Nature.com ला भेट दिल्याबद्दल धन्यवाद. तुम्ही वापरत असलेल्या ब्राउझर आवृत्तीला मर्यादित CSS सपोर्ट आहे. सर्वोत्तम अनुभवासाठी, आम्ही शिफारस करतो की तुम्ही अपडेटेड ब्राउझर वापरा (किंवा इंटरनेट एक्सप्लोररमध्ये कंपॅटिबिलिटी मोड अक्षम करा). दरम्यान, सतत सपोर्ट सुनिश्चित करण्यासाठी, आम्ही साइटला स्टाईल आणि जावास्क्रिप्टशिवाय रेंडर करू.
अ‍ॅक्युएटर्स सर्वत्र वापरले जातात आणि उत्पादन आणि औद्योगिक ऑटोमेशनमध्ये विविध ऑपरेशन्स करण्यासाठी योग्य उत्तेजना शक्ती किंवा टॉर्क लागू करून नियंत्रित गती निर्माण करतात. जलद, लहान आणि अधिक कार्यक्षम ड्राइव्हची गरज ड्राइव्ह डिझाइनमध्ये नवोपक्रम आणत आहे. शेप मेमरी अलॉय (SMA) ड्राइव्ह पारंपारिक ड्राइव्हपेक्षा अनेक फायदे देतात, ज्यामध्ये उच्च पॉवर-टू-वेट रेशोचा समावेश आहे. या प्रबंधात, दोन-पंख असलेला SMA-आधारित अ‍ॅक्युएटर्स विकसित करण्यात आला आहे जो जैविक प्रणालींच्या पंखांच्या स्नायूंचे फायदे आणि SMA चे अद्वितीय गुणधर्म एकत्र करतो. हा अभ्यास बायमोडल SMA वायर व्यवस्थेवर आधारित नवीन अ‍ॅक्युएटर्सचे गणितीय मॉडेल विकसित करून आणि प्रायोगिकरित्या त्याची चाचणी करून मागील SMA अ‍ॅक्युएटर्सचा शोध घेतो आणि विस्तारित करतो. SMA वर आधारित ज्ञात ड्राइव्हच्या तुलनेत, नवीन ड्राइव्हची अ‍ॅक्युएट्युएशन फोर्स किमान 5 पट जास्त आहे (150 N पर्यंत). संबंधित वजन कमी होणे सुमारे 67% आहे. गणितीय मॉडेल्सच्या संवेदनशीलता विश्लेषणाचे निकाल डिझाइन पॅरामीटर्स ट्यून करण्यासाठी आणि प्रमुख पॅरामीटर्स समजून घेण्यासाठी उपयुक्त आहेत. हा अभ्यास पुढे एक बहु-स्तरीय Nth स्टेज ड्राइव्ह सादर करतो जो गतिशीलता आणखी वाढविण्यासाठी वापरला जाऊ शकतो. एसएमए-आधारित डिपव्हॅलेरेट मसल अ‍ॅक्च्युएटर्समध्ये ऑटोमेशन तयार करण्यापासून ते अचूक औषध वितरण प्रणालींपर्यंत विस्तृत अनुप्रयोग आहेत.
सस्तन प्राण्यांच्या स्नायूंच्या रचनांसारख्या जैविक प्रणाली अनेक सूक्ष्म क्रियाशील घटकांना सक्रिय करू शकतात1. सस्तन प्राण्यांमध्ये वेगवेगळ्या स्नायू संरचना असतात, प्रत्येक विशिष्ट उद्देशासाठी काम करते. तथापि, सस्तन प्राण्यांच्या स्नायू ऊतींची बरीच रचना दोन विस्तृत श्रेणींमध्ये विभागली जाऊ शकते. समांतर आणि पेनेट. हॅमस्ट्रिंग आणि इतर फ्लेक्सर्समध्ये, नावाप्रमाणेच, समांतर स्नायूंमध्ये मध्यवर्ती कंडराच्या समांतर स्नायू तंतू असतात. स्नायू तंतूंची साखळी त्यांच्या सभोवतालच्या संयोजी ऊतींद्वारे रेषेत असते आणि कार्यात्मकपणे जोडलेली असते. जरी या स्नायूंमध्ये मोठा प्रवास (टक्केवारी शॉर्टनिंग) असल्याचे म्हटले जाते, तरी त्यांची एकूण स्नायूंची ताकद खूप मर्यादित असते. याउलट, ट्रायसेप्स कॅल्फ स्नायू2 (लेटरल गॅस्ट्रोक्नेमियस (GL)3, मेडियल गॅस्ट्रोक्नेमियस (GM)4 आणि सोलस (SOL)) आणि एक्सटेन्सर फेमोरिस (क्वाड्रिसेप्स)5,6 मध्ये प्रत्येक स्नायूमध्ये पेनेट स्नायू ऊती आढळतात7. पिनेट रचनेत, बायपेनेट स्नायूंमधील स्नायू तंतू मध्यवर्ती कंडराच्या दोन्ही बाजूंना तिरकस कोनात (पिनेट कोन) असतात. पेनेट हा लॅटिन शब्द "पेन्ना" पासून आला आहे, ज्याचा अर्थ "पेन" आहे, आणि आकृती १ मध्ये दाखवल्याप्रमाणे त्याचे स्वरूप पंखासारखे असते. पेनेट स्नायूंचे तंतू लहान असतात आणि स्नायूंच्या रेखांशाच्या अक्षाशी कोनात असतात. पिनेट रचनेमुळे, या स्नायूंची एकूण गतिशीलता कमी होते, ज्यामुळे शॉर्टनिंग प्रक्रियेचे ट्रान्सव्हर्स आणि रेखांश घटक होतात. दुसरीकडे, शारीरिक क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र मोजण्याच्या पद्धतीमुळे या स्नायूंच्या सक्रियतेमुळे एकूण स्नायूंची ताकद वाढते. म्हणून, दिलेल्या क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्रासाठी, पेनेट स्नायू अधिक मजबूत असतील आणि समांतर तंतू असलेल्या स्नायूंपेक्षा जास्त बल निर्माण करतील. वैयक्तिक तंतूंद्वारे निर्माण होणारे बल त्या स्नायू ऊतीमध्ये मॅक्रोस्कोपिक स्तरावर स्नायू बल निर्माण करतात. याव्यतिरिक्त, त्यात जलद संकोचन, तन्य नुकसानापासून संरक्षण, कुशनिंग असे अद्वितीय गुणधर्म आहेत. ते स्नायूंच्या कृती रेषांशी संबंधित फायबर व्यवस्थेच्या अद्वितीय वैशिष्ट्यांचा आणि भौमितिक जटिलतेचा फायदा घेऊन फायबर इनपुट आणि स्नायू पॉवर आउटपुटमधील संबंध बदलते.
बायमोडल मस्क्युलर आर्किटेक्चरच्या संदर्भात विद्यमान SMA-आधारित अ‍ॅक्च्युएटर डिझाइनचे स्कीमॅटिक आरेख दाखवले आहेत, उदाहरणार्थ (a), स्पर्शिक शक्तीच्या परस्परसंवादाचे प्रतिनिधित्व करते ज्यामध्ये SMA वायर्सद्वारे चालणारे हाताच्या आकाराचे उपकरण दोन-चाकी स्वायत्त मोबाइल रोबोटवर बसवले जाते9,10. , (b) रोबोटिक ऑर्बिटल प्रोस्थेसिस ज्यामध्ये विरोधीपणे ठेवलेले SMA स्प्रिंग-लोडेड ऑर्बिटल प्रोस्थेसिस. प्रोस्थेटिक डोळ्याची स्थिती डोळ्याच्या नेत्र स्नायूच्या सिग्नलद्वारे नियंत्रित केली जाते11, (c) SMA अ‍ॅक्च्युएटर त्यांच्या उच्च वारंवारता प्रतिसाद आणि कमी बँडविड्थमुळे पाण्याखालील अनुप्रयोगांसाठी आदर्श आहेत. या कॉन्फिगरेशनमध्ये, माशांच्या हालचालींचे अनुकरण करून तरंग गती निर्माण करण्यासाठी SMA अ‍ॅक्च्युएटर्सचा वापर केला जातो, (d) SMA अ‍ॅक्च्युएटर्सचा वापर एक सूक्ष्म पाईप तपासणी रोबोट तयार करण्यासाठी केला जातो जो इंच वर्म मोशन तत्त्वाचा वापर करू शकतो, जो चॅनेल 10 मधील SMA वायर्सच्या हालचालीद्वारे नियंत्रित केला जातो, (e) आकुंचन स्नायू तंतूंची दिशा आणि गॅस्ट्रोक्नेमियस टिश्यूमध्ये आकुंचन शक्ती निर्माण करतो, (f) पेनेट स्नायू संरचनेत स्नायू तंतूंच्या स्वरूपात मांडलेल्या SMA वायर्स दाखवतो.
अ‍ॅक्च्युएटर्स त्यांच्या विस्तृत अनुप्रयोगांमुळे यांत्रिक प्रणालींचा एक महत्त्वाचा भाग बनले आहेत. म्हणूनच, लहान, वेगवान आणि अधिक कार्यक्षम ड्राइव्हची आवश्यकता अत्यंत महत्त्वाची बनली आहे. त्यांचे फायदे असूनही, पारंपारिक ड्राइव्ह महाग आणि देखभालीसाठी वेळखाऊ असल्याचे सिद्ध झाले आहे. हायड्रॉलिक आणि न्यूमॅटिक अ‍ॅक्च्युएटर्स जटिल आणि महाग आहेत आणि ते झीज, स्नेहन समस्या आणि घटक बिघाडाच्या अधीन आहेत. मागणीला प्रतिसाद म्हणून, स्मार्ट मटेरियलवर आधारित किफायतशीर, आकार-ऑप्टिमाइझ केलेले आणि प्रगत अ‍ॅक्च्युएटर्स विकसित करण्यावर लक्ष केंद्रित केले जात आहे. ही गरज पूर्ण करण्यासाठी शेप मेमरी अलॉय (SMA) लेयर्ड अ‍ॅक्च्युएटर्सकडे चालू संशोधन पाहत आहे. श्रेणीबद्ध अ‍ॅक्च्युएटर्स अद्वितीय आहेत कारण ते वाढलेली आणि विस्तारित कार्यक्षमता प्रदान करण्यासाठी अनेक डिस्क्रिट अ‍ॅक्च्युएटर्सना भौमितिकदृष्ट्या जटिल मॅक्रो स्केल सबसिस्टममध्ये एकत्र करतात. या संदर्भात, वर वर्णन केलेले मानवी स्नायू ऊतक अशा बहुस्तरीय अ‍ॅक्च्युएशनचे एक उत्कृष्ट बहुस्तरीय उदाहरण प्रदान करते. सध्याच्या अभ्यासात बायमोडल स्नायूंमध्ये उपस्थित असलेल्या फायबर ओरिएंटेशनशी जुळलेल्या अनेक वैयक्तिक ड्राइव्ह घटकांसह (SMA वायर्स) बहु-स्तरीय SMA ड्राइव्हचे वर्णन केले आहे, जे एकूण ड्राइव्ह कार्यप्रदर्शन सुधारते.
अ‍ॅक्च्युएटरचा मुख्य उद्देश विद्युत उर्जेचे रूपांतर करून बल आणि विस्थापन यासारख्या यांत्रिक पॉवर आउटपुट निर्माण करणे आहे. शेप मेमरी अलॉयज हे "स्मार्ट" मटेरियलचा एक वर्ग आहेत जे उच्च तापमानात त्यांचा आकार पुनर्संचयित करू शकतात. उच्च भारांखाली, SMA वायरच्या तापमानात वाढ झाल्यामुळे आकार पुनर्प्राप्ती होते, परिणामी विविध थेट बंधन असलेल्या स्मार्ट मटेरियलच्या तुलनेत अ‍ॅक्च्युएशन एनर्जी डेन्सिटी जास्त असते. त्याच वेळी, यांत्रिक भारांखाली, SMA ठिसूळ होतात. काही विशिष्ट परिस्थितीत, चक्रीय भार यांत्रिक ऊर्जा शोषून घेऊ शकतो आणि सोडू शकतो, ज्यामुळे उलट करता येणारे हिस्टेरेटिक आकार बदल दिसून येतात. हे अद्वितीय गुणधर्म सेन्सर्स, कंपन डॅम्पिंग आणि विशेषतः अ‍ॅक्च्युएटर्ससाठी SMA आदर्श बनवतात12. हे लक्षात घेऊन, SMA-आधारित ड्राइव्हमध्ये बरेच संशोधन झाले आहे. हे लक्षात घेतले पाहिजे की SMA-आधारित अ‍ॅक्च्युएटर्स विविध अनुप्रयोगांसाठी ट्रान्सलेशनल आणि रोटरी मोशन प्रदान करण्यासाठी डिझाइन केलेले आहेत13,14,15. जरी काही रोटरी अ‍ॅक्च्युएटर्स विकसित केले गेले असले तरी, संशोधकांना विशेषतः रेखीय अ‍ॅक्च्युएटर्समध्ये रस आहे. हे रेखीय अ‍ॅक्च्युएटर्स तीन प्रकारच्या अ‍ॅक्च्युएटर्समध्ये विभागले जाऊ शकतात: एक-आयामी, विस्थापन आणि विभेदक अ‍ॅक्च्युएटर्स 16. सुरुवातीला, हायब्रिड ड्राइव्ह SMA आणि इतर पारंपारिक ड्राइव्हसह एकत्रितपणे तयार केले गेले. SMA-आधारित हायब्रिड रेषीय अ‍ॅक्च्युएटरचे असे एक उदाहरण म्हणजे DC मोटरसह SMA वायरचा वापर करणे जे सुमारे 100 N चे आउटपुट फोर्स आणि लक्षणीय विस्थापन प्रदान करते17.
पूर्णपणे SMA वर आधारित ड्राइव्हमधील पहिल्या विकासांपैकी एक म्हणजे SMA पॅरलल ड्राइव्ह. अनेक SMA वायर्स वापरून, SMA-आधारित पॅरलल ड्राइव्ह सर्व SMA18 वायर्स समांतर ठेवून ड्राइव्हची पॉवर क्षमता वाढवण्यासाठी डिझाइन केले आहे. अ‍ॅक्च्युएटर्सच्या समांतर कनेक्शनसाठी केवळ अधिक पॉवरची आवश्यकता नाही, तर एकाच वायरची आउटपुट पॉवर देखील मर्यादित करते. SMA आधारित अ‍ॅक्च्युएटर्सचा आणखी एक तोटा म्हणजे ते साध्य करू शकणारा मर्यादित प्रवास. या समस्येचे निराकरण करण्यासाठी, विस्थापन वाढवण्यासाठी आणि रेषीय गती प्राप्त करण्यासाठी विक्षेपित लवचिक बीम असलेला SMA केबल बीम तयार करण्यात आला, परंतु उच्च बल निर्माण केले नाही19. आकार मेमरी मिश्रधातूंवर आधारित रोबोट्ससाठी मऊ विकृत संरचना आणि फॅब्रिक्स प्रामुख्याने प्रभाव प्रवर्धनासाठी विकसित केले गेले आहेत20,21,22. उच्च गती आवश्यक असलेल्या अनुप्रयोगांसाठी, मायक्रोपंप चालित अनुप्रयोगांसाठी पातळ फिल्म SMA वापरून कॉम्पॅक्ट चालित पंप नोंदवले गेले आहेत23. पातळ फिल्म SMA मेम्ब्रेनची ड्राइव्ह वारंवारता ड्रायव्हरच्या गती नियंत्रित करण्यासाठी एक प्रमुख घटक आहे. म्हणून, SMA रेषीय मोटर्सना SMA स्प्रिंग किंवा रॉड मोटर्सपेक्षा चांगला गतिमान प्रतिसाद असतो. सॉफ्ट रोबोटिक्स आणि ग्रिपिंग टेक्नॉलॉजी हे SMA-आधारित अ‍ॅक्च्युएटर्स वापरणारे आणखी दोन अनुप्रयोग आहेत. उदाहरणार्थ, 25 N स्पेस क्लॅम्पमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या मानक अ‍ॅक्च्युएटरची जागा घेण्यासाठी, एक आकार मेमरी अलॉय पॅरलल अ‍ॅक्च्युएटर 24 विकसित करण्यात आला. दुसऱ्या प्रकरणात, 30 N ची जास्तीत जास्त खेचण्याची शक्ती निर्माण करण्यास सक्षम असलेल्या एम्बेडेड मॅट्रिक्ससह वायरवर आधारित SMA सॉफ्ट अ‍ॅक्च्युएटर तयार करण्यात आला. त्यांच्या यांत्रिक गुणधर्मांमुळे, जैविक घटनेची नक्कल करणारे अ‍ॅक्च्युएटर तयार करण्यासाठी SMA देखील वापरले जातात. अशाच एका विकासात 12-पेशी रोबोटचा समावेश आहे जो SMA असलेल्या गांडुळासारख्या जीवाचे बायोमिमेटिक आहे जे आग लावण्यासाठी साइनसॉइडल गती निर्माण करते26,27.
आधी सांगितल्याप्रमाणे, विद्यमान SMA-आधारित अ‍ॅक्च्युएटर्सकडून मिळू शकणार्‍या कमाल बलाची मर्यादा आहे. या समस्येचे निराकरण करण्यासाठी, हा अभ्यास बायोमिमेटिक बायमोडल स्नायू रचना सादर करतो. आकार मेमरी अलॉय वायरद्वारे चालवला जातो. तो एक वर्गीकरण प्रणाली प्रदान करतो ज्यामध्ये अनेक आकार मेमरी अलॉय वायर समाविष्ट आहेत. आजपर्यंत, साहित्यात समान आर्किटेक्चर असलेले कोणतेही SMA-आधारित अ‍ॅक्च्युएटर्स नोंदवले गेले नाहीत. SMA वर आधारित ही अद्वितीय आणि नवीन प्रणाली बायमोडल स्नायू संरेखन दरम्यान SMA च्या वर्तनाचा अभ्यास करण्यासाठी विकसित केली गेली होती. विद्यमान SMA-आधारित अ‍ॅक्च्युएटर्सच्या तुलनेत, या अभ्यासाचे उद्दिष्ट लहान आकारमानात लक्षणीयरीत्या जास्त बल निर्माण करण्यासाठी बायोमिमेटिक डिव्हॅलेरेट अ‍ॅक्च्युएटर्स तयार करणे होते. HVAC बिल्डिंग ऑटोमेशन आणि कंट्रोल सिस्टममध्ये वापरल्या जाणार्‍या पारंपारिक स्टेपर मोटर चालित ड्राइव्हच्या तुलनेत, प्रस्तावित SMA-आधारित बायमोडल ड्राइव्ह डिझाइन ड्राइव्ह यंत्रणेचे वजन 67% ने कमी करते. खालील शब्दांमध्ये, "स्नायू" आणि "ड्राइव्ह" हे शब्द एकमेकांना बदलता येतात. हा अभ्यास अशा ड्राइव्हच्या मल्टीफिजिक्स सिम्युलेशनची तपासणी करतो. अशा प्रणालींचे यांत्रिक वर्तन प्रायोगिक आणि विश्लेषणात्मक पद्धतींनी अभ्यासले गेले आहे. ७ व्होल्टच्या इनपुट व्होल्टेजवर बल आणि तापमान वितरणाची अधिक तपासणी करण्यात आली. त्यानंतर, प्रमुख पॅरामीटर्स आणि आउटपुट फोर्समधील संबंध चांगल्या प्रकारे समजून घेण्यासाठी पॅरामीट्रिक विश्लेषण केले गेले. शेवटी, पदानुक्रमित अ‍ॅक्च्युएटर्सची कल्पना करण्यात आली आहे आणि कृत्रिम अनुप्रयोगांसाठी नॉन-मॅग्नेटिक अ‍ॅक्च्युएटर्ससाठी संभाव्य भविष्यातील क्षेत्र म्हणून पदानुक्रमित पातळीचे परिणाम प्रस्तावित केले आहेत. वर उल्लेख केलेल्या अभ्यासांच्या निकालांनुसार, सिंगल-स्टेज आर्किटेक्चरचा वापर नोंदवलेल्या SMA-आधारित अ‍ॅक्च्युएटर्सपेक्षा किमान चार ते पाच पट जास्त बल निर्माण करतो. याव्यतिरिक्त, मल्टी-लेव्हल मल्टी-लेव्हल ड्राइव्हद्वारे निर्माण होणारा समान ड्राइव्ह फोर्स पारंपारिक SMA-आधारित ड्राइव्हपेक्षा दहा पट जास्त असल्याचे दिसून आले आहे. त्यानंतर अभ्यास वेगवेगळ्या डिझाइन आणि इनपुट व्हेरिअबल्समधील संवेदनशीलता विश्लेषण वापरून प्रमुख पॅरामीटर्सचा अहवाल देतो. SMA वायरची प्रारंभिक लांबी (\(l_0\)), पिनेट अँगल (\(\alpha\)) आणि प्रत्येक वैयक्तिक स्ट्रँडमधील सिंगल स्ट्रँडची संख्या (n) यांचा ड्रायव्हिंग फोर्सच्या परिमाणावर तीव्र नकारात्मक प्रभाव पडतो. ताकद, तर इनपुट व्होल्टेज (ऊर्जा) सकारात्मक सहसंबंधित असल्याचे दिसून आले.
एसएमए वायर निकेल-टायटॅनियम (नी-टीआय) मिश्रधातूंच्या कुटुंबात दिसणारा आकार स्मृती प्रभाव (एसएमई) प्रदर्शित करते. सामान्यतः, एसएमए दोन तापमानावर अवलंबून टप्पे प्रदर्शित करतात: कमी तापमान टप्पा आणि उच्च तापमान टप्पा. वेगवेगळ्या क्रिस्टल संरचनांच्या उपस्थितीमुळे दोन्ही टप्प्यांमध्ये अद्वितीय गुणधर्म आहेत. रूपांतरण तापमानाच्या वर असलेल्या ऑस्टेनाइट टप्प्यात (उच्च तापमान टप्पा) सामग्री उच्च शक्ती प्रदर्शित करते आणि भाराखाली खराब विकृत होते. मिश्रधातू स्टेनलेस स्टीलसारखे वागते, म्हणून ते उच्च अ‍ॅक्युएशन दाबांना तोंड देण्यास सक्षम आहे. एनआय-टीआय मिश्रधातूंच्या या गुणधर्माचा फायदा घेत, एसएमए वायर अ‍ॅक्युएटर तयार करण्यासाठी तिरपे केले जातात. विविध पॅरामीटर्स आणि विविध भूमितींच्या प्रभावाखाली एसएमएच्या थर्मल वर्तनाचे मूलभूत यांत्रिकी समजून घेण्यासाठी योग्य विश्लेषणात्मक मॉडेल विकसित केले जातात. प्रायोगिक आणि विश्लेषणात्मक निकालांमध्ये चांगला समन्वय साधला गेला.
SMA वर आधारित बायमॉडल ड्राइव्हच्या कामगिरीचे मूल्यांकन करण्यासाठी आकृती 9a मध्ये दर्शविलेल्या प्रोटोटाइपवर एक प्रायोगिक अभ्यास करण्यात आला. यापैकी दोन गुणधर्म, ड्राइव्हद्वारे निर्माण होणारे बल (स्नायू बल) आणि SMA वायरचे तापमान (SMA तापमान) हे प्रायोगिकरित्या मोजण्यात आले. ड्राइव्हमधील वायरच्या संपूर्ण लांबीसह व्होल्टेज फरक वाढत असताना, ज्युल हीटिंग इफेक्टमुळे वायरचे तापमान वाढते. इनपुट व्होल्टेज दोन 10-s चक्रांमध्ये (आकृती 2a, b मध्ये लाल ठिपके म्हणून दर्शविलेले) लागू केले गेले ज्यामध्ये प्रत्येक चक्रादरम्यान 15-s कूलिंग कालावधी होता. ब्लॉकिंग फोर्स पायझोइलेक्ट्रिक स्ट्रेन गेज वापरून मोजण्यात आला आणि वैज्ञानिक-दर्जाच्या उच्च-रिझोल्यूशन LWIR कॅमेरा वापरून SMA वायरचे तापमान वितरण रिअल टाइममध्ये निरीक्षण केले गेले (तक्ता 2 मध्ये वापरल्या जाणाऱ्या उपकरणांची वैशिष्ट्ये पहा). दर्शविते की उच्च व्होल्टेज टप्प्यात, वायरचे तापमान एकाकी वाढते, परंतु जेव्हा कोणताही प्रवाह वाहत नसतो तेव्हा वायरचे तापमान कमी होत राहते. सध्याच्या प्रायोगिक सेटअपमध्ये, थंड होण्याच्या टप्प्यात SMA वायरचे तापमान कमी झाले, परंतु ते अजूनही सभोवतालच्या तापमानापेक्षा जास्त होते. आकृती 2e मध्ये LWIR कॅमेऱ्यातून घेतलेल्या SMA वायरवरील तापमानाचा स्नॅपशॉट दाखवला आहे. दुसरीकडे, आकृती 2a मध्ये ड्राइव्ह सिस्टमद्वारे निर्माण होणारा ब्लॉकिंग फोर्स दाखवला आहे. जेव्हा स्नायूंचा फोर्स स्प्रिंगच्या रिस्टोअरिंग फोर्सपेक्षा जास्त होतो, तेव्हा आकृती 9a मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, जंगम हात हलू लागतो. अ‍ॅक्च्युएशन सुरू होताच, जंगम हात सेन्सरच्या संपर्कात येतो, ज्यामुळे आकृती 2c, d मध्ये दाखवल्याप्रमाणे बॉडी फोर्स तयार होतो. जेव्हा कमाल तापमान \(84\,^{\circ}\hbox {C}\ च्या जवळ असते, तेव्हा जास्तीत जास्त निरीक्षण केलेले फोर्स 105 N असते.
हा आलेख SMA वायरच्या तापमानाचे आणि SMA-आधारित बायमोडल अ‍ॅक्च्युएटरने दोन चक्रांदरम्यान निर्माण केलेल्या बलाचे प्रायोगिक परिणाम दर्शवितो. इनपुट व्होल्टेज दोन 10 सेकंदांच्या चक्रांमध्ये (लाल ठिपक्यांमध्ये दर्शविलेले) लागू केले जाते ज्यामध्ये प्रत्येक चक्रादरम्यान 15 सेकंदांचा थंड कालावधी असतो. प्रयोगांसाठी वापरलेली SMA वायर डायनॉलॉय, इंक. कडून 0.51 मिमी व्यासाची फ्लेक्सिनॉल वायर होती. (a) आलेख दोन चक्रांमध्ये मिळालेली प्रायोगिक शक्ती दर्शवितो, (c, d) PACEline CFT/5kN पायझोइलेक्ट्रिक फोर्स ट्रान्सड्यूसरवर हलणाऱ्या आर्म अ‍ॅक्च्युएटरच्या क्रियेची दोन स्वतंत्र उदाहरणे दर्शवितो, (b) आलेख दोन चक्रांदरम्यान संपूर्ण SMA वायरचे कमाल तापमान दर्शवितो, (e) FLIR ResearchIR सॉफ्टवेअर LWIR कॅमेरा वापरून SMA वायरमधून घेतलेला तापमान स्नॅपशॉट दर्शवितो. प्रयोगांमध्ये विचारात घेतलेले भौमितिक पॅरामीटर्स तक्ता एकमध्ये दिले आहेत.
गणितीय मॉडेलचे सिम्युलेशन परिणाम आणि प्रायोगिक निकालांची तुलना आकृती ५ मध्ये दाखवल्याप्रमाणे ७ व्होल्टच्या इनपुट व्होल्टेजच्या स्थितीत केली जाते. पॅरामेट्रिक विश्लेषणाच्या निकालांनुसार आणि SMA वायरच्या अतिउष्णतेची शक्यता टाळण्यासाठी, अ‍ॅक्च्युएटरला ११.२ वॅटची पॉवर पुरवण्यात आली. इनपुट व्होल्टेज म्हणून ७ व्होल्ट पुरवण्यासाठी प्रोग्रामेबल DC पॉवर सप्लाय वापरण्यात आला आणि वायरवर १.६A चा करंट मोजण्यात आला. करंट लागू केल्यावर ड्राइव्हद्वारे निर्माण होणारा बल आणि SDR चे तापमान वाढते. ७ व्होल्टच्या इनपुट व्होल्टेजसह, पहिल्या सायकलच्या सिम्युलेशन निकालांमधून आणि प्रायोगिक निकालांमधून मिळणारा कमाल आउटपुट फोर्स अनुक्रमे ७८ N आणि ९६ N आहे. दुसऱ्या सायकलमध्ये, सिम्युलेशन आणि प्रायोगिक निकालांचा कमाल आउटपुट फोर्स अनुक्रमे १५० N आणि १०५ N होता. ऑक्लुजन फोर्स मापन आणि प्रायोगिक डेटामधील तफावत ऑक्लुजन फोर्स मोजण्यासाठी वापरल्या जाणाऱ्या पद्धतीमुळे असू शकते. आकृतीमध्ये दाखवलेले प्रायोगिक निकाल. आकृती 5a हे लॉकिंग फोर्सच्या मोजमापाशी जुळते, जे आकृती 2s मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, ड्राइव्ह शाफ्ट PACEline CFT/5kN पायझोइलेक्ट्रिक फोर्स ट्रान्सड्यूसरच्या संपर्कात असताना मोजले गेले. म्हणून, जेव्हा ड्राइव्ह शाफ्ट कूलिंग झोनच्या सुरुवातीला फोर्स सेन्सरच्या संपर्कात नसतो, तेव्हा बल लगेच शून्य होते, जसे की आकृती 2d मध्ये दाखवले आहे. याव्यतिरिक्त, त्यानंतरच्या चक्रांमध्ये बल निर्मितीवर परिणाम करणारे इतर पॅरामीटर्स म्हणजे मागील चक्रातील कूलिंग वेळेचे मूल्य आणि संवहनी उष्णता हस्तांतरणाचे गुणांक. आकृती 2b वरून, हे दिसून येते की 15 सेकंदांच्या कूलिंग कालावधीनंतर, SMA वायर खोलीच्या तापमानापर्यंत पोहोचले नाही आणि म्हणूनच पहिल्या चक्राच्या तुलनेत दुसऱ्या ड्रायव्हिंग सायकलमध्ये त्याचे प्रारंभिक तापमान (\(40\,^{\circ }\hbox {C}\)) जास्त होते (\(25\, ^{\circ}\hbox {C}\)). अशाप्रकारे, पहिल्या चक्राच्या तुलनेत, दुसऱ्या हीटिंग सायकल दरम्यान SMA वायरचे तापमान सुरुवातीच्या ऑस्टेनाइट तापमान (\(A_s\)) पर्यंत लवकर पोहोचते आणि संक्रमण काळात जास्त काळ राहते, ज्यामुळे ताण आणि बल निर्माण होते. दुसरीकडे, प्रयोग आणि सिम्युलेशनमधून मिळवलेल्या हीटिंग आणि कूलिंग सायकल दरम्यान तापमान वितरणात थर्मोग्राफिक विश्लेषणातील उदाहरणांशी उच्च गुणात्मक समानता असते. प्रयोग आणि सिम्युलेशनमधून मिळवलेल्या SMA वायर थर्मल डेटाच्या तुलनात्मक विश्लेषणात हीटिंग आणि कूलिंग सायकल दरम्यान सुसंगतता आणि प्रायोगिक डेटासाठी स्वीकार्य सहनशीलतेमध्ये सातत्य दिसून आले. पहिल्या चक्राच्या सिम्युलेशन आणि प्रयोगांच्या निकालांमधून मिळवलेले SMA वायरचे कमाल तापमान अनुक्रमे \(89\,^{\circ }\hbox {C}\) आणि \(75\,^{\circ }\hbox {C }\), आहे आणि दुसऱ्या चक्रात SMA वायरचे कमाल तापमान \(94\,^{\circ }\hbox {C}\) आणि \(83\,^{\circ }\hbox {C}\) आहे. मूलभूतपणे विकसित केलेले मॉडेल आकार मेमरी इफेक्टच्या प्रभावाची पुष्टी करते. या पुनरावलोकनात थकवा आणि अतिउष्णतेची भूमिका विचारात घेण्यात आली नाही. भविष्यात, मॉडेलमध्ये SMA वायरचा ताण इतिहास समाविष्ट करण्यासाठी सुधारणा केली जाईल, ज्यामुळे ते अभियांत्रिकी अनुप्रयोगांसाठी अधिक योग्य होईल. सिम्युलिंक ब्लॉकमधून मिळवलेले ड्राइव्ह आउटपुट फोर्स आणि SMA तापमान प्लॉट 7 V च्या इनपुट व्होल्टेज पल्सच्या स्थितीत प्रायोगिक डेटाच्या स्वीकार्य सहनशीलतेमध्ये आहेत. हे विकसित गणितीय मॉडेलची शुद्धता आणि विश्वासार्हता पुष्टी करते.
गणितीय मॉडेल मॅथवर्क्स सिमुलिंक R2020b वातावरणात पद्धती विभागात वर्णन केलेल्या मूलभूत समीकरणांचा वापर करून विकसित केले गेले. आकृती 3b मध्ये सिमुलिंक गणित मॉडेलचा ब्लॉक आकृती दाखवली आहे. आकृती 2a, b मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे मॉडेल 7V इनपुट व्होल्टेज पल्ससाठी सिम्युलेट केले गेले होते. सिम्युलेशनमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या पॅरामीटर्सची मूल्ये तक्ता 1 मध्ये सूचीबद्ध आहेत. क्षणिक प्रक्रियांच्या सिम्युलेशनचे परिणाम आकृती 1 आणि 1 मध्ये सादर केले आहेत. आकृती 3a आणि 4. आकृती 4a, b मध्ये SMA वायरमधील प्रेरित व्होल्टेज आणि वेळेच्या कार्याच्या रूपात अॅक्ट्युएटरद्वारे निर्माण होणारे बल दर्शविले आहे. रिव्हर्स ट्रान्सफॉर्मेशन (हीटिंग) दरम्यान, जेव्हा SMA वायर तापमान, \(T < A_s^{\prime}\) (स्ट्रेस-मॉडिफाइड ऑस्टेनाइट फेज स्टार्ट तापमान), मार्टेन्साइट व्हॉल्यूम फ्रॅक्शन (\(\dot{\xi }\)) च्या बदलाचा दर शून्य असेल. रिव्हर्स ट्रान्सफॉर्मेशन (हीटिंग) दरम्यान, जेव्हा SMA वायर तापमान, \(T < A_s^{\prime}\) (स्ट्रेस-मॉडिफाइड ऑस्टेनाइट फेज स्टार्ट तापमान), मार्टेन्साइट व्हॉल्यूम फ्रॅक्शन (\(\dot{\ xi }\)) च्या बदलाचा दर शून्य असेल. Во время обратного превращения (нагрева), когда температура проволоки SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (температура начала аустенитура начала аустенитура начала аустенитуратура проволоки SMA, напряжением), скорость изменения объемной доли мартенсита (\(\dot{\ xi }\)) будет равно нулю. उलट परिवर्तन (हीटिंग) दरम्यान, जेव्हा SMA वायरचे तापमान, \(T < A_s^{\prime}\) (ताण-सुधारित ऑस्टेनाइट प्रारंभ तापमान), तेव्हा मार्टेन्साइट आकारमान अपूर्णांक (\(\dot{\ xi }\ )) च्या बदलाचा दर शून्य असेल.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（\(\dot})।在 反向 转变 （加热） 中, 当 当 线 温度 \ (t При обратном превращении (нагреве) при температуре проволоки СПФ \(T < A_s^{\prime}\) (температура зарождения аустенитура зарождения аустенитной фазпавой фазков напряжение) скорость изменения объемной доли мартенсита (\( \dot{\ xi }\)) будет равно нулю. SMA वायर \(T < A_s^{\prime}\) (ऑस्टेनाइट टप्प्याच्या केंद्रकीकरणाचे तापमान, ताणासाठी दुरुस्त केलेले) च्या तापमानावर उलट परिवर्तन (हीटिंग) दरम्यान, मार्टेन्साइट (\( \dot{\ xi }\)) च्या आकारमान अंशातील बदलाचा दर शून्य असेल.म्हणून, ताण बदलाचा दर (\(\dot{\sigma}\)) हा समीकरण (1) वापरतानाच ताण दर (\(\dot{\epsilon}\)) आणि तापमान ग्रेडियंट (\(\dot{T} \) ) वर अवलंबून असेल. तथापि, SMA वायर तापमानात वाढते आणि (\(A_s^{\prime}\) ओलांडते तेव्हा, ऑस्टेनाइट टप्पा तयार होण्यास सुरुवात होते आणि (\(\dot{\xi}\)) हे समीकरण (3) चे दिलेले मूल्य म्हणून घेतले जाते. म्हणून, व्होल्टेज बदलाचा दर (\(\dot{\sigma}\)) संयुक्तपणे \(\dot{\epsilon}, \dot{T}\) आणि \(\dot{\xi}\) द्वारे नियंत्रित केला जातो जो सूत्र (1) मध्ये दिलेल्या समान असतो. हे आकृती 4a, b मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, हीटिंग सायकल दरम्यान वेळेनुसार बदलणाऱ्या ताण आणि बल नकाशांमध्ये आढळणारे ग्रेडियंट बदल स्पष्ट करते.
(अ) एसएमए-आधारित डायव्हलेरेट अ‍ॅक्ट्युएटरमध्ये तापमान वितरण आणि ताण-प्रेरित जंक्शन तापमान दर्शविणारा सिम्युलेशन निकाल. जेव्हा हीटिंग स्टेजमध्ये वायर तापमान ऑस्टेनाइट ट्रान्झिशन तापमान ओलांडते तेव्हा सुधारित ऑस्टेनाइट ट्रान्झिशन तापमान वाढू लागते आणि त्याचप्रमाणे, जेव्हा वायर रॉड तापमान कूलिंग स्टेजमध्ये मार्टेन्सिटिक ट्रान्झिशन तापमान ओलांडते तेव्हा मार्टेन्सिटिक ट्रान्झिशन तापमान कमी होते. अ‍ॅक्ट्युएशन प्रक्रियेच्या विश्लेषणात्मक मॉडेलिंगसाठी एसएमए. (सिमुलिंक मॉडेलच्या प्रत्येक उपप्रणालीच्या तपशीलवार दृश्यासाठी, पूरक फाइलचा परिशिष्ट विभाग पहा.)
वेगवेगळ्या पॅरामीटर वितरणासाठी विश्लेषणाचे निकाल 7V इनपुट व्होल्टेजच्या दोन चक्रांसाठी (10 सेकंद वॉर्म अप सायकल आणि 15 सेकंद कूल डाउन सायकल) दर्शविले आहेत. (ac) आणि (e) कालांतराने वितरण दर्शवितात, तर दुसरीकडे, (d) आणि (f) तापमानासह वितरण दर्शवितात. संबंधित इनपुट परिस्थितींसाठी, जास्तीत जास्त निरीक्षण केलेला ताण 106 MPa (345 MPa पेक्षा कमी, वायर उत्पन्न शक्ती), बल 150 N आहे, कमाल विस्थापन 270 µm आहे आणि किमान मार्टेन्सिटिक व्हॉल्यूम फ्रॅक्शन 0.91 आहे. दुसरीकडे, ताणातील बदल आणि तापमानासह मार्टेन्साइटच्या व्हॉल्यूम फ्रॅक्शनमध्ये बदल हिस्टेरेसिस वैशिष्ट्यांसारखेच आहेत.
हेच स्पष्टीकरण ऑस्टेनाइट टप्प्यापासून मार्टेन्साइट टप्प्यात थेट रूपांतरण (कूलिंग) ला लागू होते, जिथे SMA वायर तापमान (T) आणि ताण-सुधारित मार्टेन्साइट टप्प्याचे शेवटचे तापमान (\(M_f^{\prime}\ )) उत्कृष्ट असते. आकृती 4d,f मध्ये दोन्ही ड्रायव्हिंग सायकलसाठी SMA वायरमध्ये प्रेरित ताण (\(\सिग्मा\)) आणि मार्टेन्साइटच्या आकारमानातील अपूर्णांक (\(\xi\)) मध्ये SMA वायरमध्ये बदल दर्शविला आहे. आकृती 3a मध्ये इनपुट व्होल्टेज पल्सवर अवलंबून वेळेसह SMA वायरच्या तापमानात बदल दर्शविला आहे. आकृतीवरून पाहिल्याप्रमाणे, शून्य व्होल्टेजवर उष्णता स्रोत प्रदान करून आणि त्यानंतरच्या संवहनी थंड करून वायरचे तापमान वाढत राहते. गरम करताना, जेव्हा SMA वायर तापमान (T) ताण-सुधारित ऑस्टेनाइट न्यूक्लिएशन तापमान (\(A_s^{\prime}\)) ओलांडते तेव्हा मार्टेन्साइटचे ऑस्टेनाइट टप्प्यात पुनर्रूपण सुरू होते. या टप्प्यात, SMA वायर संकुचित होते आणि अ‍ॅक्च्युएटर बल निर्माण करतो. तसेच थंड करताना, जेव्हा SMA वायर (T) चे तापमान ताण-सुधारित मार्टेन्साइट टप्प्याचे (\(M_s^{\prime}\)) न्यूक्लिएशन तापमान ओलांडते तेव्हा ऑस्टेनाइट टप्प्यापासून मार्टेन्साइट टप्प्यात सकारात्मक संक्रमण होते. ड्राइव्ह फोर्स कमी होतो.
SMA वर आधारित बायमोडल ड्राइव्हचे मुख्य गुणात्मक पैलू सिम्युलेशन निकालांमधून मिळू शकतात. व्होल्टेज पल्स इनपुटच्या बाबतीत, ज्युल हीटिंग इफेक्टमुळे SMA वायरचे तापमान वाढते. मार्टेन्साइट व्हॉल्यूम फ्रॅक्शन (\(\xi\)) चे प्रारंभिक मूल्य 1 वर सेट केले आहे, कारण सुरुवातीला मटेरियल पूर्णपणे मार्टेन्सिटिक टप्प्यात असते. वायर गरम होत राहिल्याने, SMA वायरचे तापमान ताण-सुधारित ऑस्टेनाइट न्यूक्लिएशन तापमान \(A_s^{\prime}\) पेक्षा जास्त होते, ज्यामुळे मार्टेन्साइट व्हॉल्यूम फ्रॅक्शनमध्ये घट होते, जसे आकृती 4c मध्ये दर्शविले आहे. याव्यतिरिक्त, आकृती 4e मध्ये अ‍ॅक्च्युएटरच्या स्ट्रोकचे वेळेत वितरण दर्शविले आहे आणि आकृती 5 मध्ये - वेळेचे कार्य म्हणून प्रेरक शक्ती. समीकरणांच्या संबंधित प्रणालीमध्ये तापमान, मार्टेन्साइट व्हॉल्यूम फ्रॅक्शन आणि वायरमध्ये विकसित होणारा ताण समाविष्ट आहे, ज्यामुळे SMA वायरचे आकुंचन होते आणि अ‍ॅक्च्युएटरद्वारे निर्माण होणारी शक्ती. आकृतीमध्ये दर्शविल्याप्रमाणे. 4d,f मध्ये, तापमानासह व्होल्टेज फरक आणि तापमानासह मार्टेन्साइट व्हॉल्यूम अपूर्णांक फरक 7 V वर सिम्युलेटेड केसमध्ये SMA च्या हिस्टेरेसिस वैशिष्ट्यांशी जुळतो.
प्रयोग आणि विश्लेषणात्मक गणनेद्वारे ड्रायव्हिंग पॅरामीटर्सची तुलना करण्यात आली. तारांना १० सेकंदांसाठी ७ व्होल्टच्या स्पंदित इनपुट व्होल्टेजवर आणण्यात आले, नंतर दोन चक्रांमध्ये १५ सेकंदांसाठी (कूलिंग फेज) थंड करण्यात आले. पिनेट अँगल \(४०^{\circ}\) वर सेट केला आहे आणि प्रत्येक सिंगल पिन लेगमधील SMA वायरची प्रारंभिक लांबी ८३ मिमी वर सेट केली आहे. (अ) लोड सेलसह ड्रायव्हिंग फोर्स मोजणे (ब) थर्मल इन्फ्रारेड कॅमेरासह वायर तापमानाचे निरीक्षण करणे.
ड्राइव्हद्वारे निर्माण होणाऱ्या बलावर भौतिक पॅरामीटर्सचा प्रभाव समजून घेण्यासाठी, निवडलेल्या भौतिक पॅरामीटर्ससाठी गणितीय मॉडेलच्या संवेदनशीलतेचे विश्लेषण केले गेले आणि त्यांच्या प्रभावानुसार पॅरामीटर्सचे वर्गीकरण केले गेले. प्रथम, एकसमान वितरणाचे अनुसरण करणाऱ्या प्रायोगिक डिझाइन तत्त्वांचा वापर करून मॉडेल पॅरामीटर्सचे नमुने घेतले गेले (संवेदनशीलता विश्लेषणावरील पूरक विभाग पहा). या प्रकरणात, मॉडेल पॅरामीटर्समध्ये इनपुट व्होल्टेज (\(V_{in}\)), प्रारंभिक SMA वायर लांबी (\(l_0\)), त्रिकोण कोन (\(\alpha\)), बायस स्प्रिंग स्थिरांक (\( K_x\ )), संवहनी उष्णता हस्तांतरण गुणांक (\(h_T\)) आणि एकरूप शाखांची संख्या (n) यांचा समावेश आहे. पुढील चरणात, अभ्यास डिझाइन आवश्यकता म्हणून पीक स्नायू शक्ती निवडली गेली आणि शक्तीवरील प्रत्येक संचाच्या पॅरामीट्रिक प्रभाव प्राप्त केले गेले. संवेदनशीलता विश्लेषणासाठी टॉर्नेडो प्लॉट प्रत्येक पॅरामीटरसाठी सहसंबंध गुणांकांवरून घेतले गेले, जसे की आकृती 6a मध्ये दर्शविले आहे.
(a) मॉडेल पॅरामीटर्सचे सहसंबंध गुणांक मूल्ये आणि वरील मॉडेल पॅरामीटर्सच्या 2500 अद्वितीय गटांच्या कमाल आउटपुट फोर्सवर त्यांचा परिणाम टॉर्नाडो प्लॉटमध्ये दर्शविला आहे. आलेख अनेक निर्देशकांचा रँक सहसंबंध दर्शवितो. हे स्पष्ट आहे की \(V_{in}\) हा एकमेव पॅरामीटर आहे ज्यामध्ये सकारात्मक सहसंबंध आहे आणि \(l_0\) हा सर्वोच्च नकारात्मक सहसंबंध असलेला पॅरामीटर आहे. विविध संयोजनांमध्ये विविध पॅरामीटर्सचा शिखर स्नायूंच्या ताकदीवर परिणाम (b, c) मध्ये दर्शविला आहे. \(K_x\) 400 ते 800 N/m पर्यंत आणि n 4 ते 24 पर्यंत आहे. व्होल्टेज (\(V_{in}\)) 4V वरून 10V पर्यंत बदलला, वायरची लांबी (\(l_{0 } \)) 40 ते 100 मिमी पर्यंत बदलली आणि शेपटीचा कोन (\ (\alpha \)) \ (20 - 60 \, ^ {\circ }\) पर्यंत बदलला.
आकृती 6a मध्ये पीक ड्राइव्ह फोर्स डिझाइन आवश्यकतांसह प्रत्येक पॅरामीटरसाठी विविध सहसंबंध गुणांकांचा टॉर्नाडो प्लॉट दाखवला आहे. आकृती 6a वरून असे दिसून येते की व्होल्टेज पॅरामीटर (\(V_{in}\)) थेट कमाल आउटपुट फोर्सशी संबंधित आहे आणि कन्व्हेक्टिव्ह हीट ट्रान्सफर कोएंट (\(h_T\)), फ्लेम अँगल (\ ( \alpha\)), डिस्प्लेसमेंट स्प्रिंग कॉन्स्टंट ( \(K_x\)) हे आउटपुट फोर्स आणि SMA वायरच्या प्रारंभिक लांबी (\(l_0\)) शी नकारात्मकरित्या सहसंबंधित आहे आणि युनिमॉडल शाखांची संख्या (n) एक मजबूत व्यस्त सहसंबंध दर्शवते. डायरेक्ट सहसंबंधाच्या बाबतीत व्होल्टेज सहसंबंध गुणांक (\(V_ {in}\)) च्या उच्च मूल्याच्या बाबतीत हे पॅरामीटर पॉवर आउटपुटवर सर्वात जास्त प्रभाव पाडते हे दर्शविते. आकृती 6b, c मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, दोन संगणकीय जागांच्या वेगवेगळ्या संयोजनांमध्ये वेगवेगळ्या पॅरामीटर्सच्या प्रभावाचे मूल्यांकन करून पीक फोर्स मोजले जाते. \(V_{in}\) आणि \(l_0\), \(\alpha\) आणि \(l_0\) यांचे नमुने समान आहेत आणि आलेख दर्शवितो की \(V_{in}\) आणि \(\alpha\ ) आणि \(\alpha\) यांचे नमुने समान आहेत. \(l_0\) च्या लहान मूल्यांमुळे उच्च शिखर बल निर्माण होतात. इतर दोन प्लॉट आकृती 6a शी सुसंगत आहेत, जिथे n आणि \(K_x\) नकारात्मकरित्या सहसंबंधित आहेत आणि \(V_{in}\) सकारात्मक सहसंबंधित आहेत. हे विश्लेषण ड्राइव्ह सिस्टमचे आउटपुट बल, स्ट्रोक आणि कार्यक्षमता आवश्यकता आणि अनुप्रयोगानुसार अनुकूलित करता येणारे प्रभावी पॅरामीटर्स परिभाषित आणि समायोजित करण्यास मदत करते.
सध्याचे संशोधन कार्य N लेव्हलसह श्रेणीबद्ध ड्राइव्हची ओळख करून देते आणि त्यांचा तपास करते. आकृती 7a मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, दोन-स्तरीय श्रेणीबद्धतेमध्ये, जिथे पहिल्या लेव्हल अ‍ॅक्च्युएटरच्या प्रत्येक SMA वायरऐवजी, आकृती 9e मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, एक बायमोडल व्यवस्था साध्य केली जाते. आकृती 7c मध्ये दाखवले आहे की SMA वायर एका जंगम हाताभोवती (सहायक हात) कसे गुंडाळले जाते जे फक्त रेखांशाच्या दिशेने फिरते. तथापि, प्राथमिक जंगम हात पहिल्या स्टेज मल्टी-स्टेज अ‍ॅक्च्युएटरच्या जंगम हाताप्रमाणेच हालचाल करत राहतो. सामान्यतः, \(N-1\) स्टेज SMA वायरला पहिल्या-स्टेज ड्राइव्हने बदलून N-स्टेज ड्राइव्ह तयार केला जातो. परिणामी, प्रत्येक शाखा पहिल्या स्टेज ड्राइव्हचे अनुकरण करते, वायर स्वतः धारण करणाऱ्या शाखेचा अपवाद वगळता. अशा प्रकारे, नेस्टेड स्ट्रक्चर्स तयार करता येतात जे प्राथमिक ड्राइव्हच्या बलांपेक्षा अनेक पट जास्त बल निर्माण करतात. या अभ्यासात, प्रत्येक स्तरासाठी, आकृती 7d मध्ये सारणी स्वरूपात दाखवल्याप्रमाणे, 1 मीटरची एकूण प्रभावी SMA वायर लांबी विचारात घेतली गेली. प्रत्येक युनिमॉडल डिझाइनमध्ये प्रत्येक वायरमधून जाणारा प्रवाह आणि प्रत्येक SMA वायर सेगमेंटमध्ये परिणामी प्रीस्ट्रेस आणि व्होल्टेज प्रत्येक स्तरावर समान असतात. आमच्या विश्लेषणात्मक मॉडेलनुसार, आउटपुट फोर्स पातळीशी सकारात्मकरित्या सहसंबंधित आहे, तर विस्थापन नकारात्मकरित्या सहसंबंधित आहे. त्याच वेळी, विस्थापन आणि स्नायूंच्या ताकदीमध्ये एक ट्रेड-ऑफ होता. आकृती 7b मध्ये पाहिल्याप्रमाणे, जास्तीत जास्त बल सर्वात जास्त थरांमध्ये साध्य केले जाते, तर सर्वात मोठे विस्थापन सर्वात कमी थरात दिसून येते. जेव्हा पदानुक्रम पातळी \(N=5\) वर सेट केली गेली, तेव्हा 2 निरीक्षण केलेल्या स्ट्रोक \(\upmu\)m सह 2.58 kN चे शिखर स्नायू बल आढळले. दुसरीकडे, पहिल्या टप्प्यातील ड्राइव्ह 277 \(\upmu\)m च्या स्ट्रोकवर 150 N चे बल निर्माण करते. मल्टी-लेव्हल अ‍ॅक्च्युएटर वास्तविक जैविक स्नायूंची नक्कल करण्यास सक्षम आहेत, जिथे आकार मेमरी मिश्रधातूंवर आधारित कृत्रिम स्नायू अचूक आणि बारीक हालचालींसह लक्षणीयरीत्या उच्च बल निर्माण करण्यास सक्षम आहेत. या लघुचित्रित डिझाइनच्या मर्यादा म्हणजे पदानुक्रम वाढत असताना, हालचाल मोठ्या प्रमाणात कमी होते आणि ड्राइव्ह उत्पादन प्रक्रियेची जटिलता वाढते.
(a) दोन-स्टेज (\(N=2\)) लेयर्ड शेप मेमरी अलॉय रेषीय अ‍ॅक्ट्युएटर सिस्टम बायमॉडल कॉन्फिगरेशनमध्ये दाखवली आहे. प्रस्तावित मॉडेल पहिल्या स्टेज लेयर्ड अ‍ॅक्ट्युएटरमधील SMA वायरला दुसऱ्या सिंगल स्टेज लेयर्ड अ‍ॅक्ट्युएटरने बदलून साध्य केले जाते. (c) दुसऱ्या स्टेज मल्टीलेयर अ‍ॅक्ट्युएटरचे विकृत कॉन्फिगरेशन. (b) लेव्हलच्या संख्येनुसार फोर्स आणि डिस्प्लेसमेंटचे वितरण वर्णन केले आहे. असे आढळून आले आहे की अ‍ॅक्ट्युएटरचा पीक फोर्स ग्राफवरील स्केल लेव्हलशी सकारात्मकरित्या सहसंबंधित आहे, तर स्ट्रोक स्केल लेव्हलशी नकारात्मकरित्या सहसंबंधित आहे. प्रत्येक वायरमधील करंट आणि प्री-व्होल्टेज सर्व स्तरांवर स्थिर राहतात. (d) टेबल प्रत्येक स्तरावर टॅप्सची संख्या आणि SMA वायर (फायबर) ची लांबी दर्शवते. तारांची वैशिष्ट्ये इंडेक्स 1 द्वारे दर्शविली आहेत आणि दुय्यम शाखांची संख्या (प्राथमिक लेगशी जोडलेली) सबस्क्रिप्टमधील सर्वात मोठ्या संख्येने दर्शविली आहे. उदाहरणार्थ, पातळी ५ वर, \(n_1\) प्रत्येक बायमॉडल स्ट्रक्चरमध्ये उपस्थित असलेल्या SMA वायर्सची संख्या दर्शवते आणि \(n_5\) सहाय्यक पायांची संख्या दर्शवते (मुख्य पायाशी जोडलेला एक).
फेज ट्रांझिशनशी संबंधित क्रिस्टल स्ट्रक्चरमधील मॅक्रोस्कोपिक बदलांसह थर्मोमेकॅनिकल गुणधर्मांवर अवलंबून असलेल्या आकार स्मृतीसह SMA चे वर्तन मॉडेल करण्यासाठी अनेक संशोधकांनी विविध पद्धती प्रस्तावित केल्या आहेत. घटक पद्धतींचे सूत्रीकरण मूळतः जटिल आहे. सर्वात सामान्यपणे वापरले जाणारे फेनोमेनोलॉजिकल मॉडेल तानाका28 द्वारे प्रस्तावित केले आहे आणि अभियांत्रिकी अनुप्रयोगांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते. तानाका [28] ने प्रस्तावित केलेले फेनोमेनोलॉजिकल मॉडेल असे गृहीत धरते की मार्टेन्साइटचा व्हॉल्यूम फ्रॅक्शन तापमान आणि ताणाचे घातांकीय कार्य आहे. नंतर, लिआंग आणि रॉजर्स29 आणि ब्रिन्सन30 यांनी एक मॉडेल प्रस्तावित केले ज्यामध्ये फेज ट्रांझिशन डायनॅमिक्स व्होल्टेज आणि तापमानाचे कोसाइन फंक्शन असल्याचे गृहीत धरले गेले, मॉडेलमध्ये थोडेसे बदल केले गेले. बेकर आणि ब्रिन्सन यांनी अनियंत्रित लोडिंग परिस्थितीत तसेच आंशिक संक्रमणांमध्ये SMA मटेरियलच्या वर्तनाचे मॉडेल करण्यासाठी फेज डायग्रामवर आधारित गतिज मॉडेल प्रस्तावित केले. बॅनर्जी32 एलाहिनिया आणि अहमदियन33 द्वारे विकसित केलेल्या सिंगल डिग्री फ्रीडम मॅनिपुलेटरचे अनुकरण करण्यासाठी बेकर आणि ब्रिन्सन31 फेज डायग्राम डायनॅमिक्स पद्धतीचा वापर करते. तापमानासह व्होल्टेजमधील नॉनमोनोटोनिक बदल लक्षात घेऊन फेज डायग्रामवर आधारित गतिज पद्धती अभियांत्रिकी अनुप्रयोगांमध्ये अंमलात आणणे कठीण आहे. एलाखिनिया आणि अहमदियन विद्यमान घटनात्मक मॉडेल्सच्या या कमतरतांकडे लक्ष वेधतात आणि कोणत्याही जटिल लोडिंग परिस्थितीत आकार मेमरी वर्तनाचे विश्लेषण आणि परिभाषित करण्यासाठी विस्तारित घटनात्मक मॉडेल प्रस्तावित करतात.
SMA वायरचे स्ट्रक्चरल मॉडेल SMA वायरचे स्ट्रेस (\(\सिग्मा\)), स्ट्रेन (\(\एप्सिलॉन\)), तापमान (T) आणि मार्टेन्साइट व्हॉल्यूम फ्रॅक्शन (\(\xi\)) देते. हे अभूतपूर्व घटक मॉडेल प्रथम Tanaka28 ने प्रस्तावित केले होते आणि नंतर Liang29 आणि Brinson30 ने स्वीकारले होते. समीकरणाचे व्युत्पन्न असे आहे:
जिथे E हा \(\displaystyle E=\xi E_M + (1-\xi )E_A\) वापरून मिळवलेला फेजवर अवलंबून असलेला SMA यंगचा मापांक आहे आणि \(E_A\) आणि \(E_M\) यंगचा मापांक दर्शविणारे अनुक्रमे ऑस्टेनिटिक आणि मार्टेन्सिटिक फेज आहेत आणि थर्मल एक्सपेंशनचा गुणांक \(\theta _T\) ने दर्शविला जातो. फेज ट्रांझिशन योगदान घटक \(\Omega = -E \epsilon _L\) आहे आणि \(\epsilon _L\) हा SMA वायरमधील जास्तीत जास्त पुनर्प्राप्त करण्यायोग्य स्ट्रेन आहे.
फेज डायनॅमिक्स समीकरण हे तानाका२८ ने प्रस्तावित केलेल्या घातांकीय फंक्शनऐवजी लिआंग२९ ने विकसित केलेल्या आणि नंतर ब्रिन्सन३० ने स्वीकारलेल्या कोसाइन फंक्शनशी जुळते. फेज ट्रान्झिशन मॉडेल हे एलाखिनिया आणि अहमदियन३४ ने प्रस्तावित केलेल्या मॉडेलचा विस्तार आहे आणि लिआंग२९ आणि ब्रिन्सन३० ने दिलेल्या फेज ट्रान्झिशन अटींवर आधारित सुधारित केले आहे. या फेज ट्रान्झिशन मॉडेलसाठी वापरल्या जाणाऱ्या अटी जटिल थर्मोमेकॅनिकल भारांखाली वैध आहेत. वेळेच्या प्रत्येक क्षणी, घटक समीकरण मॉडेलिंग करताना मार्टेन्साइटच्या आकारमान अंशाचे मूल्य मोजले जाते.
गरम परिस्थितीत मार्टेन्साइटचे ऑस्टेनाइटमध्ये रूपांतर करून व्यक्त केलेले नियंत्रणात्मक पुनर्परिवर्तन समीकरण खालीलप्रमाणे आहे:
जिथे \(\xi\) हा मार्टेन्साइटचा आकारमान अंश आहे, \(\xi _M\) हा गरम करण्यापूर्वी मिळवलेला मार्टेन्साइटचा आकारमान अंश आहे, \(\displaystyle a_A = \pi /(A_f – A_s)\), \( \displaystyle b_A = -a_A/C_A\) आणि \(C_A\) – वक्र अंदाजे मापदंड, T – SMA वायर तापमान, \(A_s\) आणि \(A_f\) – ऑस्टेनाइट टप्प्याची सुरुवात आणि शेवट, अनुक्रमे, तापमान.
थंड परिस्थितीत ऑस्टेनाइटचे मार्टेनाइटमध्ये फेज रूपांतरण द्वारे दर्शविले जाणारे थेट परिवर्तन नियंत्रण समीकरण आहे:
जिथे \(\xi _A\) हा थंड होण्यापूर्वी मिळवलेल्या मार्टेन्साइटचा आकारमान अंश आहे, \(\displaystyle a_M = \pi /(M_s – M_f)\), \(\displaystyle b_M = -a_M/C_M\) आणि \( C_M \) – वक्र फिटिंग पॅरामीटर्स, T – SMA वायर तापमान, \(M_s\) आणि \(M_f\) – अनुक्रमे प्रारंभिक आणि अंतिम मार्टेन्साइट तापमान.
समीकरणे (3) आणि (4) वेगळे केल्यानंतर, व्यस्त आणि थेट परिवर्तन समीकरणे खालील स्वरूपात सरलीकृत केली जातात:
पुढे आणि मागे परिवर्तनादरम्यान \(\eta _{\sigma}\) आणि \(\eta _{T}\) वेगवेगळे मूल्य घेतात. \(\eta _{\sigma}\) आणि \(\eta _{T}\) शी संबंधित मूलभूत समीकरणे एका अतिरिक्त विभागात घेतली आहेत आणि त्यांची तपशीलवार चर्चा केली आहे.
SMA वायरचे तापमान वाढवण्यासाठी लागणारी औष्णिक ऊर्जा ज्युल हीटिंग इफेक्टमधून येते. SMA वायरद्वारे शोषली जाणारी किंवा सोडली जाणारी औष्णिक ऊर्जा रूपांतरणाच्या सुप्त उष्णतेद्वारे दर्शविली जाते. SMA वायरमधील उष्णता कमी होणे सक्तीच्या संवहनामुळे होते आणि रेडिएशनचा नगण्य परिणाम पाहता, उष्णता ऊर्जा संतुलन समीकरण खालीलप्रमाणे आहे:
जिथे \(m_{wire}\) हे SMA वायरचे एकूण वस्तुमान आहे, \(c_{p}\) ही SMA ची विशिष्ट उष्णता क्षमता आहे, \(V_{in}\) हा वायरला लागू केलेला व्होल्टेज आहे, \(R_{ohm} \ ) - फेज-अवलंबित रेझिस्टन्स SMA, ज्याची व्याख्या अशी केली आहे; \(R_{ohm} = (l/A_{cross})[\xi r_M + (1-\xi )r_A]\ ) जिथे \(r_M\ ) आणि \(r_A\) हे अनुक्रमे मार्टेन्साइट आणि ऑस्टेनाइटमधील SMA फेज रेझिस्टिव्हिटी आहेत, \(A_{c}\) हे SMA वायरचे पृष्ठभाग क्षेत्र आहे, \(\डेल्टा H \) हा आकार मेमरी मिश्रधातू आहे. वायरच्या संक्रमणाची सुप्त उष्णता, T आणि \(T_{\infty}\) हे अनुक्रमे SMA वायर आणि वातावरणाचे तापमान आहेत.
जेव्हा आकार मेमरी अलॉय वायर सक्रिय केली जाते, तेव्हा वायर संकुचित होते, ज्यामुळे बायमोडल डिझाइनच्या प्रत्येक शाखेत फायबर फोर्स नावाचा एक बल तयार होतो. SMA वायरच्या प्रत्येक स्ट्रँडमधील तंतूंचे बल एकत्रितपणे सक्रिय होण्यासाठी स्नायू बल तयार करतात, जसे आकृती 9e मध्ये दर्शविले आहे. बायसिंग स्प्रिंगच्या उपस्थितीमुळे, Nth मल्टीलेयर अ‍ॅक्ट्युएटरचे एकूण स्नायू बल आहे:
\(N = 1\) ला समीकरण (7) मध्ये बदलून, पहिल्या टप्प्यातील बायमोडल ड्राइव्ह प्रोटोटाइपची स्नायूंची ताकद खालीलप्रमाणे मिळवता येते:
जिथे n ही युनिमॉडल लेग्सची संख्या आहे, \(F_m\) ही ड्राइव्हद्वारे निर्माण होणारी स्नायू शक्ती आहे, \​​(F_f\) ही SMA वायरमधील फायबर स्ट्रेंथ आहे, \(K_x\) ही बायस स्टिफनेस आहे. स्प्रिंग, \(\alpha\) हा त्रिकोणाचा कोन आहे, \(x_0\) हा बायस स्प्रिंगचा प्रारंभिक ऑफसेट आहे जो SMA केबलला प्री-टेन्शन केलेल्या स्थितीत ठेवतो आणि \(\Delta x\) हा अ‍ॅक्च्युएटर ट्रॅव्हल आहे.
नवव्या टप्प्यातील SMA वायरवरील व्होल्टेज (\(\सिग्मा\)) आणि स्ट्रेन (\(\एप्सिलॉन\)) वर अवलंबून ड्राइव्हचे एकूण विस्थापन किंवा हालचाल (\(\डेल्टा x\)), ड्राइव्ह (आकृती पहा. आउटपुटचा अतिरिक्त भाग):
गतिमान समीकरणे ड्राइव्ह विकृती (\(\epsilon\)) आणि विस्थापन किंवा विस्थापन (\(\Delta x\)) यांच्यातील संबंध देतात. एका युनिमॉडल शाखेत कोणत्याही वेळी t वर प्रारंभिक Arb वायर लांबी (\(l_0\)) आणि वायर लांबी (l) च्या कार्याच्या रूपात Arb वायरचे विकृती खालीलप्रमाणे आहे:
आकृती ८ मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, \(\Delta\)ABB ' मधील कोसाइन सूत्र लागू करून \(l = \sqrt{l_0^2 +(\Delta x_1)^2 – 2 l_0 (\Delta x_1) \cos \alpha _1}\) मिळवता येते. पहिल्या टप्प्यातील ड्राइव्हसाठी (\(N = 1\)), \(\Delta x_1\) \(\Delta x\) आहे, आणि \(\alpha _1\) \(\alpha \) आहे जसे दाखवले आहे. आकृती ८ मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, समीकरण (११) पासून वेळेचा फरक करून आणि l चे मूल्य बदलून, ताण दर असे लिहिता येतो:
जिथे \(l_0\) ही SMA वायरची सुरुवातीची लांबी आहे, l ही एका युनिमॉडल शाखेत कोणत्याही वेळी t असलेल्या वायरची लांबी आहे, \(\epsilon\) ही SMA वायरमध्ये विकसित झालेली विकृती आहे आणि \(\alpha \) हा त्रिकोणाचा कोन आहे, \(\Delta x\) हा ड्राइव्ह ऑफसेट आहे (आकृती 8 मध्ये दाखवल्याप्रमाणे).
या आकृतीतील सर्व n सिंगल-पीक स्ट्रक्चर्स (\(n=6\)) इनपुट व्होल्टेज म्हणून \(V_{in}\) सह मालिकेत जोडलेले आहेत. टप्पा I: शून्य व्होल्टेज परिस्थितीत बायमॉडल कॉन्फिगरेशनमध्ये SMA वायरचे योजनाबद्ध आकृती टप्पा II: लाल रेषेने दाखवल्याप्रमाणे, व्यस्त रूपांतरणामुळे SMA वायर संकुचित होते तिथे एक नियंत्रित रचना दर्शविली आहे.
संकल्पनेचा पुरावा म्हणून, प्रायोगिक परिणामांसह अंतर्निहित समीकरणांच्या सिम्युलेटेड व्युत्पत्तीची चाचणी घेण्यासाठी SMA-आधारित बायमोडल ड्राइव्ह विकसित करण्यात आला. बायमोडल रेषीय अ‍ॅक्ट्युएटरचे CAD मॉडेल आकृती 9a मध्ये दाखवले आहे. दुसरीकडे, आकृती 9c मध्ये बायमोडल स्ट्रक्चरसह टू-प्लेन SMA-आधारित अ‍ॅक्ट्युएटर वापरून रोटेशनल प्रिझमॅटिक कनेक्शनसाठी प्रस्तावित एक नवीन डिझाइन दाखवले आहे. ड्राइव्ह घटक अल्टिमेकर 3 एक्सटेंडेड 3D प्रिंटरवर अॅडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग वापरून तयार केले गेले. घटकांच्या 3D प्रिंटिंगसाठी वापरलेली सामग्री पॉली कार्बोनेट आहे जी उष्णता प्रतिरोधक सामग्रीसाठी योग्य आहे कारण ती मजबूत, टिकाऊ आहे आणि उच्च काचेचे संक्रमण तापमान (110-113 \(^{\circ }\) C) आहे. याव्यतिरिक्त, डायनॉलॉय, इंक. फ्लेक्सिनॉल आकार मेमरी अलॉय वायरचा वापर प्रयोगांमध्ये करण्यात आला आणि फ्लेक्सिनॉल वायरशी संबंधित सामग्री गुणधर्म सिम्युलेशनमध्ये वापरले गेले. आकृती 9b, d मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, बहुस्तरीय अ‍ॅक्च्युएटर्सद्वारे उत्पादित उच्च बल मिळविण्यासाठी स्नायूंच्या बायमोडल व्यवस्थेत उपस्थित असलेल्या तंतूंच्या रूपात अनेक SMA तारांची व्यवस्था केली जाते.
आकृती 9a मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, हलवता येणारा हात SMA वायरने तयार केलेल्या तीव्र कोनाला कोन (\(\alpha\)) म्हणतात. डाव्या आणि उजव्या क्लॅम्पला टर्मिनल क्लॅम्प जोडल्याने, SMA वायर इच्छित बायमॉडल कोनात धरली जाते. स्प्रिंग कनेक्टरवर धरलेले बायस स्प्रिंग डिव्हाइस SMA फायबरच्या संख्येनुसार (n) वेगवेगळ्या बायस स्प्रिंग एक्सटेंशन गटांना समायोजित करण्यासाठी डिझाइन केलेले आहे. याव्यतिरिक्त, हलवता येणारे भागांचे स्थान अशा प्रकारे डिझाइन केले आहे की SMA वायर सक्तीने संवहन थंड करण्यासाठी बाह्य वातावरणाच्या संपर्कात येईल. डिटेचेबल असेंब्लीच्या वरच्या आणि खालच्या प्लेट्स वजन कमी करण्यासाठी डिझाइन केलेल्या एक्सट्रुडेड कटआउट्ससह SMA वायर थंड ठेवण्यास मदत करतात. याव्यतिरिक्त, CMA वायरचे दोन्ही टोक क्रिंपद्वारे अनुक्रमे डाव्या आणि उजव्या टर्मिनल्सवर निश्चित केले जातात. वरच्या आणि खालच्या प्लेट्समधील क्लिअरन्स राखण्यासाठी हलवता येणारे असेंब्लीच्या एका टोकाला प्लंजर जोडलेला असतो. SMA वायर सक्रिय झाल्यावर ब्लॉकिंग फोर्स मोजण्यासाठी कॉन्टॅक्टद्वारे सेन्सरवर ब्लॉकिंग फोर्स लागू करण्यासाठी प्लंजरचा वापर केला जातो.
बायमोडल स्नायू रचना SMA ही मालिकेत विद्युतरित्या जोडलेली असते आणि इनपुट पल्स व्होल्टेजद्वारे चालविली जाते. व्होल्टेज पल्स सायकल दरम्यान, जेव्हा व्होल्टेज लागू केला जातो आणि SMA वायर ऑस्टेनाइटच्या सुरुवातीच्या तापमानापेक्षा जास्त गरम केली जाते, तेव्हा प्रत्येक स्ट्रँडमधील वायरची लांबी कमी केली जाते. हे रिट्रॅक्शन जंगम आर्म सबअसेंब्ली सक्रिय करते. जेव्हा त्याच सायकलमध्ये व्होल्टेज शून्य केले जाते, तेव्हा गरम केलेले SMA वायर मार्टेन्साइट पृष्ठभागाच्या तापमानापेक्षा कमी थंड केले जाते, ज्यामुळे ते त्याच्या मूळ स्थितीत परत येते. शून्य ताण परिस्थितीत, SMA वायर प्रथम निष्क्रियपणे बायस स्प्रिंगद्वारे ताणली जाते जेणेकरून डिटविन केलेल्या मार्टेन्सिटिक अवस्थेत पोहोचेल. SMA वायर ज्या स्क्रूमधून जाते, ते SMA वायरवर व्होल्टेज पल्स लागू करून तयार केलेल्या कॉम्प्रेशनमुळे हलते (SPA ऑस्टेनाइट टप्प्यात पोहोचते), ज्यामुळे जंगम लीव्हरची क्रिया होते. जेव्हा SMA वायर मागे घेतली जाते, तेव्हा बायस स्प्रिंग स्प्रिंगला आणखी ताणून एक विरोधी शक्ती निर्माण करते. जेव्हा इम्पल्स व्होल्टेजमधील ताण शून्य होतो, तेव्हा सक्तीच्या संवहन थंडीकरणामुळे SMA वायर लांबते आणि तिचा आकार बदलते, ज्यामुळे दुहेरी मार्टेन्सिटिक टप्प्यात पोहोचते.
प्रस्तावित SMA-आधारित रेषीय अ‍ॅक्ट्युएटर सिस्टममध्ये एक बायमॉडल कॉन्फिगरेशन आहे ज्यामध्ये SMA वायर्स कोनात आहेत. (a) प्रोटोटाइपचे CAD मॉडेल दर्शविते, ज्यामध्ये प्रोटोटाइपसाठी काही घटक आणि त्यांचे अर्थ नमूद केले आहेत, (b, d) विकसित प्रायोगिक प्रोटोटाइपचे प्रतिनिधित्व करते35. (b) इलेक्ट्रिकल कनेक्शन आणि बायस स्प्रिंग्ज आणि स्ट्रेन गेज वापरुन प्रोटोटाइपचे वरचे दृश्य दर्शविते, (d) सेटअपचे दृष्टीकोन दृश्य दर्शविते. (e) कोणत्याही वेळी t वर बायमॉडली ठेवलेल्या SMA वायर्ससह रेषीय अ‍ॅक्ट्युएशन सिस्टमचा आकृती, फायबर आणि स्नायूंच्या ताकदीची दिशा आणि मार्ग दर्शविते. (c) दोन-प्लेन SMA-आधारित अ‍ॅक्ट्युएटर तैनात करण्यासाठी 2-DOF रोटेशनल प्रिझमॅटिक कनेक्शन प्रस्तावित केले आहे. दाखवल्याप्रमाणे, लिंक खालच्या ड्राइव्हपासून वरच्या आर्मपर्यंत रेषीय गती प्रसारित करते, एक रोटेशनल कनेक्शन तयार करते. दुसरीकडे, प्रिझमच्या जोडीची हालचाल मल्टीलेयर फर्स्ट स्टेज ड्राइव्हच्या हालचालीसारखीच असते.
SMA वर आधारित बायमॉडल ड्राइव्हच्या कामगिरीचे मूल्यांकन करण्यासाठी आकृती 9b मध्ये दर्शविलेल्या प्रोटोटाइपवर एक प्रायोगिक अभ्यास करण्यात आला. आकृती 10a मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, प्रायोगिक सेटअपमध्ये SMA वायर्सना इनपुट व्होल्टेज पुरवण्यासाठी प्रोग्राम करण्यायोग्य DC पॉवर सप्लायचा समावेश होता. आकृती 10b मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, Graphtec GL-2000 डेटा लॉगर वापरून ब्लॉकिंग फोर्स मोजण्यासाठी पायझोइलेक्ट्रिक स्ट्रेन गेज (PACEline CFT/5kN) वापरण्यात आला. पुढील अभ्यासासाठी होस्टद्वारे डेटा रेकॉर्ड केला जातो. व्होल्टेज सिग्नल तयार करण्यासाठी स्ट्रेन गेज आणि चार्ज अॅम्प्लिफायर्सना सतत पॉवर सप्लाय आवश्यक असतो. तक्ता 2 मध्ये वर्णन केल्याप्रमाणे पायझोइलेक्ट्रिक फोर्स सेन्सर आणि इतर पॅरामीटर्सच्या संवेदनशीलतेनुसार संबंधित सिग्नल पॉवर आउटपुटमध्ये रूपांतरित केले जातात. जेव्हा व्होल्टेज पल्स लागू केला जातो तेव्हा SMA वायरचे तापमान वाढते, ज्यामुळे SMA वायर संकुचित होते, ज्यामुळे अॅक्ट्युएटर फोर्स निर्माण करतो. 7 V च्या इनपुट व्होल्टेज पल्सद्वारे स्नायूंच्या ताकदीच्या आउटपुटचे प्रायोगिक परिणाम आकृती 2a मध्ये दर्शविले आहेत.
(a) अ‍ॅक्च्युएटरने निर्माण केलेल्या बलाचे मोजमाप करण्यासाठी प्रयोगात SMA-आधारित रेषीय अ‍ॅक्च्युएटर प्रणाली स्थापित करण्यात आली. लोड सेल ब्लॉकिंग फोर्स मोजतो आणि 24 V DC पॉवर सप्लायद्वारे चालवला जातो. GW Instek प्रोग्रामेबल DC पॉवर सप्लाय वापरून केबलच्या संपूर्ण लांबीवर 7 V व्होल्टेज ड्रॉप लागू करण्यात आला. उष्णतेमुळे SMA वायर आकुंचन पावते आणि हलणारा हात लोड सेलशी संपर्क साधतो आणि ब्लॉकिंग फोर्स वापरतो. लोड सेल GL-2000 डेटा लॉगरशी जोडलेला असतो आणि पुढील प्रक्रियेसाठी डेटा होस्टवर संग्रहित केला जातो. (b) स्नायूंची ताकद मोजण्यासाठी प्रायोगिक सेटअपच्या घटकांची साखळी दर्शविणारा आकृती.
आकार मेमरी मिश्र धातु थर्मल एनर्जीमुळे उत्तेजित होतात, म्हणून आकार मेमरी घटनेचा अभ्यास करण्यासाठी तापमान एक महत्त्वाचे पॅरामीटर बनते. प्रायोगिकरित्या, आकृती 11a मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, प्रोटोटाइप SMA-आधारित डायव्हलेरेट अ‍ॅक्ट्युएटरवर थर्मल इमेजिंग आणि तापमान मोजमाप केले गेले. आकृती 11b मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, एका प्रोग्रामेबल DC स्त्रोताने प्रायोगिक सेटअपमध्ये SMA वायर्सवर इनपुट व्होल्टेज लागू केले. उच्च रिझोल्यूशन LWIR कॅमेरा (FLIR A655sc) वापरून SMA वायरचे तापमान बदल रिअल टाइममध्ये मोजले गेले. पुढील पोस्ट-प्रोसेसिंगसाठी डेटा रेकॉर्ड करण्यासाठी होस्ट ResearchIR सॉफ्टवेअर वापरतो. जेव्हा व्होल्टेज पल्स लागू केला जातो तेव्हा SMA वायरचे तापमान वाढते, ज्यामुळे SMA वायर आकुंचन पावते. आकृती 2b मध्ये 7V इनपुट व्होल्टेज पल्ससाठी वेळेच्या तुलनेत SMA वायर तापमानाचे प्रायोगिक परिणाम दर्शविले आहेत.