^{\prime}\) (ka mahana o ka nucleation o ka māhele austenite, hoʻoponopono ʻia no ke koʻikoʻi), ʻo ka nui o ka hoʻololi ʻana i ka hakina leo o martensite (\( \dot{\ xi }\)) e like me ka zero.No laila, e hilinaʻi ka nui o ka hoʻololi koʻikoʻi (\(\dot{\sigma}\)) i ka laiki kuʻina (\(\dot{\epsilon}\)) a me ka gradient mahana (\(\dot{T} \) ) me ka hoʻohana ʻana i ka hoohalike (1).Eia naʻe, i ka piʻi ʻana o ka uwea SMA i ka mahana a me nā keʻa (\(A_s^{\prime}\)), hoʻomaka ka hana austenite e hana, a ua lawe ʻia (\(\dot{\xi}\)) ma ke ʻano he waiwai i hāʻawi ʻia o ka hoohalike ( 3).No laila, ua like ka helu o ka hoʻololi ʻana o ka voli uila (\(\dot{\sigma}\)) e \(\dot{\epsilon}, \dot{T}\) a me \(\dot{\xi}\) e like me ka hāʻawi 'ia ma ka formula (1).Hōʻike kēia i nā hoʻololi gradient i ʻike ʻia i ke koʻikoʻi hoʻololi manawa a me nā palapala ʻāina i ka wā o ka pōʻai hoʻomehana, e like me ka hōʻike ʻana ma ka Fig. 4a, b.
(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 pae martensite, kahi o ka mahana uea SMA (T) a me ka wela o ka hopena o ka pae 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 hoʻoluʻu) 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 hoʻohālike 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'okahi wale no me ka ho'opili maika'i, a 'o \(l_0\) 'o ia ka 'āpana me ka ho'opili 'ino 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 ka 4V a i ka 10V, ua hoololiia ka loihi uea (\(l_{0 } \)) mai 40 a i 100 mm, a me ka huina huelo (\) \\ 0 ka huina o ka huelo (\) \\\ alpha.
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 (\(h_T\)), ka huina ahi (\ ( \ alpha \)), displacement spring mau ( \ (K_x \)) ua pili ʻino me ka ikaika puka a me ka uea mua (\) () hōʻike ʻia ka lālā mod a me ka uea mua (\) ka hoʻololi hoʻololi ikaika I ka hihia o ka hoʻopili pololei I ke kumu 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 ana 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 martensite, \(\xi _M\) ka hakina leo o ka martensite i loaa ma mua o ka wela, \(\displaystyle a_A = \pi /(A_f – A_s)\), \ ( \displaystyle b_A = -a_A/C_A\) a me ka \(C_A\) - ka palena uea, T -A\) - ka piko uea, T -A\) ) - ka hoʻomaka a me ka hopena o ka pae austenite, kēlā me kēia, ka mahana.
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 hakina leo o ka martensite i loaa ma mua o ka hooluolu ana, \(\displaystyle a_M = \pi /(M_s – M_f)\), \(\displaystyle b_M = -a_M/C_M\) a me \ ( C_M \) – nā ʻāpana kuʻekuʻe, T – SMA uwea wela, \(M_M_\) a me \(M_M_\) a me ka \(M_M_\) a me ka \(M_M_\) a me ka \(M_M_\)
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 i 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 hōʻike 'ana ma ke Kiʻi 8. No ke kaʻa kaʻaahi mua (\) \ (N = 1) , \(N = 1) , \(N = 1) \(\alpha _1\) 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 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, 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.