Misaotra anao nitsidika ny Nature.com. Voafetra ny fanohanana CSS amin'ny dikan-tranonkala ampiasainao. Ho an'ny traikefa tsara indrindra, manoro hevitra anao izahay hampiasa navigateur nohavaozina (na hanafoana ny Compatibility Mode ao amin'ny Internet Explorer). Mandritra izany fotoana izany, mba hahazoana antoka fa mitohy ny fanohanana, dia hampiseho ny tranonkala tsy misy styles sy JavaScript izahay.
Ampiasaina hatraiza hatraiza ny "actuators" ary mamorona fihetsehana voafehy amin'ny alàlan'ny fampiharana ny hery na ny "torque" mety mba hanatanterahana asa isan-karazany amin'ny famokarana sy ny automation indostrialy. Ny filàna "drives" haingana kokoa, kely kokoa ary mahomby kokoa dia mitarika ny fanavaozana amin'ny famolavolana "drive". Ny "drives" Shape Memory Alloy (SMA) dia manolotra tombony maro raha oharina amin'ny "drives" mahazatra, anisan'izany ny tahan'ny hery-amin'ny lanja avo lenta. Ato amin'ity lahatsoratra ity, dia novolavolaina ny "actuators" miorina amin'ny SMA misy volom-borona roa izay mampifangaro ny tombony azo avy amin'ny hozatra volom-borona amin'ny rafitra biolojika sy ny toetra miavaka amin'ny SMA. Ity fandalinana ity dia mikaroka sy manitatra ny "actuators" SMA teo aloha amin'ny alàlan'ny famolavolana modely matematika amin'ny "actuators" vaovao mifototra amin'ny fandaharana tariby SMA bimodal ary manandrana izany amin'ny alàlan'ny fanandramana. Raha ampitahaina amin'ny "drives" fantatra mifototra amin'ny SMA, ny herin'ny "drive" vaovao dia farafahakeliny in-5 avo kokoa (hatramin'ny 150 N). Ny fihenan-danja mifandraika amin'izany dia eo amin'ny 67%. Ny valin'ny famakafakana ny fahatsapana ny modely matematika dia ilaina amin'ny fanitsiana ny masontsivana famolavolana sy ny fahatakarana ny masontsivana fototra. Ity fandalinana ity dia manolotra ihany koa ny "drive" dingana faha-N amin'ny ambaratonga maro izay azo ampiasaina hanatsarana bebe kokoa ny dinamika. Ireo actuators hozatra dipvalerate miorina amin'ny SMA dia manana fampiharana isan-karazany, manomboka amin'ny fanamboarana mandeha ho azy ka hatramin'ny rafitra fanaterana fanafody mazava tsara.
Ny rafitra biolojika, toy ny rafitry ny hozatry ny biby mampinono, dia afaka mampihetsika ireo mpikatroka miafina maro1. Ny biby mampinono dia manana rafitry ny hozatra samihafa, izay samy manana ny asany manokana. Na izany aza, ny ankamaroan'ny rafitry ny hozatra amin'ny biby mampinono dia azo zaraina ho sokajy roa lehibe. Parallel sy pennate. Ao amin'ny hozatry ny hatoka sy ny hozatra flexor hafa, araka ny anarany, ny hozatra parallel dia manana fibra hozatra mifanitsy amin'ny tendon afovoany. Ny rojo fibra hozatra dia milahatra ary mifandray amin'ny asany amin'ny alàlan'ny sela mampitohy manodidina azy. Na dia voalaza aza fa manana excursion lehibe (fahafohezana isan-jato) ireo hozatra ireo, dia voafetra be ny tanjaky ny hozatra amin'ny ankapobeny. Mifanohitra amin'izany, ao amin'ny hozatry ny zanak'omby triceps2 (lateral gastrocnemius (GL)3, medial gastrocnemius (GM)4 sy soleus (SOL)) ary extensor femoris (quadriceps)5,6 dia hita ao amin'ny hozatra tsirairay7 ny sela hozatra pennate. Ao amin'ny rafitra pinnate, ny fibra hozatra ao amin'ny hozatra bipennate dia hita eo amin'ny andaniny roa amin'ny tendon afovoany amin'ny zoro oblique (pinnate angles). Avy amin'ny teny latina hoe "penna" ny Pennate, izay midika hoe "penina", ary, araka ny aseho amin'ny sary 1, dia manana endrika toy ny volom-borona izy. Fohy kokoa ny fibra amin'ny hozatry ny pennate ary mitongilana amin'ny axe longitudinal amin'ny hozatra. Noho ny rafitra pinnate, mihena ny fivezivezen'ireo hozatra ireo amin'ny ankapobeny, izay mitarika ho amin'ny dingana fanafohezana ny singa transverse sy longitudinal. Etsy ankilany, ny fiasan'ireo hozatra ireo dia mitarika ho amin'ny tanjaky ny hozatra amin'ny ankapobeny noho ny fomba fandrefesana ny velaran'ny fizarana ara-batana. Noho izany, ho an'ny velaran'ny fizarana iray, ny hozatry ny pennate dia ho matanjaka kokoa ary hiteraka hery ambony kokoa noho ny hozatra misy fibra mifanitsy. Ny hery ateraky ny fibra tsirairay dia miteraka hery hozatra amin'ny ambaratonga makroskopika ao amin'io tavy hozatra io. Ankoatra izany, manana toetra miavaka toy ny fihenan-kery haingana, fiarovana amin'ny fahasimbana tensile, ary fampiononana. Manova ny fifandraisana misy eo amin'ny fidiran'ny fibra sy ny herin'ny hozatra amin'ny alàlan'ny fampiasana ny endri-javatra miavaka sy ny fahasarotan'ny geometrika amin'ny fandaminana ny fibra mifandraika amin'ny tsipika fiasan'ny hozatra.
Aseho eto ny kisarisary skematika amin'ny endrika actuator miorina amin'ny SMA mifandraika amin'ny maritrano hozatra bimodal, ohatra (a), maneho ny fifandraisan'ny hery tsapa izay ametrahana fitaovana miendrika tanana ampiasain'ny tariby SMA amin'ny robot finday mandeha ho azy misy kodiarana roa9,10. , (b) Prosthesis orbital robotika miaraka amin'ny prosthesis orbital SMA napetraka mifanohitra. Ny toerana misy ny maso prosthetic dia fehezin'ny famantarana avy amin'ny hozatry ny maso11, (c) Ny actuator SMA dia mety tsara amin'ny fampiharana anaty rano noho ny valin-teniny avo lenta sy ny bandwidth ambany. Amin'ity firafitra ity, ny actuator SMA dia ampiasaina hamoronana fihetsehan'ny onja amin'ny alàlan'ny fanahafana ny fihetsehan'ny trondro, (d) Ny actuator SMA dia ampiasaina hamoronana robot fanaraha-maso fantsona bitika izay afaka mampiasa ny fitsipiky ny fihetsehan'ny kankana inch, fehezin'ny fihetsehan'ny tariby SMA ao anatin'ny fantsona 10, (e) mampiseho ny lalana mankany amin'ny fibre hozatra mihena sy ny famoronana hery mihena ao amin'ny sela gastrocnemius, (f) mampiseho ny tariby SMA milahatra amin'ny endrika fibre hozatra ao amin'ny rafitry ny hozatra pennate.
Lasa ampahany manan-danja amin'ny rafitra mekanika ny "actuators" noho ny fampiasana azy maro samihafa. Noho izany, lasa zava-dehibe ny filàna "drives" kely kokoa, haingana kokoa ary mahomby kokoa. Na eo aza ny tombony azo avy amin'izy ireo, dia hita fa lafo vidy sy mandany fotoana ny fikojakojana ny "drives" nentim-paharazana. Sarotra sy lafo ny "actuators" hidraolika sy pneomatika ary mora simba, misy olana amin'ny fanosorana ary simba ny singa. Ho setrin'ny fangatahana, ny fifantohana dia amin'ny famolavolana "actuators" mahomby, nohatsaraina ny habe ary mandroso mifototra amin'ny fitaovana marani-tsaina. Mitohy ny fikarohana momba ny "actuators" misy sosona "shape memory alloy (SMA)" mba hanomezana fahafaham-po io filàna io. Miavaka ny "actuators" hierarchical satria mampifangaro "actuators" maro samihafa ho lasa rafitra "macro scale" sarotra ara-jeometrika mba hanomezana fiasa bebe kokoa sy mivelatra. Amin'io lafiny io, ny sela hozatry ny olombelona voalaza etsy ambony dia manome ohatra tsara amin'ny "actuation" maro sosona toy izany. Ny fanadihadiana ankehitriny dia mamaritra ny "drive" SMA misy ambaratonga maromaro misy singa "drive" tsirairay (tariby SMA) mifanaraka amin'ny firafitry ny fibre hita ao amin'ny hozatra bimodal, izay manatsara ny fahombiazan'ny "drive" amin'ny ankapobeny.
Ny tanjona lehibe amin'ny actuator dia ny famokarana herinaratra mekanika toy ny hery sy ny fifindran'ny herinaratra amin'ny alàlan'ny fanovana ny angovo elektrika. Ny firaka fahatsiarovana endrika dia kilasin'ny fitaovana "marani-tsaina" izay afaka mamerina ny endriny amin'ny mari-pana avo. Eo ambanin'ny enta-mavesatra avo, ny fiakaran'ny mari-pana amin'ny tariby SMA dia mitarika amin'ny famerenana amin'ny laoniny ny endrika, ka miteraka hakitroky ny angovo actuation ambony kokoa raha oharina amin'ny fitaovana manan-tsaina mifamatotra mivantana isan-karazany. Mandritra izany fotoana izany, eo ambanin'ny enta-mavesatra mekanika, ny SMA dia lasa marefo. Amin'ny toe-javatra sasany, ny enta-mavesatra cyclic dia afaka mandray sy mamoaka angovo mekanika, mampiseho fiovan'ny endrika hysteretic azo averina. Ireo toetra miavaka ireo dia mahatonga ny SMA ho tsara indrindra ho an'ny sensor, ny fampihenana ny hovitrovitra ary indrindra ny actuator12. Noho izany ao an-tsaina, dia nisy fikarohana betsaka momba ny drive mifototra amin'ny SMA. Tsara homarihina fa ny actuator mifototra amin'ny SMA dia natao hanomezana fihetsehana translational sy rotary ho an'ny fampiharana isan-karazany13,14,15. Na dia efa nisy aza ny actuator rotary sasany novolavolaina, dia liana manokana amin'ny actuator linear ny mpikaroka. Ireo actuator linear ireo dia azo zaraina ho karazana actuator telo: actuator iray-dimensional, fifindran'ny herinaratra ary actuator differential 16. Tany am-piandohana, noforonina niaraka tamin'ny SMA sy ireo fitaovana mahazatra hafa ny "hybrid drives". Ohatra iray amin'ny "hybrid linear actuator" miorina amin'ny SMA ny fampiasana tariby SMA miaraka amin'ny motera DC mba hanomezana hery famoahana manodidina ny 100 N sy fifindran-toerana lehibe17.
Ny iray amin'ireo fivoarana voalohany tamin'ny fiara mifototra tanteraka amin'ny SMA dia ny fiara mifanitsy SMA. Amin'ny fampiasana tariby SMA maromaro, ny fiara mifanitsy miorina amin'ny SMA dia natao hampitombo ny fahafahan'ny fiara mampiasa herinaratra amin'ny alàlan'ny fametrahana ny tariby SMA18 rehetra mifanitsy. Ny fifandraisana mifanitsy amin'ny actuator dia tsy vitan'ny hoe mitaky herinaratra bebe kokoa, fa mametra ny herin'ny tariby tokana ihany koa. Ny fatiantoka iray hafa amin'ny actuator miorina amin'ny SMA dia ny fivezivezena voafetra azony tratrarina. Mba hamahana ity olana ity, dia noforonina ny andrin-tariby SMA misy andrin-jiro mora miolaka mba hampitomboana ny fifindran'ny herinaratra sy hahazoana fihetsehana linear, saingy tsy namorona hery ambony kokoa19. Ny rafitra sy lamba malefaka azo ovaina endrika ho an'ny robot mifototra amin'ny firaka fahatsiarovana endrika dia novolavolaina voalohany indrindra ho an'ny fanamafisana ny fiantraikany20,21,22. Ho an'ny fampiharana izay ilaina ny hafainganam-pandeha avo, dia voalaza fa nampiasa SMA sarimihetsika manify ho an'ny fampiharana entin'ny micropump ny paompy compact. Ny fatran'ny fiara amin'ny membrane SMA sarimihetsika manify dia singa fototra amin'ny fanaraha-maso ny hafainganam-pandehan'ny mpamily. Noho izany, ny motera linear SMA dia manana valiny dinamika tsara kokoa noho ny motera lohataona na rod SMA. Ny robotika malefaka sy ny teknolojia gripping dia fampiharana roa hafa izay mampiasa actuator miorina amin'ny SMA. Ohatra, mba hanoloana ny actuator mahazatra ampiasaina amin'ny clamp space 25 N, dia novolavolaina ny actuator parallel shape memory alloy 24. Tamin'ny tranga iray hafa, dia namboarina ny actuator malefaka SMA mifototra amin'ny tariby misy matrix tafiditra afaka mamokatra hery fisintonana ambony indrindra 30 N. Noho ny toetrany mekanika, ny SMA dia ampiasaina ihany koa hamokarana actuator izay manahaka ny trangan-javatra biolojika. Ny iray amin'ireo fivoarana ireo dia ahitana robot 12-sela izay biomimetika amin'ny zavamananaina toy ny kankana miaraka amin'ny SMA mba hamoronana fihetsehana sinusoidal mba handoroana 26,27.
Araka ny voalaza tetsy aloha, misy fetra ny hery ambony indrindra azo avy amin'ny actuator miorina amin'ny SMA efa misy. Mba handaminana ity olana ity, ity fandalinana ity dia manolotra rafitra hozatra bimodal biomimetika. Entin'ny tariby firaka fahatsiarovana endrika. Manome rafitra fanasokajiana izay ahitana tariby firaka fahatsiarovana endrika maromaro. Hatramin'izao, tsy misy actuator miorina amin'ny SMA manana maritrano mitovy amin'izany voalaza ao amin'ny literatiora. Ity rafitra miavaka sy vaovao mifototra amin'ny SMA ity dia novolavolaina mba handinihana ny fihetsiky ny SMA mandritra ny fampifanarahana ny hozatra bimodal. Raha ampitahaina amin'ny actuator miorina amin'ny SMA efa misy, ny tanjon'ity fandalinana ity dia ny hamorona actuator dipvalerate biomimetika mba hamoronana hery ambony kokoa amin'ny volume kely. Raha ampitahaina amin'ny drive drive mahazatra ampiasain'ny HVAC amin'ny rafitra fanaraha-maso sy ny fanaraha-maso trano, ny famolavolana drive bimodal miorina amin'ny SMA natolotra dia mampihena ny lanjan'ny mekanisma drive amin'ny 67%. Ao amin'ny manaraka, ny teny hoe "hozatra" sy "drive" dia ampiasaina mifandimby. Ity fandalinana ity dia mikaroka ny simulation multiphysics amin'ny drive toy izany. Ny fihetsika mekanika amin'ny rafitra toy izany dia nodinihina tamin'ny alàlan'ny fomba fanandramana sy famakafakana. Nodinihina bebe kokoa ny fizarana hery sy ny mari-pana amin'ny voltase fidirana 7 V. Taorian'izay, dia nisy fanadihadiana parametrika natao mba hahatakarana bebe kokoa ny fifandraisana misy eo amin'ny masontsivana fototra sy ny hery mivoaka. Farany, noeritreretina ireo actuator hierarchical ary natolotra ho toy ny sehatra mety ho an'ny actuator tsy magnetika ho an'ny fampiharana prosthetic ny fiantraikan'ny ambaratonga hierarchical. Araka ny vokatry ny fanadihadiana voalaza etsy ambony, ny fampiasana maritrano tokana dingana dia miteraka hery farafahakeliny in-efatra ka hatramin'ny dimy heny noho ny actuator miorina amin'ny SMA voalaza. Ankoatra izany, ny hery mitondra mitovy ateraky ny drive multi-level multi-level dia naseho fa mihoatra ny in-folo heny noho ny an'ny drive SMA mahazatra. Avy eo dia mitatitra ireo masontsivana fototra ny fanadihadiana amin'ny alàlan'ny fanadihadiana ny fahatsapana eo amin'ny endrika samihafa sy ny variables fidirana. Ny halavan'ny tariby SMA voalohany (\(l_0\)), ny zoro pinnate (\(\alpha\)) ary ny isan'ny kofehy tokana (n) amin'ny kofehy tsirairay dia misy fiantraikany ratsy lehibe amin'ny haben'ny hery mitondra. Ny tanjaka, raha toa kosa ka mifandray tsara ny voltase fidirana (angovo).
Ny tariby SMA dia mampiseho ny fiantraikan'ny fahatsiarovana ny endrika (SME) hita ao amin'ny fianakavian'ny firaka nikela-titane (Ni-Ti). Matetika, ny SMA dia mampiseho dingana roa miankina amin'ny mari-pana: dingana ambany mari-pana sy dingana ambony mari-pana. Samy manana toetra miavaka ireo dingana roa ireo noho ny fisian'ny rafitra kristaly samihafa. Ao amin'ny dingana austenite (dingana ambony mari-pana) izay misy ambonin'ny mari-pana fiovana, ny fitaovana dia mampiseho tanjaka avo lenta ary tsy dia miova endrika loatra rehefa misy enta-mavesatra. Ny firaka dia mitondra tena toy ny vy tsy misy harafesina, ka afaka mahazaka tsindry ambony kokoa. Manararaotra io toetran'ny firaka Ni-Ti io, ny tariby SMA dia mitongilana mba hamorona actuator. Novolavolaina ireo modely famakafakana mety mba hahatakarana ny mekanika fototra amin'ny fitondran-tenan'ny SMA eo ambany fitaoman'ny masontsivana isan-karazany sy ny jeometrika isan-karazany. Nahazo fifanarahana tsara teo amin'ny valin'ny fanandramana sy ny famakafakana.
Nisy fanadihadiana fanandramana natao tamin'ny prototype aseho amin'ny Sary 9a mba hanombanana ny fahombiazan'ny fiara bimodal mifototra amin'ny SMA. Roa amin'ireo toetra ireo, ny hery ateraky ny fiara (herin'ny hozatra) sy ny mari-pana amin'ny tariby SMA (mari-pana SMA), no norefesina tamin'ny alalan'ny fanandramana. Rehefa mitombo ny fahasamihafan'ny voltase manerana ny halavan'ny tariby ao amin'ny fiara, dia mitombo ny mari-pana amin'ny tariby noho ny fiantraikan'ny fanafanana Joule. Nampiharina tamin'ny tsingerina 10-s roa ny voltase fidirana (aseho amin'ny endrika teboka mena amin'ny Sary 2a, b) miaraka amin'ny fe-potoana fampangatsiahana 15-s eo anelanelan'ny tsingerina tsirairay. Norefesina tamin'ny fampiasana fitaovana fandrefesana fihenjanana piezoelectric ny hery manakana, ary ny fizarana ny mari-pana amin'ny tariby SMA dia narahina mivantana tamin'ny fampiasana fakantsary LWIR avo lenta ara-tsiansa (jereo ny toetran'ny fitaovana ampiasaina ao amin'ny Tabilao 2). Asehon'izany fa mandritra ny dingana voltase avo, dia mitombo tsy misy fiovana ny mari-pana amin'ny tariby, fa rehefa tsy misy courant mikoriana, dia mitohy midina ny mari-pana amin'ny tariby. Tao amin'ny fametrahana fanandramana ankehitriny, dia nidina ny mari-pana amin'ny tariby SMA nandritra ny dingana fampangatsiahana, saingy mbola ambonin'ny mari-pana manodidina ihany. Ao amin'ny sary 2e dia mampiseho ny sarin'ny mari-pana eo amin'ny tariby SMA nalaina avy amin'ny fakantsary LWIR. Etsy ankilany, ao amin'ny sary 2a dia mampiseho ny hery manakana ateraky ny rafitra mpamily. Rehefa mihoatra ny hery mamerina amin'ny laoniny ny herin'ny hozatra, dia manomboka mihetsika ny sandry mihetsika, araka ny aseho amin'ny sary 9a. Raha vao manomboka ny fiasana, dia mifandray amin'ny sensor ny sandry mihetsika, ka mamorona herin'ny vatana, araka ny aseho amin'ny sary 2c, d. Rehefa akaiky ny \(84\,^{\circ}\hbox {C}\) ny mari-pana ambony indrindra, dia 105 N ny hery hita maso ambony indrindra.
Ny grafika dia mampiseho ny valin'ny andrana momba ny mari-pana amin'ny tariby SMA sy ny hery ateraky ny actuator bimodal miorina amin'ny SMA mandritra ny tsingerina roa. Ny voltazy fidirana dia ampiharina amin'ny tsingerina roa 10 segondra (aseho amin'ny endrika teboka mena) miaraka amin'ny fe-potoana fampangatsiahana 15 segondra eo anelanelan'ny tsingerina tsirairay. Ny tariby SMA nampiasaina tamin'ny andrana dia tariby Flexinol 0.51 mm ny savaivony avy amin'ny Dynalloy, Inc. (a) Ny grafika dia mampiseho ny hery andrana azo nandritra ny tsingerina roa, (c, d) dia mampiseho ohatra roa mahaleo tena momba ny fiasan'ny actuator sandry mihetsika amin'ny transducer hery piezoelectric PACEline CFT/5kN, (b) ny grafika dia mampiseho ny mari-pana ambony indrindra amin'ny tariby SMA manontolo mandritra ny tsingerina roa, (e) mampiseho ny sarin'ny mari-pana nalaina avy amin'ny tariby SMA mampiasa ny fakantsary FLIR ResearchIR LWIR. Ny masontsivana geometrika raisina an-tsaina amin'ny andrana dia omena ao amin'ny Tabilao voalohany.
Ampitahaina amin'ny alalan'ny voltase fidirana 7V ny valin'ny simulation amin'ny modely matematika sy ny valin'ny andrana, araka ny aseho amin'ny Sary 5. Araka ny valin'ny fanadihadiana parametrika sy mba hisorohana ny mety hisian'ny hafanana be loatra amin'ny tariby SMA, dia nomena hery 11.2 W ny actuator. Nampiasaina ny famatsiana herinaratra DC azo fandaharana mba hanomezana 7V ho voltase fidirana, ary norefesina ny courant 1.6A manerana ny tariby. Mitombo ny hery ateraky ny drive sy ny mari-pana amin'ny SDR rehefa ampiharina ny courant. Miaraka amin'ny voltase fidirana 7V, ny hery ambony indrindra azo avy amin'ny valin'ny simulation sy ny valin'ny andrana tamin'ny tsingerina voalohany dia 78 N sy 96 N. Amin'ny tsingerina faharoa, ny hery ambony indrindra azo avy amin'ny valin'ny simulation sy ny valin'ny andrana dia 150 N sy 105 N. Ny tsy fitoviana eo amin'ny fandrefesana ny hery fanakanana sy ny angon-drakitra andrana dia mety ho vokatry ny fomba ampiasaina handrefesana ny hery fanakanana. Ny valin'ny andrana aseho amin'ny sary 5. Ny 5a dia mifanandrify amin'ny fandrefesana ny herin'ny hidin-trano, izay refesina rehefa nifandray tamin'ny PACEline CFT/5kN piezoelectric force transducer ny drive shaft, araka ny aseho amin'ny sary 2s. Noho izany, rehefa tsy mifandray amin'ny sensor hery eo am-piandohan'ny faritra fampangatsiahana ny drive shaft, dia lasa aotra avy hatrany ny hery, araka ny aseho amin'ny sary 2d. Ankoatra izany, ny masontsivana hafa izay misy fiantraikany amin'ny fiforonan'ny hery amin'ny tsingerina manaraka dia ny sandan'ny fotoana fampangatsiahana sy ny coefficient of convective heat transfer tamin'ny tsingerina teo aloha. Avy amin'ny sary 2b, dia hita fa rehefa afaka fampangatsiahana 15 segondra, dia tsy nahatratra ny mari-pana ao amin'ny efitrano ny tariby SMA ary noho izany dia nanana mari-pana voalohany ambony kokoa (\(40\,^{\circ }\hbox {C}\)) tamin'ny tsingerina fampangatsiahana faharoa raha oharina amin'ny tsingerina voalohany (\(25\, ^{\circ}\hbox {C}\)). Noho izany, raha ampitahaina amin'ny tsingerina voalohany, ny mari-pana amin'ny tariby SMA mandritra ny tsingerina fanafanana faharoa dia mahatratra ny mari-pana austenite voalohany (\(A_s\)) aloha kokoa ary mijanona ela kokoa amin'ny vanim-potoana tetezamita, ka miteraka fihenjanana sy hery. Etsy ankilany, ny fizarana mari-pana mandritra ny tsingerin'ny fanafanana sy fampangatsiahana azo avy amin'ny andrana sy simulation dia manana fitoviana avo lenta amin'ny ohatra avy amin'ny fanadihadiana thermographic. Ny fanadihadiana mampitaha ny angon-drakitra mafana amin'ny tariby SMA avy amin'ny andrana sy simulation dia naneho fitoviana nandritra ny tsingerin'ny fanafanana sy fampangatsiahana ary tao anatin'ny fandeferana azo ekena ho an'ny angon-drakitra andrana. Ny mari-pana ambony indrindra amin'ny tariby SMA, azo avy amin'ny valin'ny simulation sy andrana tamin'ny tsingerina voalohany, dia \(89\,^{\circ }\hbox {C}\) sy \(75\,^{\circ }\hbox { C }\, tsirairay avy ), ary amin'ny tsingerina faharoa ny mari-pana ambony indrindra amin'ny tariby SMA dia \(94\,^{\circ }\hbox {C}\) sy \(83\,^{\circ }\ hbox {C}\). Ny modely novolavolaina fototra dia manamafy ny vokatry ny vokatry ny fahatsiarovana endrika. Tsy nodinihina ato amin'ity famerenana ity ny anjara asan'ny harerahana sy ny hafanana be loatra. Amin'ny ho avy, hohatsaraina ny modely mba hampidirana ny tantaran'ny tsindrin-tsakafon'ny tariby SMA, ka hahatonga azy io ho mety kokoa amin'ny fampiharana injeniera. Ny tanjaky ny famoahana herinaratra sy ny mari-pana SMA azo avy amin'ny sakana Simulink dia ao anatin'ny fandeferana azo ekena amin'ny angon-drakitra fanandramana eo ambanin'ny fepetran'ny pulsa voltazy fidirana 7 V. Izany dia manamafy ny fahamarinan'ny sy ny fahatokisana ny modely matematika novolavolaina.
Novolavolaina tao amin'ny tontolo iainana MathWorks Simulink R2020b ny modely matematika tamin'ny fampiasana ireo fampitoviana fototra voalaza ao amin'ny fizarana Methods. Ao amin'ny sary 3b dia aseho ny kisarisary bloc an'ny modely matematika Simulink. Nohaingoina ho an'ny pulsa voltase fidirana 7V ny modely araka ny aseho amin'ny sary 2a, b. Voatanisa ao amin'ny Tabilao 1 ny sandan'ny masontsivana nampiasaina tamin'ny simulation. Aseho ao amin'ny Sary 1 sy 1 ny vokatry ny simulation ny dingana transient. Ny sary 3a sy 4. Ao amin'ny sary 4a, b dia mampiseho ny voltase voataona ao amin'ny tariby SMA sy ny hery ateraky ny actuator ho toy ny fiasan'ny fotoana. Mandritra ny fiovan'ny endrika mivadika (fanafanana), rehefa ho aotra ny mari-pana amin'ny tariby SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (mari-pana fanombohan'ny dingana austenite novaina noho ny stress), dia ho aotra ny tahan'ny fiovan'ny ampahan'ny volume martensite (\(\dot{\xi }\)). Mandritra ny fiovan'ny endrika mivadika (fanafanana), rehefa miakatra ny mari-pana amin'ny tariby SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (mari-pana fanombohan'ny dingana austenite novaina noho ny stress), dia ho aotra ny tahan'ny fiovan'ny ampahan'ny volume martensite (\(\dot{\ xi }\)). Во время обратного превращения (нагрева), когда температура проволоки SMA, \(T < A_s^ {\prime}\) (температура начала аустеанидино напряжением), скорость изменения объемной доли мартенсита (\(\dot{\ xi }\)) будет равно нулю. Mandritra ny fiovan'ny endrika mivadika (fanafanana), rehefa ho aotra ny mari-pana amin'ny tariby SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (mari-pana fanombohan'ny austenite novaina noho ny stress), dia ho aotra ny tahan'ny fiovan'ny ampahan'ny volume martensite (\(\dot{\ xi }\ )).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（\(小dot{\) xi在 反向 转变 （加热） 中 ， 当 当 当 线 温度 \ (t
(a) Vokatra simulation mampiseho ny fizarana mari-pana sy ny mari-pana amin'ny fifandraisana vokatry ny fihenjanana ao amin'ny actuator divalerate mifototra amin'ny SMA. Rehefa miampita ny mari-pana amin'ny tetezamita austenite ny mari-pana amin'ny tariby mandritra ny dingana fanafanana, dia manomboka miakatra ny mari-pana amin'ny tetezamita austenite novaina, ary toy izany koa, rehefa miampita ny mari-pana amin'ny tetezamita martensitic ny mari-pana amin'ny tsorakazo tariby mandritra ny dingana fampangatsiahana, dia mihena ny mari-pana amin'ny tetezamita martensitic. SMA ho an'ny modely analitika amin'ny fizotran'ny actuation. (Raha mila fijery amin'ny antsipiriany momba ny subsystem tsirairay amin'ny modely Simulink, jereo ny fizarana appendix amin'ny rakitra fanampiny.)
Aseho ho an'ny tsingerina roa amin'ny voltazy fidirana 7V (tsingerina fanafanana 10 segondra ary tsingerina fampangatsiahana 15 segondra) ny valin'ny fanadihadiana ho an'ny fizarana masontsivana samihafa. Raha toa ka maneho ny fizarana rehefa mandeha ny fotoana ny (ac) sy (e), etsy ankilany, ny (d) sy (f) dia maneho ny fizarana miaraka amin'ny mari-pana. Ho an'ny fepetra fidirana tsirairay avy, ny fihenjanana ambony indrindra hita dia 106 MPa (latsaky ny 345 MPa, tanjaky ny tariby), ny hery dia 150 N, ny fifindran-toerana ambony indrindra dia 270 µm, ary ny ampahany kely indrindra amin'ny volume martensitic dia 0.91. Etsy ankilany, ny fiovan'ny fihenjanana sy ny fiovan'ny ampahany amin'ny volume martensite miaraka amin'ny mari-pana dia mitovy amin'ny toetran'ny hysteresis.
Mitovy amin'izany ihany koa ny fanazavana amin'ny fiovana mivantana (fampangatsiahana) avy amin'ny dingana austenite mankany amin'ny dingana martensite, izay tena tsara ny mari-pana amin'ny tariby SMA (T) sy ny mari-pana amin'ny faran'ny dingana martensite novaina noho ny fihenjanana (\(M_f^{\prime}\ )). Ao amin'ny sary 4d, ny f dia mampiseho ny fiovan'ny fihenjanana ateraky ny fihenjanana (\(\sigma\)) sy ny ampahany amin'ny volume amin'ny martensite (\(\xi\)) ao amin'ny tariby SMA ho toy ny fiasan'ny fiovan'ny mari-pana amin'ny tariby SMA (T), ho an'ny tsingerin'ny fitondrana roa. Ao amin'ny sary 3a dia mampiseho ny fiovan'ny mari-pana amin'ny tariby SMA miaraka amin'ny fotoana miankina amin'ny pulsa voltazy fidirana. Araka ny hita amin'ny sary, ny mari-pana amin'ny tariby dia mitohy mitombo amin'ny alàlan'ny fanomezana loharanon-kafanana amin'ny voltazy aotra ary avy eo ny fampangatsiahana convective. Mandritra ny fanafanana, manomboka ny fiovan'ny martensite ho lasa austenite rehefa miampita ny mari-pana nokleasiona austenite nohavaozina noho ny fihenjanana (\(A_s^{\prime}\)) ny mari-pana tariby SMA (T). Mandritra io dingana io, voatsindry ny tariby SMA ary miteraka hery ny actuator. Mandritra ny fampangatsiahana ihany koa, rehefa miampita ny mari-pana nokleasiona amin'ny dingana martensite nohavaozina noho ny fihenjanana (\(M_s^{\prime}\)) ny mari-pana tariby SMA (T) dia misy fifindrana tsara avy amin'ny dingana austenite mankany amin'ny dingana martensite. mihena ny hery manosika.
Azo avy amin'ny valin'ny simulation ny lafiny kalitao lehibe amin'ny bimodal drive mifototra amin'ny SMA. Raha ny fidirana voltazy pulse, dia mitombo ny mari-pana amin'ny tariby SMA noho ny fiantraikan'ny fanafanana Joule. Ny sanda voalohany amin'ny ampahany martensite volume (\(\xi\)) dia napetraka ho 1, satria ny fitaovana dia ao anatin'ny dingana martensitic tanteraka amin'ny voalohany. Rehefa manohy mafana ny tariby, ny mari-pana amin'ny tariby SMA dia mihoatra ny mari-pana austenite nohavaozina stress \(A_s^{\prime}\), ka miteraka fihenan'ny ampahany martensite volume, araka ny aseho amin'ny Sary 4c. Ho fanampin'izany, amin'ny sary 4e dia mampiseho ny fizarana ny fikorianan'ny actuator amin'ny fotoana, ary amin'ny sary 5 - ny hery manosika ho toy ny fiasan'ny fotoana. Ny rafitra fampitoviana mifandraika amin'izany dia ahitana ny mari-pana, ny ampahany martensite volume, ary ny stress izay mivoatra ao amin'ny tariby, ka miteraka fihenan'ny tariby SMA sy ny hery ateraky ny actuator. Araka ny aseho amin'ny sary 5. 4d,f, ny fiovaovan'ny voltazy miaraka amin'ny mari-pana ary ny fiovaovan'ny ampahan'ny volume martensite miaraka amin'ny mari-pana dia mifanaraka amin'ny toetran'ny hysteresis an'ny SMA amin'ny tranga nohadihadiana amin'ny 7 V.
Azo tamin'ny alalan'ny andrana sy kajikajy famakafakana ny fampitahana ny masontsivana momba ny fitondrana herinaratra. Nampiharina tamin'ny voltazy fidirana 7 V nandritra ny 10 segondra ireo tariby, avy eo dia nangatsiaka nandritra ny 15 segondra (dingana fampangatsiahana) nandritra ny tsingerina roa. Napetraka amin'ny \(40^{\circ}\) ny zoro pinnate ary napetraka amin'ny 83mm ny halavan'ny tariby SMA voalohany amin'ny tongotra pin tsirairay. (a) Fandrefesana ny hery fitondrana herinaratra amin'ny alalan'ny load cell (b) Fanaraha-maso ny mari-pana tariby amin'ny alalan'ny fakantsary infrarouge mafana.
Mba hahatakarana ny fiantraikan'ny masontsivana ara-batana amin'ny hery vokarin'ny fiara, dia natao ny fanadihadiana ny fahatsapana ny modely matematika amin'ireo masontsivana ara-batana voafantina, ary nojerena araka ny fiantraikan'izy ireo ireo masontsivana. Voalohany, ny santionan'ny masontsivana modely dia natao tamin'ny fampiasana fitsipiky ny famolavolana andrana izay nanaraka fizarana mitovy (jereo ny Fizarana Fanampiny momba ny Famakafakana ny Fahatsapana). Amin'ity tranga ity, ny masontsivana modely dia ahitana ny voltase fidirana (\(V_{in}\)), ny halavan'ny tariby SMA voalohany (\(l_0\)), ny zoro telozoro (\(\alpha\)), ny tsy miovaovan'ny lohataona bias (\( K_x\ )), ny coefficient famindrana hafanana convective (\(h_T\)) ary ny isan'ny sampana unimodal (n). Amin'ny dingana manaraka, ny tanjaky ny hozatra ambony indrindra dia nofidina ho fepetra takiana amin'ny famolavolana fandalinana ary azo ny fiantraikan'ny parametrika amin'ny andiana variables tsirairay amin'ny tanjaka. Ny tetika tornado ho an'ny fanadihadiana ny fahatsapana dia nalaina avy amin'ny coefficient fifandraisana ho an'ny masontsivana tsirairay, araka ny aseho amin'ny Sary 6a.
(a) Aseho ao amin'ny teti-dratsin'ny rivo-doza ny sandan'ny koefisienan'ny fifandraisana amin'ireo masontsivana modely sy ny fiantraikany amin'ny hery avo indrindra amin'ny vondrona miavaka 2500 amin'ireo masontsivana modely etsy ambony. Ny grafika dia mampiseho ny fifandraisana amin'ny laharana amin'ny tondro maromaro. Mazava fa ny \(V_{in}\) no hany masontsivana manana fifandraisana tsara, ary ny \(l_0\) no masontsivana manana fifandraisana ratsy avo indrindra. Aseho ao amin'ny (b, c) ny fiantraikan'ny masontsivana isan-karazany amin'ny fitambarana isan-karazany amin'ny tanjaky ny hozatra ambony indrindra. Ny \(K_x\) dia eo anelanelan'ny 400 ka hatramin'ny 800 N/m ary ny n dia eo anelanelan'ny 4 ka hatramin'ny 24. Niova avy amin'ny 4V ka hatramin'ny 10V ny voltase (\(V_{in}\)), niova avy amin'ny 40 ka hatramin'ny 100 mm ny halavan'ny tariby (\(l_{0 } \)), ary miovaova avy amin'ny \(\alpha \) ny zoro rambony (\ (\alpha \)).
Ao amin'ny sary 6a dia mampiseho tetika rivo-doza misy coefficients fifandraisana isan-karazany ho an'ny paramètre tsirairay miaraka amin'ny fepetra takiana amin'ny famolavolana hery manosika ambony indrindra. Avy amin'ny sary 6a dia hita fa ny paramètre voltazy (\(V_{in}\)) dia mifandray mivantana amin'ny hery famoahana ambony indrindra, ary ny coefficients famindrana hafanana convective (\(h_T\)), ny zoro lelafo (\( \alpha\)), ny tsy miovaovan'ny lohataona fifindrana (\(K_x\)) dia mifandray ratsy amin'ny hery famoahana sy ny halavan'ny voalohany (\(l_0\)) amin'ny tariby SMA, ary ny isan'ny sampana unimodal (n) dia mampiseho fifandraisana mivadika matanjaka. Raha ny fifandraisana mivantana no jerena, raha ny coefficients fifandraisana voltazy ambony kokoa (\(V_ {in}\)) dia manondro fa ity paramètre ity no manana fiantraikany lehibe indrindra amin'ny herinaratra mivoaka. Fanadihadiana mitovy amin'izany no mandrefy ny hery famoahana ambony indrindra amin'ny fanombanana ny fiantraikan'ny paramètre samihafa amin'ny fitambarana samihafa amin'ny habaka kajy roa, araka ny aseho amin'ny sary 6b, c. Mitovy ny lamina eo amin'ny \(V_{in}\) sy \(l_0\), \(\alpha\) ary \(l_0\), ary ny grafika dia mampiseho fa mitovy ny lamina eo amin'ny \(V_{in}\) sy \(\alpha\) ary \(\alpha\). Ny sanda kely kokoa amin'ny \(l_0\) dia miteraka hery ambony kokoa. Mifanaraka amin'ny Sary 6a ireo tetika roa hafa, izay misy fifandraisana ratsy eo amin'ny n sy \(K_x\) ary fifandraisana tsara eo amin'ny \(V_{in}\). Ity fanadihadiana ity dia manampy amin'ny famaritana sy fanitsiana ireo masontsivana izay ahafahana mampifanaraka ny hery mivoaka, ny fihetsehana ary ny fahombiazan'ny rafitra mpamily amin'ny fepetra takiana sy ny fampiharana.
Ny fikarohana ankehitriny dia mampiditra sy mikaroka ireo "drive" ambaratonga misy ambaratonga N. Ao anatin'ny ambaratonga roa, araka ny aseho amin'ny Sary 7a, izay tsy misy tariby SMA tsirairay amin'ny "actuator" ambaratonga voalohany, fa misy fandaminana bimodal, araka ny aseho amin'ny sary 9e. Ao amin'ny sary 7c dia mampiseho ny fomba ampandehanana ny tariby SMA manodidina ny sandry mihetsika (sandry mpanampy) izay mihetsika amin'ny lalana lava ihany. Na izany aza, ny sandry mihetsika voalohany dia manohy mihetsika amin'ny fomba mitovy amin'ny sandry mihetsika amin'ny "actuator" ambaratonga voalohany. Matetika, ny "drive" ambaratonga N dia noforonina tamin'ny fanoloana ny tariby SMA ambaratonga \(N-1\) amin'ny "drive" ambaratonga voalohany. Vokatr'izany, ny sampana tsirairay dia manahaka ny "drive" ambaratonga voalohany, afa-tsy ny sampana izay mitazona ny tariby mihitsy. Amin'izany fomba izany, dia azo atao ny mamorona rafitra miangona izay mamorona hery izay lehibe kokoa noho ny herin'ny "drive" voalohany. Amin'ity fandalinana ity, ho an'ny ambaratonga tsirairay, dia nodinihina ny halavan'ny tariby SMA mahomby 1 m, araka ny aseho amin'ny endrika tabilao ao amin'ny Sary 7d. Mitovy amin'ny ambaratonga tsirairay ny courant mandalo ny tariby tsirairay amin'ny endrika unimodal tsirairay sy ny prestress ary ny voltage vokarina ao amin'ny fizarana tariby SMA tsirairay. Araka ny modely analytika anay, ny hery mivoaka dia mifandray tsara amin'ny ambaratonga, raha toa kosa ka mifandray ratsy ny fifindrana. Mandritra izany fotoana izany, nisy fifanakalozana teo amin'ny fifindrana sy ny tanjaky ny hozatra. Araka ny hita amin'ny sary 7b, raha tratrarina amin'ny sosona betsaka indrindra ny hery ambony indrindra, ny fifindrana lehibe indrindra dia hita ao amin'ny sosona ambany indrindra. Rehefa napetraka amin'ny \(N=5\ ny ambaratonga ambaratonga, dia hita ny hery hozatra 2.58 kN miaraka amin'ny kapoka 2 voamarika \(\upmu\)m. Etsy ankilany, ny drive dingana voalohany dia miteraka hery 150 N amin'ny kapoka 277 \(\upmu\)m. Ny actuators multi-level dia afaka manahaka ny hozatra biolojika tena izy, izay ahafahan'ny hozatra artifisialy mifototra amin'ny shape memory alloys mamorona hery ambony kokoa miaraka amin'ny fihetsehana mazava sy tsara kokoa. Ny fetran'ity endrika kely ity dia rehefa mitombo ny ambaratonga, dia mihena be ny fihetsehana ary mitombo ny fahasarotan'ny fizotran'ny famokarana drive.
(a) Aseho amin'ny endrika bimodal ny rafitra actuator linear misy sosona roa (\(N=2\)). Ny modely natolotra dia tanterahina amin'ny alàlan'ny fanoloana ny tariby SMA ao amin'ny actuator misy sosona dingana voalohany amin'ny actuator misy sosona dingana tokana hafa. (c) Firafitry ny actuator misy sosona maro dingana faharoa izay tsy mitovy endrika. (b) Voalaza ny fizarana ny hery sy ny fifindran-toerana arakaraka ny isan'ny ambaratonga. Hita fa ny hery fara tampon'ny actuator dia mifandray tsara amin'ny haavon'ny mizana eo amin'ny grafika, raha toa kosa ny fikorianan'ny herinaratra dia mifandray ratsy amin'ny haavon'ny mizana. Ny courant sy ny pre-voltage amin'ny tariby tsirairay dia mijanona ho tsy miova amin'ny ambaratonga rehetra. (d) Ny tabilao dia mampiseho ny isan'ny paompy sy ny halavan'ny tariby SMA (fibre) amin'ny ambaratonga tsirairay. Ny toetran'ny tariby dia asehon'ny index 1, ary ny isan'ny sampana faharoa (ny iray mifandray amin'ny tongotra voalohany) dia asehon'ny isa lehibe indrindra ao amin'ny subscript. Ohatra, amin'ny ambaratonga 5, ny \(n_1\) dia manondro ny isan'ny tariby SMA misy ao amin'ny rafitra bimodal tsirairay, ary ny \(n_5\) dia manondro ny isan'ny tongotra mpanampy (iray mifandray amin'ny tongotra lehibe).
Maro ireo mpikaroka no nanolotra fomba isan-karazany mba hanahafana ny fihetsiky ny SMA miaraka amin'ny fahatsiarovana endrika, izay miankina amin'ny toetra thermomekanika miaraka amin'ny fiovana makroskopika ao amin'ny rafitra kristaly mifandraika amin'ny fifindran'ny dingana. Sarotra ny famolavolana fomba manorina. Ny modely fenomenolojika ampiasaina matetika indrindra dia natolotr'i Tanaka28 ary ampiasaina betsaka amin'ny fampiharana injeniera. Ny modely fenomenolojika natolotr'i Tanaka [28] dia mihevitra fa ny ampahany amin'ny volume amin'ny martensite dia fiasa eksponensialy amin'ny mari-pana sy ny adin-tsaina. Tatỳ aoriana, Liang sy Rogers29 ary Brinson30 dia nanolotra modely izay heverina fa fiasa kosinin'ny voltase sy ny mari-pana ny dinamikan'ny fifindran'ny dingana, miaraka amin'ny fanovana kely amin'ny modely. Becker sy Brinson dia nanolotra modely kinetika mifototra amin'ny diagram dingana mba hanahafana ny fihetsiky ny fitaovana SMA eo ambanin'ny fepetra enta-mavesatra tsy ara-dalàna ary koa ny fifindrana ampahany. Banerjee32 dia mampiasa ny fomba dinamikan'ny diagram dingana Bekker sy Brinson31 mba hanahafana manipulator ambaratonga tokana amin'ny fahalalahana novolavolain'i Elahinia sy Ahmadian33. Sarotra ampiharina amin'ny fampiharana injeniera ny fomba kinetika mifototra amin'ny kisarisary dingana, izay mandinika ny fiovan'ny voltase tsy mitovy amin'ny mari-pana. Elakhinia sy Ahmadian dia misarika ny saina ho amin'ireo lesoka amin'ny modely fenomenolojika efa misy ireo ary manolotra modely fenomenolojika mivelatra mba handinihana sy hamaritana ny fitondran-tena fahatsiarovana endrika eo ambanin'ny fepetra enta-mavesatra sarotra rehetra.
Ny modely ara-drafitry ny tariby SMA dia manome ny fihenjanana (\(\sigma\)), ny fihenjanana (\(\epsilon\)), ny mari-pana (T), ary ny ampahany martensite volume (\(\xi\)) amin'ny tariby SMA. Ny modely fenomenolojika dia natolotry ny Tanaka28 voalohany ary noraisin'i Liang29 sy Brinson30 taty aoriana. Ny derivative an'ny equation dia manana endrika:
izay E ny modulus an'ny SMA Young miankina amin'ny dingana azo avy amin'ny fampiasana ny \(\displaystyle E=\xi E_M + (1-\xi )E_A\) ary ny \(E_A\) sy ny \(E_M\) izay maneho ny modulus an'i Young dia dingana austenitika sy martensitika, ary ny coefficient of thermal expansion dia asehon'ny \(\theta _T\). Ny singa mandray anjara amin'ny tetezamita dingana dia \(\Omega = -E \epsilon _L\) ary ny \(\epsilon _L\) dia ny fihenjanana ambony indrindra azo averina amin'ny tariby SMA.
Mifanaraka amin'ny fiasan'ny cosine novolavolain'i Liang29 ary noraisin'i Brinson30 taty aoriana fa tsy ny fiasan'ny exponential naroson'i Tanaka28 ny equation phase dynamics. Fanitarana ny maodely naroson'i Elakhinia sy Ahmadian34 ny maodely tetezamita phase ary novaina mifototra amin'ny fepetra tetezamita phase nomen'i Liang29 sy Brinson30. Ny fepetra ampiasaina amin'ity maodely tetezamita phase ity dia manan-kery eo ambanin'ny enta-mavesatra thermomekanika sarotra. Amin'ny fotoana tsirairay, ny sandan'ny ampahany volume an'ny martensite dia kajiana rehefa mamolavola ny equation constitutive.
Ny fitoviana mifehy ny fiovan'ny endrika, izay aseho amin'ny fiovan'ny martensite ho austenite amin'ny fepetra fanafanana, dia toy izao manaraka izao:
izay ny \(\xi\) dia ny ampahany amin'ny volume an'ny martensite, ny \(\xi _M\) dia ny ampahany amin'ny volume an'ny martensite azo talohan'ny fanafanana, \(\displaystyle a_A = \pi /(A_f – A_s)\), \ ( \displaystyle b_A = -a_A/C_A\) ary \(C_A\) – masontsivana fanatonana ny curve, T – mari-pana tariby SMA, \(A_s\) sy \(A_f\) – fiandohana sy fiafaran'ny dingana austenite, tsirairay avy, mari-pana.
Ny fampitoviana fanaraha-maso ny fiovana mivantana, asehon'ny fiovan'ny dingana austenite ho martensite amin'ny fepetra fampangatsiahana, dia:
izay ny \(\xi _A\) dia ny ampahany amin'ny volume martensite azo talohan'ny fampangatsiahana, \(\displaystyle a_M = \pi /(M_s – M_f)\), \(\displaystyle b_M = -a_M/C_M\) ary \ ( C_M \) – masontsivana mifanaraka amin'ny fiolahana, T – mari-pana tariby SMA, \(M_s\) ary \(M_f\) – mari-pana martensite voalohany sy farany.
Rehefa voaavaka ny fampitoviana (3) sy (4), dia nohafohezina ho toy izao manaraka izao ny fampitoviana mivadika sy mivantana:
Mandritra ny fiovana mandroso sy miverina, ny \(\eta _{\sigma}\) sy \(\eta _{T}\) dia maka sanda samihafa. Ny fampitoviana fototra mifandraika amin'ny \(\eta _{\sigma}\) sy \(\eta _{T}\) dia nalaina ary noresahina tamin'ny antsipiriany tao amin'ny fizarana fanampiny.
Ny angovo mafana ilaina hampiakatra ny mari-pana amin'ny tariby SMA dia avy amin'ny fiantraikan'ny fanafanana Joule. Ny angovo mafana voaray na avoaka amin'ny tariby SMA dia asehon'ny hafanana miafina amin'ny fiovan'ny endrika. Ny fahaverezan'ny hafanana ao amin'ny tariby SMA dia vokatry ny convection an-tery, ary raha jerena ny fiantraikan'ny taratra tsy dia misy dikany loatra, dia toy izao manaraka izao ny fampitoviana ny fifandanjan'ny angovo mafana:
Izay \(m_{wire}\) no lanjan'ny tariby SMA manontolo, \(c_{p}\) no fahafahan'ny SMA mampiasa hafanana manokana, \(V_{in}\) no voltazy ampiharina amin'ny tariby, \(R_{ohm} \ ) – fanoherana miankina amin'ny dingana SMA, faritana ho; \(R_{ohm} = (l/A_{cross})[\xi r_M + (1-\xi )r_A]\ ) izay \(r_M\ ) sy \(r_A\) no fanoherana ny dingana SMA amin'ny martensite sy austenite, tsirairay avy, \(A_{c}\) no velaran'ny tariby SMA, \(\Delta H \) dia firaka fahatsiarovana endrika. Ny hafanana miafina amin'ny tetezamita amin'ny tariby, T ary \(T_{\infty}\) dia ny mari-pana amin'ny tariby SMA sy ny tontolo iainana, tsirairay avy.
Rehefa ampiasaina ny tariby "shape memory alloy", dia mihenjana ny tariby, ka mamorona hery ao amin'ny sampana tsirairay amin'ny endrika bimodal antsoina hoe herin'ny fibre. Ny herin'ny fibre ao amin'ny kofehy tsirairay amin'ny tariby SMA miaraka dia mamorona ny herin'ny hozatra hiasa, araka ny aseho amin'ny Sary 9e. Noho ny fisian'ny loharano mitongilana, ny herin'ny hozatra manontolo amin'ny actuator multilayer faha-N dia:
Raha soloina amin'ny fampitoviana (7) ny \(N = 1\), dia azo toy izao manaraka izao ny tanjaky ny hozatry ny prototype bimodal drive dingana voalohany:
izay n ny isan'ny tongotra unimodal, \(F_m\) ny herin'ny hozatra ateraky ny drive, \(F_f\) ny tanjaky ny fibre ao amin'ny tariby SMA, \(K_x\) ny hamafin'ny bias. lohataona, \(\alpha\) ny zoro amin'ny telozoro, \(x_0\) ny elanelana voalohany amin'ny lohataona bias mba hihazonana ny tariby SMA amin'ny toerana efa voahenjana mialoha, ary \(\Delta x\) ny fivezivezen'ny actuator.
Ny fifindrana na fihetsehan'ny drive (\(\Delta x\)) miankina amin'ny voltase (\(\sigma\)) sy ny fihenjanana (\(\epsilon\)) eo amin'ny tariby SMA amin'ny dingana faha-N, ny drive dia napetraka amin'ny (jereo ny Sary. ampahany fanampiny amin'ny output):
Ny fampitoviana kinematika dia manome ny fifandraisana misy eo amin'ny fiovaovan'ny endrika (\(\epsilon\)) sy ny fifindran-toerana na ny fivezivezena (\(\Delta x\)). Ny fiovaovan'ny endrika amin'ny tariby Arb ho toy ny fiasan'ny halavan'ny tariby Arb voalohany (\(l_0\)) sy ny halavan'ny tariby (l) amin'ny fotoana rehetra t amin'ny sampana unimodal iray dia toy izao manaraka izao:
izay ahazoana ny \(l = \sqrt{l_0^2 +(\Delta x_1)^2 – 2 l_0 (\Delta x_1) \cos \alpha _1}\) amin'ny fampiharana ny raikipohy cosine ao amin'ny \(\Delta\)ABB ', araka ny aseho amin'ny Sary 8. Ho an'ny dingana voalohany amin'ny drive (\(N = 1\)), ny \(\Delta x_1\) dia \(\Delta x\), ary ny \(\alpha _1\) dia \(\alpha \) araka ny aseho amin'ny Araka ny aseho amin'ny Sary 8, amin'ny fanavahana ny fotoana amin'ny Equation (11) ary fanoloana ny sandan'ny l, dia azo soratana toy izao ny tahan'ny fihenjanana:
izay ny \(l_0\) no halavan'ny tariby SMA voalohany, ny l no halavan'ny tariby amin'ny fotoana rehetra t ao anaty sampana unimodal iray, ny \(\epsilon\) no fiovaovan'ny endrika ao amin'ny tariby SMA, ary ny \(\alpha\) no zoro amin'ny telozoro, ny \(\Delta x\) no offset-n'ny drive (araka ny aseho amin'ny Sary 8).
Ny rafitra n rehetra misy tendrony tokana (\(n=6\) amin'ity sary ity) dia mifandray mifanesy miaraka amin'ny \(V_{in}\) ho toy ny voltase fidirana. Dingana I: Kisarisary skematika amin'ny tariby SMA amin'ny firafitra bimodal eo ambanin'ny fepetra voltase aotra Dingana II: Aseho ny rafitra voafehy izay iharan'ny tsindry ny tariby SMA noho ny fiovam-po mivadika, araka ny asehon'ny tsipika mena.
Ho porofon'ny hevitra, dia novolavolaina ny "bimodal drive" miorina amin'ny SMA mba hitsapana ny "simulation derivation" an'ireo "equations" fototra miaraka amin'ny valin'ny fanandramana. Ny modely CAD an'ny "bimodal linear actuator" dia aseho amin'ny sary 9a. Etsy ankilany, amin'ny sary 9c dia mampiseho endrika vaovao natolotra ho an'ny fifandraisana "rotational prismatic" mampiasa "two-planed SMA-based actuator" misy rafitra bimodal. Ny singa "drive" dia namboarina tamin'ny fampiasana "additive manufacturing" tamin'ny "Ultimaker 3 Extended 3D printer". Ny fitaovana ampiasaina amin'ny fanontana 3D ny singa dia polycarbonate izay mety amin'ny fitaovana mahatohitra hafanana satria matanjaka, maharitra ary manana mari-pana tetezamita fitaratra avo lenta (110-113 \(^{\circ }\) C). Ho fanampin'izany, ny tariby "memory alloy" endrika "Flexinol" Dynalloy, Inc. no nampiasaina tamin'ny fanandramana, ary ny toetran'ny fitaovana mifanaraka amin'ny tariby Flexinol no nampiasaina tamin'ny simulation. Tariby SMA maromaro no alamina toy ny fibre hita ao anaty fandaminana hozatra bimodal mba hahazoana ireo hery avo lenta vokarin'ny actuators multisosona, araka ny aseho amin'ny Sary 9b, d.
Araka ny aseho amin'ny Sary 9a, ny zoro maranitra niforonan'ny tariby SMA sandry mihetsika dia antsoina hoe zoro (\(\alpha\)). Miaraka amin'ny clamp terminal mifatotra amin'ny clamp havia sy havanana, ny tariby SMA dia tazonina amin'ny zoro bimodal irina. Ny fitaovana spring bias tazonina eo amin'ny connector spring dia natao hanitsiana ireo vondrona fanitarana spring bias samihafa araka ny isan'ny (n) fibre SMA. Ho fanampin'izany, ny toerana misy ny ampahany mihetsika dia natao mba hahafahan'ny tariby SMA miharihary amin'ny tontolo ivelany ho an'ny fampangatsiahana convection an-tery. Ny takelaka ambony sy ambany amin'ny fivoriambe azo esorina dia manampy amin'ny fitazonana ny tariby SMA ho mangatsiaka amin'ny alàlan'ny fanapahana extruded natao hampihenana ny lanja. Ho fanampin'izany, ny tendrony roa amin'ny tariby CMA dia mifatotra amin'ny terminal havia sy havanana, tsirairay avy, amin'ny alàlan'ny crimp. Ny plunger dia mifatotra amin'ny tendrony iray amin'ny fivoriambe azo mihetsika mba hitazonana ny elanelana eo amin'ny takelaka ambony sy ambany. Ny plunger koa dia ampiasaina hampihatra hery manakana amin'ny sensor amin'ny alàlan'ny fifandraisana mba handrefesana ny hery manakana rehefa mihetsika ny tariby SMA.
Ny rafitry ny hozatra bimodal SMA dia mifandray amin'ny herinaratra mifanesy ary ampiasain'ny voltazy fidirana. Mandritra ny tsingerin'ny voltazy, rehefa ampiharina ny voltazy ary hafanaina ambonin'ny mari-pana voalohany amin'ny austenite ny tariby SMA, dia fohy ny halavan'ny tariby amin'ny kofehy tsirairay. Io fihemorana io dia mampihetsika ny ampahany amin'ny sandry mihetsika. Rehefa aotra ny voltazy amin'io tsingerina io ihany, dia mangatsiaka ambanin'ny mari-pana amin'ny velaran'ny martensite ny tariby SMA mafana, ka miverina amin'ny toerany tany am-boalohany. Amin'ny toe-javatra tsy misy fihenjanana, ny tariby SMA dia mivelatra aloha amin'ny alàlan'ny loharano bias mba hahatongavana amin'ny toetry ny martensitic misaraka. Ny visy, izay andalovan'ny tariby SMA, dia mihetsika noho ny famoretana ateraky ny fampiharana ny voltazy amin'ny tariby SMA (ny SPA dia mahatratra ny dingana austenite), izay mitarika amin'ny fiasan'ny lever mihetsika. Rehefa mihemotra ny tariby SMA, ny loharano bias dia mamorona hery mifanohitra amin'ny alàlan'ny fanenjanana bebe kokoa ny loharano. Rehefa lasa aotra ny fihenjanana amin'ny voltazy impulse, dia mihalava ny tariby SMA ary manova ny endriny noho ny fampangatsiahana convection an-tery, ka mahatratra ny dingana martensitic roa sosona.
Ny rafitra actuator linear miorina amin'ny SMA naroso dia manana firafitra bimodal izay misy zoro ny tariby SMA. (a) mampiseho modely CAD amin'ny prototype, izay manonona ny sasany amin'ireo singa sy ny dikany ho an'ny prototype, (b, d) maneho ny prototype andrana novolavolaina35. Raha toa ka (b) mampiseho fijery ambony amin'ny prototype miaraka amin'ny fifandraisana elektrika sy loharano bias ary gauge fihenjanana ampiasaina, (d) mampiseho fijery perspective amin'ny fametrahana. (e) Kisarisary amin'ny rafitra actuation linear miaraka amin'ny tariby SMA napetraka bimodally amin'ny fotoana rehetra t, mampiseho ny lalana sy ny lalan'ny fibre sy ny tanjaky ny hozatra. (c) Nisy fifandraisana prismatic mihodina 2-DOF natolotra ho an'ny fametrahana actuator miorina amin'ny SMA roa-plane. Araka ny aseho, ny rohy dia mampita fihetsehana linear avy amin'ny drive ambany mankany amin'ny sandry ambony, ka mamorona fifandraisana mihodina. Etsy ankilany, ny fihetsehan'ny prisma roa dia mitovy amin'ny fihetsehan'ny drive dingana voalohany misy sosona maro.
Nisy fanadihadiana andrana natao tamin'ny prototype aseho amin'ny Sary 9b mba hanombanana ny fahombiazan'ny fiara bimodal mifototra amin'ny SMA. Araka ny aseho amin'ny Sary 10a, ny fametrahana andrana dia nahitana famatsiana herinaratra DC azo fandaharana mba hanomezana voltase fidirana amin'ny tariby SMA. Araka ny aseho amin'ny sary 10b, dia nampiasaina handrefesana ny hery manakana amin'ny fampiasana Graphtec GL-2000 data logger ny fitaovana fandrefesana fihenjanana piezoelektrika (PACEline CFT/5kN). Noraketin'ny mpampiantrano ny angon-drakitra mba hianarana bebe kokoa. Ny fitaovana fandrefesana fihenjanana sy ny amplifier fiampangana dia mitaky famatsiana herinaratra tsy tapaka mba hamokarana famantarana voltase. Ireo famantarana mifanaraka amin'izany dia avadika ho vokatra herinaratra araka ny fahatsapan'ny sensor hery piezoelektrika sy ireo masontsivana hafa araka ny voalaza ao amin'ny Tabilao 2. Rehefa ampiharina ny pulsa voltase, dia mitombo ny mari-pana amin'ny tariby SMA, ka mahatonga ny tariby SMA hihenjana, izay mahatonga ny actuator hamokatra hery. Ny valin'ny andrana momba ny tanjaky ny hozatra amin'ny alàlan'ny pulsa voltase fidirana 7 V dia aseho amin'ny sary 2a.
(a) Napetraka tao amin'ny andrana ny rafitra actuator linear miorina amin'ny SMA mba handrefesana ny hery ateraky ny actuator. Mandrefy ny hery manakana ny load cell ary ampiasain'ny famatsiana herinaratra 24 V DC. Nampiharina nanaraka ny halavan'ny tariby manontolo ny fihenan'ny voltase 7 V tamin'ny fampiasana famatsiana herinaratra DC azo fandaharana GW Instek. Mihena ny tariby SMA noho ny hafanana, ary mifandray amin'ny load cell ny sandry mihetsika ary mampihatra hery manakana. Mifandray amin'ny GL-2000 data logger ny load cell ary tehirizina ao amin'ny mpampiantrano ny angona mba hojerena bebe kokoa. (b) Kisary mampiseho ny rojo misy ny singa ao amin'ny fametrahana andrana ho an'ny fandrefesana ny tanjaky ny hozatra.
Ny firaka fahatsiarovana endrika dia voasarika amin'ny angovo mafana, ka lasa masontsivana manan-danja amin'ny fandalinana ny trangan-javatra fahatsiarovana endrika ny mari-pana. Tamin'ny fanandramana, araka ny aseho amin'ny Sary 11a, dia natao tamin'ny prototype divalerate actuator miorina amin'ny SMA ny sary mafana sy ny fandrefesana ny mari-pana. Nampihatra voltase fidirana tamin'ny tariby SMA tao amin'ny fametrahana fanandramana ny loharano DC azo fandaharana, araka ny aseho amin'ny Sary 11b. Ny fiovan'ny mari-pana amin'ny tariby SMA dia norefesina tamin'ny fotoana tena izy tamin'ny fampiasana fakantsary LWIR avo lenta (FLIR A655sc). Mampiasa ny rindrambaiko ResearchIR ny mpampiantrano mba handraisana an-tsoratra ny angon-drakitra ho an'ny fanodinana fanampiny. Rehefa ampiharina ny pulse voltase, dia mitombo ny mari-pana amin'ny tariby SMA, ka mahatonga ny tariby SMA hihena. Ao amin'ny sary 2b dia mampiseho ny valin'ny fanandramana ny mari-pana amin'ny tariby SMA raha oharina amin'ny fotoana ho an'ny pulse voltase fidirana 7V.
Fotoana fandefasana: 28 Septambra 2022
