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E fa'aaogaina masini fa'agaoioi i soo se mea ma faia ai se gaioiga fa'atonutonu e ala i le fa'aogaina o le malosi fa'aosofia sa'o po'o le torque e fa'atino ai galuega eseese i le gaosiga ma le fa'aogaina o masini fa'apisinisi. O le mana'omia o ta'avale e vave, laiti ma sili atu ona lelei o lo'o fa'amalosia ai le fa'afouga i le mamanuina o ta'avale. O ta'avale Shape Memory Alloy (SMA) e ofoina atu le tele o fa'amanuiaga nai lo ta'avale masani, e aofia ai le fua fa'atatau maualuga o le malosi-i-mamafa. I lenei tusiga, na atia'e ai se masini fa'agaoioi e fa'avae i luga o le SMA e lua-fulufulua lea e tu'ufa'atasia ai fa'amanuiaga o maso fulufulua o faiga fa'aola ma meatotino tulaga ese o SMA. O lenei su'esu'ega e su'esu'e ma fa'alauteleina masini fa'agaoioi SMA muamua e ala i le atina'eina o se fa'ata'ita'iga fa'amatematika o le masini fa'agaoioi fou e fa'avae i luga o le fa'atulagaga uaea SMA bimodal ma fa'ata'ita'iina i fa'ata'ita'iga. Pe a fa'atusatusa i masini fa'agaoioi ua iloa e fa'avae i luga o le SMA, o le malosi fa'agaoioi o le masini fou e le itiiti ifo i le 5 taimi e maualuga atu (e o'o atu i le 150 N). O le pa'u o le mamafa e tusa ma le 67%. O taunu'uga o le su'esu'ega maaleale o fa'ata'ita'iga fa'amatematika e aoga mo le fa'aleleia o fa'asologa o mamanu ma le malamalama i fa'asologa autu. O lenei su'esu'ega e fa'aalia atili ai se ta'avale e tele-tulaga Nth stage e mafai ona fa'aaoga e fa'aleleia atili ai le malosi. E tele fa'aoga o maso dipvalerate e fa'avae i le SMA, mai le fa'aogaina o masini e o'o atu i le fa'atinoina sa'o o le tu'uina atu o vaila'au.
E mafai e faiga fa'aletino, e pei o fausaga o maso o mammals, ona fa'agaoioia le tele o mea fa'agaoioi maaleale1. E eseese fausaga o maso o mammals, e tofu ma se fa'amoemoega fa'apitoa. Peita'i, o le tele o le fausaga o maso o mammals e mafai ona vaevaeina i ni vaega tetele se lua. Parallel ma pennate. I hamstrings ma isi flexors, e pei ona ta'u mai e le igoa, o maso parallel e iai alava maso e tutusa ma le tendon tutotonu. O le filifili o alava maso e fa'atulagaina ma feso'ota'i lelei e ala i alava feso'ota'i o lo'o siomia ai. E ui lava o nei maso e fai mai e tele se fa'alavelave (pasene fa'apu'upu'u), ae o lo latou malosi atoa o maso e matua fa'atapula'aina lava. I se fa'atusatusaga, i le maso triceps calf2 (lateral gastrocnemius (GL)3, medial gastrocnemius (GM)4 ma le soleus (SOL)) ma le extensor femoris (quadriceps)5,6 o le alava maso pennate e maua i maso ta'itasi7. I se fausaga pinnate, o alava maso i le musculature bipennate e iai i itu uma e lua o le tendon tutotonu i tulimanu fa'api'opi'o (pinnate angles). E sau le Pennate mai le upu Latina "penna", o lona uiga o le "peni", ma, e pei ona faaalia i le ata 1, e foliga mai e pei o se fulufulu manu. O alava o maso pennate e pupuu ma faasipa i le longitudinal axis o le maso. Ona o le fausaga pinnate, e faaitiitia ai le gaioiga atoa o nei maso, lea e taitai atu ai i vaega transverse ma longitudinal o le faagasologa o le faapuupuuina. I le isi itu, o le faagaoioia o nei maso e taitai atu ai i le malosi maualuga o maso ona o le auala e fuaina ai le vaega o le cross-sectional physiological. O le mea lea, mo se vaega o le cross-sectional ua tuuina atu, o maso pennate o le a malolosi atu ma o le a faatupuina ai ni malosiaga maualuga atu nai lo maso e tutusa alava. O malosiaga e faatupuina e alava taitasi e faatupuina ai ni malosiaga o maso i se tulaga macroscopic i lena aano o maso. E le gata i lea, e iai ona meatotino tulaga ese e pei o le vave faaitiitia, puipuiga mai le faaleagaina o le tensile, cushioning. E suia ai le sootaga i le va o le fiber input ma le malosiaga o maso e ala i le faaaogaina o foliga tulaga ese ma le faigata o le geometric o le faatulagaga o alava e fesootai ma laina o gaioiga o maso.
O loʻo faʻaalia ai ata faʻataʻitaʻi o mamanu o loʻo iai nei o le actuator e faʻavae i luga o le SMA e fesoʻotaʻi ma se fausaga maso bimodal, mo se faʻataʻitaʻiga (a), o loʻo faʻatusalia ai le fegalegaleaiga o le malosi paʻi lea e faʻapipiʻi ai se masini foliga lima e faʻagaoioia e uaea SMA i luga o se robot feaveaʻi e lua-uili9,10. , (b) Prosthesis orbital robotic ma le prosthesis orbital SMA spring-loaded ua tuʻu faʻasaga. O le tulaga o le mata prosthetic e pulea e se faʻailoilo mai le maso o le mata o le mata11, (c) O actuator SMA e fetaui lelei mo faʻaoga i lalo o le vai ona o la latou tali maualuga ma le maualalo o le bandwidth. I lenei faʻatulagaga, e faʻaaogaina actuator SMA e fatu ai le gaioiga o galu e ala i le faʻataʻitaʻiina o le gaioiga o iʻa, (d) O actuator SMA e faʻaaogaina e fatu ai se robot suʻesuʻega paipa laʻititi e mafai ona faʻaaogaina le mataupu faavae o le gaioiga o anufe inisi, e pulea e le gaioiga o uaea SMA i totonu o le auala 10, (e) faʻaalia le itu o alava maso faʻaitiitia ma le faʻatupuina o le malosi faʻaitiitia i totonu o le aano gastrocnemius, (f) faʻaalia uaea SMA ua faʻatulagaina i le foliga o alava maso i le fausaga o maso pennate.
Ua avea actuators ma vaega taua o faiga fa'amekanika ona o le lautele o latou fa'aoga. O le mea lea, o le mana'omia o ni ta'avale laiti, vave ma sili atu ona lelei ua avea ma mea taua tele. E ui i o latou lelei, ae ua fa'amaonia e taugata ma tele le taimi e tausia ai ta'avale masani. O actuators hydraulic ma pneumatic e lavelave ma taugata ma e faigofie ona ofuina, fa'afitauli o le fa'asusu ma le fa'aletonu o vaega. I le tali atu i mana'oga, o le taula'iga o le atina'eina lea o actuators taugofie, fa'aleleia le tele ma fa'aleleia atili e fa'avae i luga o mea atamai. O su'esu'ega o lo'o fa'aauau pea ona su'esu'eina actuators fa'alava o le shape memory alloy (SMA) e fa'afetaui ai lenei mana'oga. O actuators fa'asolosolo e tulaga ese i le tu'ufa'atasia o le tele o actuators eseese i totonu o ni vaega fa'a-macro scale faigata fa'ata'ita'i e maua ai le fa'ateleina ma le fa'alauteleina o galuega. I lenei tulaga, o le a'ano o maso o le tagata o lo'o fa'amatalaina i luga e maua ai se fa'ata'ita'iga lelei tele o le tele o vaega o le fa'agaoioiga tele. O le su'esu'ega o lo'o iai nei o lo'o fa'amatalaina ai se ta'avale SMA tele-tulaga ma le tele o elemene ta'itasi o le ta'avale (uaea SMA) e fa'atatau i le fa'atulagaga o alava o lo'o iai i maso bimodal, lea e fa'aleleia atili ai le fa'atinoga atoa o le ta'avale.
O le autū autū o se actuator o le faʻatupuina lea o le malosiaga faʻamekanika e pei o le malosi ma le faʻagasologa e ala i le liua o le malosiaga eletise. O shape memory alloys o se vasega o mea "atamai" e mafai ona toe faʻafoʻisia o latou foliga i le vevela maualuga. I lalo o avega maualuga, o le faʻateleina o le vevela o le uaea SMA e oʻo atu ai i le toe faʻaleleia o foliga, ma iʻu ai i le maualuga o le malosi o le actuation pe a faʻatusatusa i mea atamai eseese e pipii saʻo. I le taimi lava e tasi, i lalo o avega faʻamekanika, e malepelepe SMA. I lalo o nisi tulaga, e mafai e se avega faʻasolosolo ona mitiia ma faʻasaʻoloto le malosiaga faʻamekanika, ma faʻaalia ai suiga o foliga hysteretic e mafai ona toe faʻafoʻisia. O nei meatotino tulaga ese e avea ai le SMA ma mea e sili ona lelei mo sensors, vibration damping ma aemaise lava actuators12. I le manatuaina o lenei mea, ua tele suʻesuʻega i luga o taʻavale faʻavae SMA. E tatau ona maitauina o actuators faʻavae SMA ua mamanuina e tuʻuina atu ai le gaioiga faʻaliliu ma le faʻataʻamilomilo mo le tele o faʻaoga13,14,15. E ui lava ua atiaʻe nisi o actuators faʻataʻamilomilo, ae o loʻo fiafia tele tagata suʻesuʻe i linear actuators. O nei linear actuators e mafai ona vaevaeina i ni ituaiga se tolu o actuators: one-dimensional, displacement ma differential actuators 16. I le amataga, o ta'avale fa'afefiloi (hybrid drives) na faia fa'atasi ma le SMA ma isi ta'avale masani. O se tasi o fa'ata'ita'iga o se actuator linear hybrid e fa'avae i luga o le SMA o le fa'aaogaina lea o se uaea SMA fa'atasi ai ma se afi DC e maua ai se malosiaga e tusa ma le 100 N ma se si'itia tele17.
O se tasi o atina'e muamua i ta'avale e fa'avae atoa i le SMA o le ta'avale tutusa SMA. I le fa'aaogaina o uaea SMA e tele, o le ta'avale tutusa e fa'avae i le SMA ua mamanuina e fa'ateleina ai le gafatia o le malosiaga o le ta'avale e ala i le tu'uina fa'atasi o uaea SMA18 uma. O le feso'ota'iga fa'atasi o actuators e le gata ina mana'omia ai le tele o le malosiaga, ae fa'atapula'aina ai fo'i le malosiaga o le uaea e tasi. O le isi fa'aletonu o actuators e fa'avae i le SMA o le fa'atapula'aina o femalagaaiga e mafai ona latou ausia. Ina ia foia lenei fa'afitauli, na faia ai se uaea SMA o lo'o i ai se ave fetu'una'i fa'asese e fa'ateleina ai le si'itia ma ausia ai le gaioiga laina, ae le'i fa'atupuina ai ni malosiaga maualuga19. O fausaga vaivai ma ie e mafai ona fa'aleagaina mo robots e fa'avae i luga o le shape memory alloys ua atia'e fa'apitoa mo le fa'ateleina o le a'afiaga20,21,22. Mo fa'aoga e mana'omia ai saoasaoa maualuluga, ua lipotia mai pamu fa'amalosi e fa'aaogaina ai SMAs manifinifi mo fa'aoga fa'amalosi micropump23. O le tele o ta'avale o le membrane SMA o se mea taua i le puleaina o le saoasaoa o le aveta'avale. O le mea lea, o afi laina SMA e sili atu le tali atu nai lo afi puna SMA po'o afi la'au. O robotics vaivai ma tekinolosi fa'apipi'i o isi fa'aoga e lua e fa'aaogaina ai actuators e fa'avae i le SMA. Mo se faʻataʻitaʻiga, e sui ai le actuator masani e faʻaaogaina i le 25 N space clamp, na atiaʻe ai se shape memory alloy parallel actuator 24. I se isi tulaga, na gaosia ai se SMA soft actuator e faʻavae i luga o se uaea ma se matrix e mafai ona gaosia ai le malosi toso maualuga e 30 N. Ona o latou meatotino faʻainisinia, e faʻaaogaina foʻi SMA e gaosia ai actuator e faʻataʻitaʻi ai mea tutupu faʻaola. O se tasi o ia atinaʻe e aofia ai se robot 12-cell o se biomimetic o se meaola e pei o anufe ma le SMA e faʻatupu ai se gaioiga sinusoidal e afi ai26,27.
E pei ona taʻua muamua, e iai le tapulaʻa i le malosi aupito maualuga e mafai ona maua mai i actuators faʻavae SMA o loʻo iai nei. Ina ia foia lenei mataupu, o lenei suʻesuʻega o loʻo faʻaalia ai se fausaga o maso bimodal biomimetic. Faʻatautaia e le uaea uʻamea faʻamanatu foliga. E maua ai se faiga faʻavasega e aofia ai le tele o uaea uʻamea faʻamanatu foliga. I le taimi nei, e leai ni actuators faʻavae SMA e tutusa le fausaga na lipotia mai i tusitusiga. O lenei faiga tulaga ese ma fou e faʻavae i luga o le SMA na atiaʻe e suʻesuʻe ai le amioga a le SMA i le taimi o le faʻatulagaina o maso bimodal. Pe a faʻatusatusa i actuators faʻavae SMA o loʻo iai nei, o le sini o lenei suʻesuʻega o le fatuina lea o se actuator dipvalerate biomimetic e faʻatupuina ai malosiaga maualuluga i se voluma laʻititi. Pe a faʻatusatusa i taʻavale faʻamalosi masani e faʻaaogaina i le HVAC fale otometi ma faiga faʻatonutonu, o le mamanu faʻamalosi bimodal ua fautuaina e faʻaitiitia ai le mamafa o le masini faʻamalosi e 67%. I le mea o loʻo mulimuli mai, o upu "muscle" ma le "drive" e faʻaaogaina fesuiaʻi. O lenei suʻesuʻega e suʻesuʻeina le faʻataʻitaʻiga multiphysics o sea drive. O amioga faʻainisinia o ia faiga ua suʻesuʻeina e ala i metotia faʻataʻitaʻi ma auʻiliʻili. Sa suʻesuʻeina atili le tufatufaina atu o le malosi ma le vevela i le voltage ulufale o le 7 V. Mulimuli ane, sa faia se suʻesuʻega faʻapitoa ina ia malamalama atili ai i le sootaga i le va o parakalafa autu ma le malosi o le output. Mulimuli ane, ua mafaufauina ni actuators faʻasolosolo ma ua fautuaina ni aafiaga faʻasolosolo o se vaega i le lumanaʻi mo actuators e le o ni maneta mo faʻaoga prosthetic. E tusa ai ma taunuuga o suʻesuʻega ua taʻua i luga, o le faʻaaogaina o se fausaga e tasi le vaega e maua ai malosiaga e le itiiti ifo i le fa i le lima taimi e sili atu nai lo actuators faʻavae SMA na lipotia mai. E le gata i lea, o le malosiaga tutusa o le drive e gaosia e se multi-level multi-level drive ua faʻaalia e sili atu i le sefulu taimi nai lo drives masani faʻavae SMA. Ona lipotia mai lea e le suʻesuʻega parakalafa autu e faʻaaoga ai le suʻesuʻega o le maaleale i le va o mamanu eseese ma fesuiaʻiga ulufale. O le umi muamua o le uaea SMA (\(l_0\)), le pinnate angle (\(\alpha\)) ma le aofaʻi o manoa taʻitasi (n) i manoa taʻitasi e iai se aafiaga leaga tele i le tele o le malosiaga faʻatino. malosi, ae o le voltage ulufale (malosi) na iʻu ina fesoʻotaʻi lelei.
O le uaea SMA e faʻaalia ai le aafiaga o le manatua o foliga (SME) e vaʻaia i le aiga o le nickel-titanium (Ni-Ti) o uʻamea faʻafefiloi. E masani lava, o SMA e faʻaalia ai ni vaega se lua e faʻalagolago i le vevela: o se vaega maualalo o le vevela ma se vaega maualuga o le vevela. O vaega uma e lua e iai ni meatotino tulaga ese ona o le iai o ni fausaga tioata eseese. I le vaega austenite (vaega maualuga o le vevela) o loʻo i luga aʻe o le vevela o le suiga, o le meafaitino e faʻaalia ai le malosi maualuga ma e le lelei ona faʻaleagaina i lalo o le avega. O le uʻamea faʻafefiloi e amio e pei o le uʻamea e le gaoia, o lea e mafai ai ona tatalia le mamafa maualuga o le gaioiga. I le faʻaaogaina o lenei meatotino o uʻamea faʻafefiloi Ni-Ti, o uaea SMA e faʻapiʻo e fausia ai se actuator. O faʻataʻitaʻiga auʻiliʻili talafeagai e atiaʻe e malamalama ai i le faiga faʻavae o le amioga vevela o le SMA i lalo o le faatosinaga o parakalafa eseese ma geometries eseese. Na maua se maliliega lelei i le va o taunuuga o faʻataʻitaʻiga ma auʻiliʻili.
Sa faia se suʻesuʻega faʻataʻitaʻi i le faʻataʻitaʻiga o loʻo faʻaalia i le Ata 9a e iloilo ai le faʻatinoga o se taʻavale bimodal e faʻavae i luga o le SMA. E lua o nei meatotino, o le malosi na gaosia e le taʻavale (malosi o maso) ma le vevela o le uaea SMA (vevela o le SMA), na fuaina faʻataʻitaʻi. Aʻo faʻateleina le eseesega o le voltage i le umi atoa o le uaea i totonu o le taʻavale, e faʻateleina le vevela o le uaea ona o le aafiaga o le faʻavevela o Joule. O le voltage ulufale na faʻaaogaina i ni taʻamilosaga se lua e 10-s (o loʻo faʻaalia o ni togi mumu i le Ata 2a, b) faʻatasi ai ma se vaitaimi faʻamālūlūina e 15-s i le va o taʻamilosaga taʻitasi. O le malosi poloka na fuaina e faʻaaoga ai se fua faʻatatau piezoelectric, ma o le tufatufaina o le vevela o le uaea SMA na mataʻituina i le taimi moni e faʻaaoga ai se meapueata LWIR maualuga-resolution faʻasaienisi (vaʻai uiga o masini na faʻaaogaina i le Laulau 2). o loʻo faʻaalia ai i le taimi o le voltage maualuga, e faʻateleina le vevela o le uaea i se tulaga tutusa, ae a leai se tafe o loʻo tafe, e faʻaauau pea ona paʻu le vevela o le uaea. I le faʻatulagaga faʻataʻitaʻi o loʻo iai nei, na paʻu le vevela o le uaea SMA i le taimi o le faʻamālūlūina, ae sa i luga aʻe lava o le vevela o le siosiomaga. I le ata 2e o loʻo faʻaalia ai se ata o le vevela i luga o le uaea SMA na puʻeina mai le meapueata LWIR. I le isi itu, i le ata 2a o loʻo faʻaalia ai le malosi poloka na gaosia e le faiga faʻagaoioi. A sili atu le malosi o maso nai lo le malosi toe faʻafoʻisia o le spring, o le lima gaoioi, e pei ona faʻaalia i le Ata 9a, e amata ona gaoioi. O le taimi lava e amata ai le faʻagaoioiga, o le lima gaoioi e paʻi atu i le sensor, ma faia ai se malosi o le tino, e pei ona faʻaalia i le ata 2c, d. A latalata le vevela maualuga i le \(84\,^{\circ}\hbox {C}\), o le malosi maualuga na matauina o le 105 N.
O le kalafi o loʻo faʻaalia ai taunuuga o faʻataʻitaʻiga o le vevela o le uaea SMA ma le malosi na gaosia e le bimodal actuator faʻavae SMA i le taimi o taʻamilosaga e lua. O le voltage ulufale e faʻaaogaina i taʻamilosaga e lua e 10 sekone (o loʻo faʻaalia o ni togitogi mumu) faʻatasi ai ma se vaitaimi malulu e 15 sekone i le va o taʻamilosaga taʻitasi. O le uaea SMA na faʻaaogaina mo faʻataʻitaʻiga o se uaea Flexinol e 0.51 mm le lautele mai Dynalloy, Inc. (a) O le kalafi o loʻo faʻaalia ai le malosi faʻataʻitaʻi na maua i taʻamilosaga e lua, (c, d) o loʻo faʻaalia ai faʻataʻitaʻiga tutoʻatasi e lua o le gaioiga o actuators lima feʻaveaʻi i luga o se PACEline CFT/5kN piezoelectric force transducer, (b) o le kalafi o loʻo faʻaalia ai le vevela maualuga o le uaea SMA atoa i le taimi o taʻamilosaga e lua, (e) o loʻo faʻaalia ai se ata o le vevela na puʻeina mai le uaea SMA e faʻaaoga ai le meapueata LWIR o le polokalama FLIR ResearchIR. O faʻasologa faʻataʻitaʻi na amanaʻia i faʻataʻitaʻiga o loʻo tuʻuina atu i le Laulau muamua.
O taunuuga o le faʻataʻitaʻiga o le faʻataʻitaʻiga faʻamatematika ma taunuuga o faʻataʻitaʻiga ua faʻatusatusaina i lalo o le tulaga o se voltage ulufale o le 7V, e pei ona faʻaalia i le Ata 5. E tusa ai ma taunuuga o le auʻiliʻiliga parametric ma ina ia ʻalofia ai le ono vevela tele o le uaea SMA, o le malosiaga e 11.2 W na tuʻuina atu i le actuator. O se sapalai eletise DC e mafai ona faʻatulagaina na faʻaaogaina e tuʻuina atu ai le 7V o le voltage ulufale, ma o se tafe o le 1.6A na fuaina i luga o le uaea. O le malosi na gaosia e le taʻavale ma le vevela o le SDR e faʻateleina pe a faʻaaogaina le tafe. Faatasi ai ma se voltage ulufale o le 7V, o le malosi maualuga na maua mai taunuuga o le faʻataʻitaʻiga ma taunuuga o faʻataʻitaʻiga o le taamilosaga muamua o le 78 N ma le 96 N, i le faasologa. I le taamilosaga lona lua, o le malosi maualuga na maua mai taunuuga o le faʻataʻitaʻiga ma taunuuga o faʻataʻitaʻiga o le 150 N ma le 105 N, i le faasologa. O le eseesega i le va o fua o le malosi o le poloka ma faʻamaumauga o faʻataʻitaʻiga atonu e mafua mai i le metotia na faʻaaogaina e fuaina ai le malosi o le poloka. O taunuuga o faʻataʻitaʻiga o loʻo faʻaalia i le ata. 5a e fetaui ma le fuaina o le malosi o le loka, lea na fuaina ina ua pa'i le au o le avetaavale ma le PACEline CFT/5kN piezoelectric force transducer, e pei ona fa'aalia i le ata 2s. O le mea lea, a le pa'i le au o le avetaavale ma le sensor malosi i le amataga o le sone malulu, e vave ona leai se malosi, e pei ona fa'aalia i le Ata 2d. E le gata i lea, o isi fa'ailoga e a'afia ai le fausiaina o le malosi i ta'amilosaga o lo'o mulimuli mai o tau o le taimi malulu ma le coefficient o le convective heat transfer i le ta'amilosaga muamua. Mai le ata 2b, e mafai ona va'aia ina ua mae'a le 15 sekone o le vaitaimi malulu, e le'i o'o le uaea SMA i le vevela o le potu ma o lea na maualuga atu ai le vevela muamua (\(40\,^{\circ }\hbox {C}\)) i le ta'amilosaga lona lua o le avetaavale pe a fa'atusatusa i le ta'amilosaga muamua (\(25\, ^{\circ}\hbox {C}\)). O lea la, pe a faʻatusatusa i le taʻamilosaga muamua, o le vevela o le uaea SMA i le taimi o le taʻamilosaga faʻavevela lona lua e oʻo atu i le vevela austenite muamua (\(A_s\)) ma tumau i le vaitaimi o fesuiaʻiga mo se taimi umi, ma iʻu ai i le atuatuvale ma le malosi. I le isi itu, o le tufatufaina atu o le vevela i le taimi o taʻamilosaga faʻavevela ma faʻamālūlūina na maua mai faʻataʻitaʻiga ma faʻataʻitaʻiga e maualuga le tutusa lelei ma faʻataʻitaʻiga mai le auʻiliʻiliga o le thermographic. O le auʻiliʻiliga faʻatusatusa o faʻamatalaga faʻavevela o le uaea SMA mai faʻataʻitaʻiga ma faʻataʻitaʻiga na faʻaalia ai le tutusa i le taimi o taʻamilosaga faʻavevela ma faʻamālūlūina ma i totonu o faʻamaoniga taliaina mo faʻamatalaga faʻataʻitaʻi. O le vevela maualuga o le uaea SMA, na maua mai iʻuga o le faʻataʻitaʻiga ma faʻataʻitaʻiga o le taʻamilosaga muamua, o le \(89\,^{\circ }\hbox {C}\) ma le \(75\,^{\circ }\hbox { C }\, i le taʻamilosaga lona lua o le vevela maualuga o le uaea SMA o le \(94\,^{\circ }\hbox {C}\) ma le \(83\,^{\circ }\ hbox {C}\). O le faʻataʻitaʻiga faʻavae na atiaʻe e faʻamaonia ai le aʻafiaga o le aʻafiaga o le manatua o foliga. E le'i mafaufauina le matafaioi o le vaivai ma le soona vevela i lenei iloiloga. I le lumana'i, o le a fa'aleleia atili le fa'ata'ita'iga e aofia ai le tala'aga o le mamafa o le uaea SMA, ma sili atu ona talafeagai mo fa'aoga fa'ainisinia. O le malosi o le fa'agaoioiga ma ata o le vevela o le SMA na maua mai le poloka Simulink o lo'o i totonu o le fa'atagaina o fa'amaumauga fa'ata'ita'i i lalo o le tulaga o le input voltage pulse o le 7 V. O lenei mea e fa'amaonia ai le sa'o ma le fa'atuatuaina o le fa'ata'ita'iga fa'amatematika ua atia'e.
O le faʻataʻitaʻiga faʻamatematika na atiaʻe i le siosiomaga MathWorks Simulink R2020b e faʻaaoga ai faʻatusatusaga faʻavae o loʻo faʻamatalaina i le vaega o Metotia. I le ata 3b o loʻo faʻaalia ai se ata poloka o le faʻataʻitaʻiga matematika Simulink. O le faʻataʻitaʻiga na faʻataʻitaʻiina mo se pulse voltage input 7V e pei ona faʻaalia i le Ata 2a, b. O tau o parakalafa na faʻaaogaina i le simulation o loʻo lisiina i le Laulau 1. O taunuʻuga o le simulation o faiga faʻasolosolo o loʻo tuʻuina atu i Ata 1 ma le 1. Ata 3a ma le 4. I le ata 4a, b o loʻo faʻaalia ai le voltage faʻaosofia i le uaea SMA ma le malosi na gaosia e le actuator e fai ma galuega tauave o le taimi. I le taimi o le suiga fa'afeagai (fa'avevela), pe a o'o i le vevela o le uaea SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (vevela amata o le austenite phase ua suia i le atuatuvale), o le fua faatatau o le suiga o le martensite volume fraction (\(\dot{\xi }\)) o le a leai sero. I le taimi o le suiga fa'afeagai (fa'avevela), pe a o'o le vevela o le uaea SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (vevela amata o le austenite phase ua suia i le atuatuvale), o le fua faatatau o le suiga o le martensite volume fraction (\(\dot{\ xi }\)) o le a leai sero. Во время обратного превращения (нагрева), когда температура проволоки SMA, \(T
(a) O le iʻuga o le faʻataʻitaʻiga o loʻo faʻaalia ai le tufatufaina o le vevela ma le vevela o le fesoʻotaʻiga e mafua mai i le atuatuvale i totonu o se faʻagaoioiga divalerate faʻavae i le SMA. A sopoʻia e le vevela o le uaea le vevela o le fesuiaʻiga o le austenite i le tulaga faʻavevela, e amata ona siʻitia le vevela o le fesuiaʻiga o le austenite ua suia, ma e faʻapena foʻi, pe a sopoʻia e le vevela o le uaea le vevela o le fesuiaʻiga o le martensitic i le tulaga faʻamālūlūina, e faʻaitiitia le vevela o le fesuiaʻiga o le martensitic. SMA mo le faʻataʻitaʻiga auʻiliʻili o le faʻagasologa o le faʻagaoioiga. (Mo se vaʻaiga auiliili o vaega taʻitasi o se faʻataʻitaʻiga Simulink, tagaʻi i le vaega faʻaopoopoga o le faila faʻaopoopo.)
O fa'ai'uga o le au'ili'iliga mo tufatufaga fa'ata'ita'i eseese o lo'o fa'aalia mo ta'amilosaga e lua o le voltage ulufale 7V (ta'amilosaga fa'amafanafana 10 sekone ma ta'amilosaga fa'amālūlū 15 sekone). E ui o le (ac) ma le (e) o lo'o fa'aalia ai le tufatufaga i le aluga o taimi, i le isi itu, o le (d) ma le (f) o lo'o fa'aalia ai le tufatufaga ma le vevela. Mo tulaga fa'aofi ta'itasi, o le mamafa maualuga na matauina o le 106 MPa (e itiiti ifo i le 345 MPa, malosi o le uaea), o le malosi e 150 N, o le maualuga o le si'itia o le 270 µm, ma le vaega maualalo o le martensitic volume e 0.91. I le isi itu, o le suiga i le mamafa ma le suiga i le vaega o le volume o le martensite ma le vevela e tutusa ma uiga o le hysteresis.
E fa'atatau fo'i le fa'amatalaga lava lea i le suiga tu'usa'o (fa'amālūlūina) mai le vaega austenite i le vaega martensite, lea e sili ona lelei ai le vevela o le uaea SMA (T) ma le vevela fa'ai'u o le vaega martensite ua suia e le atuatuvale (\(M_f^{\prime}\ )). I le ata 4d, o lo'o fa'aalia ai e le f le suiga i le atuatuvale fa'aosofia (\(\sigma\)) ma le vaega o le volume o le martensite (\(\xi\)) i le uaea SMA e fai ma galuega tauave o le suiga i le vevela o le uaea SMA (T), mo ta'amilosaga uma e lua o le fa'agaoioiga. I le ata 3a o lo'o fa'aalia ai le suiga i le vevela o le uaea SMA i le taimi e fa'atatau i le pulse o le voltage input. E pei ona mafai ona va'aia mai le ata, o le vevela o le uaea e fa'aauau pea ona fa'atupula'ia e ala i le tu'uina atu o se puna vevela i le zero voltage ma le fa'amālūlūina convective mulimuli ane. I le taimi o le fa'avevela, e amata le toe fa'aliliuina o le martensite i le vaega austenite pe a sopo'ia e le vevela o le uaea SMA (T) le vevela o le nucleation austenite ua fa'asa'oina e le atuatuvale (\(A_s^{\prime}\)). I le taimi o lenei vaega, e fa'apipi'i le uaea SMA ma fa'atupuina e le actuator le malosi. I le taimi fo'i o le fa'amālūlūina, pe a sopo'ia e le vevela o le uaea SMA (T) le vevela o le nucleation o le vaega martensite ua fa'asa'oina e le atuatuvale (\(M_s^{\prime}\)) e iai se suiga lelei mai le vaega austenite i le vaega martensite. e fa'aitiitia le malosi fa'agaoioi.
O vaega taua o le bimodal drive e faʻavae i luga o le SMA e mafai ona maua mai iʻuga o le simulation. I le tulaga o le voltage pulse input, e faʻateleina le vevela o le uaea SMA ona o le Joule heating effect. O le tau muamua o le martensite volume fraction (\(\xi\)) ua setiina i le 1, talu ai o le mea o loʻo i ai muamua i se martensitic phase atoatoa. A o faʻaauau pea ona vevela le uaea, e sili atu le vevela o le uaea SMA nai lo le stress-corrected austenite nucleation temperature \(A_s^{\prime}\), ma mafua ai ona faʻaitiitia le martensite volume fraction, e pei ona faʻaalia i le Ata 4c. E le gata i lea, i le ata 4e o loʻo faʻaalia ai le tufatufaina o strokes o le actuator i le taimi, ma i le ata 5 - driving force e fai ma galuega tauave o le taimi. O se faiga fesoʻotaʻi o faʻatusatusaga e aofia ai le vevela, martensite volume fraction, ma le stress e atiaʻe i le uaea, ma mafua ai ona faʻaitiitia le uaea SMA ma le malosi e gaosia e le actuator. E pei ona faʻaalia i le ata. 4d,f, suiga o le voltage faatasi ai ma le vevela ma le suiga o le martensite volume fraction faatasi ai ma le vevela e fetaui ma uiga o le hysteresis o le SMA i le tulaga faataitai i le 7 V.
O le fa'atusatusaga o fa'asologa o le fa'agaoioiga na maua e ala i fa'ata'ita'iga ma fa'atusatusaga au'ili'ili. O uaea na fa'aogaina i le voltage fa'aulu e 7 V mo le 10 sekone, ona fa'amālūlūina lea mo le 15 sekone (vaega fa'amālūlūina) i ta'amilosaga e lua. O le tulimanu pinnate ua setiina i le \(40^{\circ}\) ma o le umi muamua o le uaea SMA i vae pine ta'itasi ua setiina i le 83mm. (a) Fuaina o le malosi fa'agaoioiga i se load cell (b) Mata'ituina o le vevela o le uaea i se meapueata infrared vevela.
Ina ia malamalama i le faatosinaga o parakalafa faaletino i le malosi e gaosia e le taavale, sa faia ai se auiliiliga o le lagona o le faataitaiga matematika i parakalafa faaletino ua filifilia, ma sa faatulagaina parakalafa e tusa ai ma lo latou faatosinaga. Muamua, sa faia le faataitaiga o parakalafa faataitaiga e faaaoga ai mataupu faavae o le mamanu faataitai lea na mulimuli i se tufatufaina tutusa (tagai i le Vaega Faaopoopo i le Iloiloga o le Mafaufau). I lenei tulaga, o parakalafa faataitaiga e aofia ai le voltage input (\(V_{in}\)), umi muamua o le uaea SMA (\(l_0\)), tulimanu o le tafatolu (\(\alpha\)), tumau o le spring bias (\( K_x\ )), le fua faatatau o le fesiitaiga o le vevela convective (\(h_T\)) ma le numera o lala unimodal (n). I le isi laasaga, sa filifilia le malosi o maso pito i luga o se manaoga o le mamanu suesuega ma sa maua ai aafiaga parametric o seti taitasi o fesuiaiga i le malosi. O ata o le afa mo le auiliiliga o le lagona na maua mai i fua faatatau o le fesootaiga mo parakalafa taitasi, e pei ona faaalia i le Ata 6a.
(a) O tau o le coefficient correlation o fa'ata'ita'iga ma lo latou a'afiaga i le malosi maualuga o le output o vaega tulaga ese e 2500 o fa'ata'ita'iga o lo'o i luga o lo'o fa'aalia i le ata o le afa. O lo'o fa'aalia i le kalafi le feso'ota'iga o le tulaga o le tele o fa'ailoga. Ua manino lava o le \(V_{in}\) o le pau lea o le fa'ata'ita'iga e iai se feso'ota'iga lelei, ma o le \(l_0\) o le fa'ata'ita'iga e sili ona maualuga le feso'ota'iga leaga. O le a'afiaga o fa'ata'ita'iga eseese i tu'ufa'atasiga eseese i le malosi maualuga o maso o lo'o fa'aalia i le (b, c). O le \(K_x\) e amata mai le 400 i le 800 N/m ma le n e amata mai le 4 i le 24. O le voltage (\(V_{in}\)) ua suia mai le 4V i le 10V, o le umi o le uaea (\(l_{0 } \)) ua suia mai le 40 i le 100 mm, ma o le tulimanu o le si'usi'u (\ (\alpha \)) e eseese mai le \ (20 – 60 \, ^ {\circ }\).
I le ata 6a o loʻo faʻaalia ai se ata o le afa o le tele o fua faʻatatau o le fesoʻotaʻiga mo parakalafa taʻitasi ma manaʻoga o le mamanu o le malosi o le faʻamalosia o le eletise. Mai le ata 6a e mafai ona iloa ai o le fua faʻatatau o le voltage (\(V_{in}\)) e fesoʻotaʻi saʻo ma le malosi maualuga o le gaosiga, ma le fua faʻatatau o le fesiitaiga o le vevela o le convective (\(h_T\)), le tulimanu o le afi (\( \alpha\)), le tumau o le spring displacement ( \(K_x\)) e fesoʻotaʻi leaga ma le malosi o le gaosiga ma le umi muamua (\(l_0\)) o le uaea SMA, ma le aofaʻi o lala unimodal (n) e faʻaalia ai se fesoʻotaʻiga malosi faʻafeagai I le tulaga o le fesoʻotaʻiga tuusaʻo I le tulaga o se tau maualuga o le fua faʻatatau o le fesoʻotaʻiga o le voltage (\(V_ {in}\)) e faʻaalia ai o lenei fua faʻatatau e sili ona aʻafia i le malosiaga o le gaosiga. O le isi auʻiliʻiliga faʻapena e fuaina ai le malosi maualuga e ala i le iloiloina o le aʻafiaga o fua faʻatatau eseese i tuʻufaʻatasiga eseese o avanoa faʻakomepiuta e lua, e pei ona faʻaalia i le Ata 6b, c. O \(V_{in}\) ma le \(l_0\), \(\alpha\) ma le \(l_0\) e tutusa a la mamanu, ma o le kalafi e faaalia ai o le \(V_{in}\) ma le \(\alpha\ ) ma le \(\alpha\) e tutusa a la mamanu. O tau laiti o le \(l_0\) e mafua ai ona maualuga atu le malosi o le tumutumu. O isi ata e lua e ogatasi ma le Ata 6a, lea e fesoʻotaʻi leaga ai le n ma le \(K_x\) ma e fesoʻotaʻi lelei ai le \(V_{in}\). O lenei auiliiliga e fesoasoani e faʻamatalaina ma fetuʻunaʻi ai faʻasologa faʻatosina e mafai ai ona fetuʻunaʻi le malosi o le gaosiga, le ta ma le lelei o le faiga faʻataʻavale i manaʻoga ma le faʻaoga.
O galuega suʻesuʻe o loʻo iai nei e faʻalauiloa ma suʻesuʻeina ai taʻavale faʻasolosolo ma tulaga N. I se faʻasologa faʻasolosolo e lua-tulaga, e pei ona faʻaalia i le Ata 7a, lea e le o uaea SMA taʻitasi o le actuator tulaga muamua, ae o loʻo ausia ai se faʻatulagaga bimodal, e pei ona faʻaalia i le ata 9e. I le ata 7c o loʻo faʻaalia ai le auala e milo ai le uaea SMA i se lima feʻaveaʻi (lima fesoasoani) e naʻo le feʻaveaʻi i le itu umi. Peitaʻi, o le lima feʻaveaʻi muamua e faʻaauau pea ona feʻaveaʻi i le auala lava e tasi e pei o le lima feʻaveaʻi o le actuator tele-tulaga muamua. E masani lava, o se taʻavale N-tulaga e faia e ala i le suia o le uaea SMA \(N-1\) tulaga i se taʻavale tulaga muamua. O se taunuuga, o lala taʻitasi e faʻataʻitaʻi le taʻavale tulaga muamua, vagana ai le lala e uuina le uaea lava ia. I lenei auala, e mafai ona fausia ni fausaga faʻapipiʻi e fausia ai ni malosiaga e tele taimi e sili atu nai lo malosiaga o taʻavale autu. I lenei suʻesuʻega, mo tulaga taʻitasi, o le aofaʻi atoa o le umi o le uaea SMA aoga e 1 m na amanaʻia, e pei ona faʻaalia i le faʻatulagaga laulau i le Ata 7d. O le tafe o le eletise e ui atu i uaea taʻitasi i mamanu taʻitasi e le tutusa le malosi ma le voltage i vaega taʻitasi o uaea SMA e tutusa i tulaga taʻitasi. E tusa ai ma la matou faʻataʻitaʻiga auʻiliʻili, o le malosi o le eletise e fesoʻotaʻi lelei ma le tulaga, ae o le siʻitia e fesoʻotaʻi leaga. I le taimi lava e tasi, sa i ai se fefaʻatauaʻiga i le va o le siʻitia ma le malosi o maso. E pei ona vaʻaia i le ata 7b, e ui o le malosi aupito maualuga e ausia i le tele o vaega, o le siʻitia aupito tele e matauina i le vaega maualalo. Ina ua setiina le tulaga faʻatulagaina i le \(N=5\), o le malosi pito i luga o maso na maua i le 2 taʻi na matauina \(\upmu\)m. I le isi itu, o le taʻavale muamua e faʻatupuina ai se malosi o le 150 N i le taʻi o le 277 \(\upmu\)m. O actuators e tele-tulaga e mafai ona faʻataʻitaʻi maso moni, lea e mafai ai e maso faʻapitoa e faʻavae i luga o mea e manatua ai foliga ona faʻatupuina ni malosi maualuga tele ma ni gaioiga saʻo ma lelei. O tapulaʻa o lenei mamanu faʻaitiitiga o le aʻo faʻateleina le faʻatulagaina, e matua faʻaitiitia le gaioiga ma faʻateleina le lavelave o le faiga o le gaosiga o taʻavale.
(a) O se faiga fa'a-fa'a-fa'a-lua-vaega (\(N=2\)) o lo'o fa'aalia i se fa'atulagaga bimodal. O le fa'ata'ita'iga ua fautuaina e ausia e ala i le suia o le uaea SMA i le fa'a-fa'a-fa'a-fa'a-fa'a-vaega muamua i se isi fa'a-fa'a-fa'a-fa'a-vaega e tasi. (c) Fa'atulagaga fa'aletonu o le fa'a-fa'a-fa'a-vaega lona lua. (b) O le tufatufaina o malosiaga ma fe'avea'iga e fa'atatau i le aofa'i o tulaga ua fa'amatalaina. Ua maua o le malosi pito i luga o le fa'a-fa ... Mo se faʻataʻitaʻiga, i le tulaga 5, o le \(n_1\) e faʻatatau i le aofaʻi o uaea SMA o loʻo iai i fausaga taʻitasi o le bimodal, ma o le \(n_5\) e faʻatatau i le aofaʻi o vae fesoasoani (tasi e fesoʻotaʻi i le vae autu).
Ua fautuaina e le tele o saienitisi ni metotia eseese e faʻataʻitaʻi ai amioga a SMA ma le manatua o foliga, lea e faʻalagolago i meatotino faʻavevela e o faʻatasi ma suiga tetele i le fausaga tioata e fesoʻotaʻi ma le suiga o le vaega. O le faʻatulagaina o metotia faʻavae e matua faigata lava. O le faʻataʻitaʻiga phenomenological e masani ona faʻaaogaina ua fautuaina e Tanaka28 ma e faʻaaogaina lautele i faʻaoga faʻainisinia. O le faʻataʻitaʻiga phenomenological na fautuaina e Tanaka [28] e manatu o le vaega o le volume o le martensite o se galuega faʻatelevave o le vevela ma le atuatuvale. Mulimuli ane, na fautuaina e Liang ma Rogers29 ma Brinson30 se faʻataʻitaʻiga lea na manatu ai o le suiga o le vaega o se galuega faʻapitoa o le voltage ma le vevela, faʻatasi ai ma ni suiga laiti i le faʻataʻitaʻiga. Na fautuaina e Becker ma Brinson se faʻataʻitaʻiga kinetic e faʻavae i luga o le ata o le vaega e faʻataʻitaʻi ai amioga a meafaitino SMA i lalo o tulaga faʻafuaseʻi o le uta faʻapea foʻi ma suiga faʻavaega. E faʻaaogaina e Banerjee32 le metotia o le Bekker ma Brinson31 o le ata o le vaega e faʻataʻitaʻi ai se manipulator tikeri e tasi o le saolotoga na atiaʻe e Elahinia ma Ahmadian33. O metotia fa'atino e fa'avae i luga o ata o vaega, lea e amana'ia ai le suiga e le tutusa i le voltage fa'atasi ai ma le vevela, e faigata ona fa'atinoina i galuega fa'ainisinia. O Elakhinia ma Ahmadian ua fa'alogo i nei vaivaiga o fa'ata'ita'iga fa'apitoa o lo'o iai nei ma fautuaina se fa'ata'ita'iga fa'apitoa fa'alauteleina e iloilo ai ma fa'amatalaina ai amioga manatua o foliga i lalo o so'o se tulaga faigata o uta.
O le faʻataʻitaʻiga faʻatulagaina o le uaea SMA e tuʻuina atu ai le mamafa (\(\sigma\)), faʻasolosolo (\(\epsilon\)), vevela (T), ma le martensite volume fraction (\(\xi\)) o le uaea SMA. O le faʻataʻitaʻiga faʻavae phenomenological na muamua fautuaina e Tanaka28 ma mulimuli ane faʻaaogaina e Liang29 ma Brinson30. O le derivative o le fua faʻatatau e iai le foliga:
lea o le E o le phase dependent SMA Young's modulus e maua mai le fa'aaogaina o le \(\displaystyle E=\xi E_M + (1-\xi )E_A\) ma le \(E_A\) ma le \(E_M\) o lo'o fa'atusalia ai le Young's modulus o austenitic ma martensitic phases, i le fa'asologa lava lea, ma o le coefficient of thermal expansion o lo'o fa'atusalia e le \(\theta _T\). O le phase transition contribution factor o le \(\Omega = -E \epsilon _L\) ma le \(\epsilon _L\) o le maualuga o le toe fa'aleleia o le strain i le uaea SMA.
O le fua fa'atatau o le suiga o le vaega e tutusa ma le galuega fa'atino o le cosine na atia'e e Liang29 ma mulimuli ane fa'aaogaina e Brinson30 nai lo le galuega fa'atino o le exponential na fautuaina e Tanaka28. O le fa'ata'ita'iga o le suiga o le vaega o se fa'aopoopoga o le fa'ata'ita'iga na fautuaina e Elakhinia ma Ahmadian34 ma fa'asa'oina e fa'atatau i tulaga o le suiga o le vaega na tu'uina mai e Liang29 ma Brinson30. O tulaga na fa'aaogaina mo lenei fa'ata'ita'iga o le suiga o le vaega e aoga i lalo o avega faigata o le thermomechanical. I taimi ta'itasi o le taimi, o le tau o le vaega o le volume o le martensite e fuafuaina pe a fa'ata'ita'iina le fua fa'atatau fa'avae.
O le fua fa'atatau o le toe fa'aliliuga, o lo'o fa'aalia e le suiga o le martensite i le austenite i lalo o tulaga fa'avevela, e fa'apea:
lea o le \(\xi\) o le vaega o le voluma o le martensite, \(\xi _M\) o le vaega o le voluma o le martensite na maua a'o le'i fa'avevela, \(\displaystyle a_A = \pi /(A_f – A_s)\), \ ( \displaystyle b_A = -a_A/C_A\) ma le \(C_A\) – fa'atusatusaga o le pi'o, T – vevela o le uaea SMA, \(A_s\) ma le \(A_f\) – amataga ma le fa'ai'uga o le vaega austenite, i le fa'asologa, vevela.
O le fua fa'atatau o le puleaina o le suiga tuusa'o, o lo'o fa'atusalia e le suiga o le vaega o le austenite i le martensite i lalo o tulaga fa'amālūlūina, o le:
lea o le \(\xi _A\) o le vaega tele o le martensite na maua a'o le'i fa'amālūlūina, \(\displaystyle a_M = \pi /(M_s – M_f)\), \(\displaystyle b_M = -a_M/C_M\) ma le \ ( C_M \) – parakalame o le fetaui lelei o le pi'o, T – vevela o le uaea SMA, \(M_s\) ma le \(M_f\) – vevela muamua ma le vevela mulimuli o le martensite, i le fa'asologa.
A maeʻa ona faʻavasega faʻatusatusaga (3) ma le (4), ona faʻafaigofieina lea o faʻatusatusaga faʻafeagai ma faʻatusatusaga faʻaliliuga tuusaʻo i le faʻatulagaga lenei:
I le taimi o le suiga i luma ma tua, e eseese tau o le \(\eta _{\sigma}\) ma le \(\eta _{T}\). O fua fa'atatau autū e feso'ota'i ma le \(\eta _{\sigma}\) ma le \(\eta _{T}\) ua maua mai ma talanoaina auiliili i se isi vaega.
O le malosi fa'avevela e mana'omia e fa'ateleina ai le vevela o le uaea SMA e mafua mai i le aafiaga o le fa'avevela o le Joule. O le malosi fa'avevela e mitiia pe fa'asa'olotoina e le uaea SMA e fa'atusalia e le vevela natia o le suiga. O le leiloa o le vevela i le uaea SMA e mafua mai i le fa'amalosia o le convection, ma ona o le aafiaga la'ititi o le radiation, o le fua fa'atatau o le paleni o le malosi fa'avevela e fa'apea:
O fea o le \(m_{wire}\) o le mamafa atoa o le uaea SMA, \(c_{p}\) o le gafatia faapitoa o le vevela o le SMA, \(V_{in}\) o le voltage e faʻaaogaina i le uaea, \(R_{ohm} \ ) – teteʻe faʻalagolago i le vaega SMA, faʻamatalaina e pei o; \(R_{ohm} = (l/A_{cross})[\xi r_M + (1-\xi )r_A]\ ) lea o le \(r_M\ ) ma le \(r_A\) o le teteʻe vaega SMA i le martensite ma le austenite, i le faasologa, \(A_{c}\) o le lautele o le uaea SMA, \(\Delta H \) o se shape memory alloy. O le vevela natia o le fesuiaʻiga o le uaea, T ma le \(T_{\infty}\) o le vevela o le uaea SMA ma le siosiomaga, i le faasologa.
A fa'agaoioia se uaea e manatua ai foliga, e fa'apipi'i le uaea, ma fa'atupuina ai se malosi i lala ta'itasi o le mamanu bimodal e ta'ua o le malosi o le alava. O malosi o alava i manoa ta'itasi o le uaea SMA fa'atasi e fa'atupuina ai le malosi o maso e fa'agaoioi ai, e pei ona fa'aalia i le Ata 9e. Ona o le i ai o se spring fa'api'opi'o, o le malosi atoa o maso o le Nth multilayer actuator e:
I le suiina o le \(N = 1\) i le fua fa'atatau (7), e mafai ona maua le malosi o maso o le fa'ata'ita'iga muamua o le bimodal drive e pei ona taua i lalo:
lea o le n o le aofaʻi o vae unimodal, \(F_m\) o le malosi o maso e mafua mai i le drive, \(F_f\) o le malosi o le fiber i le uaea SMA, \(K_x\) o le bias stiffness. spring, \(\alpha\) o le tulimanu o le tafatolu, \(x_0\) o le offset muamua o le bias spring e taofi ai le uaea SMA i le tulaga ua uma ona faʻamauina, ma \(\Delta x\) o le actuator travel.
O le aofaʻi atoa o le siʻitia poʻo le gaioiga o le taʻavale (\(\Delta x\)) e faʻatatau i le voltage (\(\sigma\)) ma le strain (\(\epsilon\)) i luga o le uaea SMA o le Nth stage, ua setiina le taʻavale i le (tagai i le Ata. vaega faʻaopoopo o le output):
O fua fa'atatau kinematic e tu'uina atu ai le sootaga i le va o le fa'aleagaina o le ta'avale (\(\epsilon\)) ma le fa'aletonu po'o le fa'aletonu (\(\Delta x\)). O le fa'aletonu o le uaea Arb e fai ma galuega tauave o le umi muamua o le uaea Arb (\(l_0\)) ma le umi o le uaea (l) i so'o se taimi t i le tasi lala unimodal e fa'apea:
lea e maua ai le \(l = \sqrt{l_0^2 +(\Delta x_1)^2 – 2 l_0 (\Delta x_1) \cos \alpha _1}\) e ala i le fa'aogaina o le fua fa'atatau o le cosine i le \(\Delta\)ABB ', e pei ona fa'aalia i le Ata 8. Mo le ta'avale muamua (\(N = 1\)), o le \(\Delta x_1\) o le \(\Delta x\), ma o le \(\alpha _1\) o le \(\alpha \) e pei ona fa'aalia i le E pei ona fa'aalia i le Ata 8, e ala i le fa'avasegaina o le taimi mai le Fa'atusatusaga (11) ma le suiina o le tau o le l, e mafai ona tusia le fua fa'atatau o le fa'alavelave e pei ona:
lea o le \(l_0\) o le umi muamua o le uaea SMA, l o le umi o le uaea i soo se taimi t i le tasi lala unimodal, \(\epsilon\) o le deformation ua atiaʻe i le uaea SMA, ma le \(\alpha \) o le tulimanu o le tafatolu , \(\Delta x\) o le drive offset (e pei ona faaalia i le Ata 8).
O fausaga uma e n e tasi le tumutumu (\(n=6\) i lenei ata) e feso'ota'i fa'asolosolo ma le \(V_{in}\) o le voltage ulufale. Vaega I: Ata fa'ata'ita'i o le uaea SMA i se fa'atulagaga bimodal i lalo o tulaga zero voltage Vaega II: O lo'o fa'aalia se fausaga fa'atonutonuina lea e fa'apipi'i ai le uaea SMA ona o le fa'aliliuga fa'afeagai, e pei ona fa'aalia e le laina mumu.
I le avea ai o se faʻamaoniga o le manatu, na atiaʻe ai se taʻavale bimodal e faʻavae i luga o le SMA e faʻataʻitaʻi ai le faʻataʻitaʻiga o le faʻasologa o faʻatusatusaga faʻavae ma taunuʻuga faʻataʻitaʻi. O le faʻataʻitaʻiga CAD o le bimodal linear actuator o loʻo faʻaalia i le ata 9a. I le isi itu, i le ata 9c o loʻo faʻaalia ai se mamanu fou ua fautuaina mo se fesoʻotaʻiga prismatic rotational e faʻaaoga ai se actuator e faʻavae i luga o le SMA e lua-plane ma se fausaga bimodal. O vaega o le taʻavale na gaosia e faʻaaoga ai le gaosiga faʻaopoopo i luga o se Ultimaker 3 Extended 3D printer. O le mea e faʻaaogaina mo le lolomiina 3D o vaega o le polycarbonate lea e talafeagai mo mea e teteʻe atu i le vevela aua e malosi, umi ma e maualuga le vevela o le fesuiaʻiga o tioata (110-113 \(^{\circ }\) C). I se faʻaopoopoga, na faʻaaogaina ai le uaea Dynalloy, Inc. Flexinol shape memory alloy i faʻataʻitaʻiga, ma o meatotino o meafaitino e fetaui ma le uaea Flexinol na faʻaaogaina i faʻataʻitaʻiga. E fa'atulaga uaea SMA e tele e pei o ni alava o lo'o iai i se fa'atulagaga bimodal o maso e maua ai malosiaga maualuluga e gaosia e le tele o vaega o le actuators, e pei ona fa'aalia i le Ata 9b, d.
E pei ona faʻaalia i le Ata 9a, o le tulimanu maʻai na fausia e le uaea SMA e mafai ona gaoioi e taʻua o le tulimanu (\(\alpha\)). Faatasi ai ma faʻamau faʻaiʻu e faʻapipiʻi i faʻamau agavale ma taumatau, o le uaea SMA e taofia i le tulimanu bimodal e manaʻomia. O le masini spring bias o loʻo taofia i luga o le spring connector ua mamanuina e fetuʻunaʻi ai vaega faʻaopoopoga spring bias eseese e tusa ai ma le numera (n) o alava SMA. E le gata i lea, o le nofoaga o vaega gaoioi ua mamanuina ina ia faʻaalia le uaea SMA i le siosiomaga i fafo mo le faʻamalosia o le convection cooling. O papatusi pito i luga ma lalo o le faʻapotopotoga e mafai ona aveese e fesoasoani e faʻamalieina le uaea SMA i ni tipi faʻapipiʻi ua mamanuina e faʻaitiitia ai le mamafa. E le gata i lea, o pito uma e lua o le uaea CMA ua faʻapipiʻi i pito agavale ma taumatau, i le faasologa, e ala i se crimp. O se plunger e faʻapipiʻi i le tasi pito o le faʻapotopotoga e mafai ona gaoioi e faʻatumauina ai le avanoa i le va o papatusi pito i luga ma lalo. E faʻaaogaina foʻi le plunger e faʻaaoga ai se malosi poloka i le sensor e ala i se fesoʻotaʻiga e fua ai le malosi poloka pe a faʻagaoioia le uaea SMA.
O le fausaga o maso bimodal SMA ua fesoʻotaʻi faʻaeletise i se faasologa ma faʻamalosia e se voltage pulse input. I le taimi o le voltage pulse cycle, pe a faʻaaogaina le voltage ma faʻavevela le uaea SMA i luga aʻe o le vevela muamua o le austenite, e faʻapuʻupuʻuina le umi o le uaea i manoa taʻitasi. O lenei toe faʻafoʻisia e faʻagaoioia ai le vaega o le lima feʻaveaʻi. A faʻamaʻalili le voltage i le taamilosaga lava e tasi, e faʻamālūlūina le uaea SMA vevela i lalo ifo o le vevela o le luga o le martensite, ma toe foʻi atu ai i lona tulaga muamua. I lalo o tulaga o le zero stress, e muamua faʻaloaloa le uaea SMA e se bias spring e oʻo atu ai i le tulaga martensitic ua vavaeʻeseina. O le sikulima, lea e ui atu ai le uaea SMA, e gaoioi ona o le faʻapipiʻiina na faia e ala i le faʻaaogaina o se voltage pulse i le uaea SMA (e oʻo atu le SPA i le austenite phase), lea e tau atu ai i le faʻagaoioia o le movable lever. A toe faʻafoʻisia le uaea SMA, e faia e le bias spring se malosiaga faʻafeagai e ala i le faʻaloaloa atili o le spring. A oʻo ina zero le stress i le impulse voltage, e faʻaloaloa le uaea SMA ma suia lona foliga ona o le faʻamalosia o le convection cooling, e oʻo atu ai i le double martensitic phase.
O le faiga fa'atino linear fa'avae SMA ua fautuaina o lo'o i ai se fa'atulagaga bimodal lea e fa'asaga ai uaea SMA. (a) o lo'o fa'aalia ai se fa'ata'ita'iga CAD o le fa'ata'ita'iga, lea e ta'ua ai nisi o vaega ma o latou uiga mo le fa'ata'ita'iga, (b, d) o lo'o fa'atusalia ai le fa'ata'ita'iga fa'ata'ita'i ua atia'e35. E ui o le (b) o lo'o fa'aalia ai se va'aiga pito i luga o le fa'ata'ita'iga fa'atasi ai ma feso'ota'iga eletise ma punavai fa'aitu'au ma fua fa'atatau o le fa'asolosolo e fa'aaogaina, (d) o lo'o fa'aalia ai se va'aiga va'aiga o le fa'atulagaga. (e) Ata o se faiga fa'atino linear fa'atasi ai ma uaea SMA ua tu'u bimodally i so'o se taimi t, e fa'aalia ai le itu ma le ala o le alava ma le malosi o maso. (c) O se feso'ota'iga prismatic fa'ata'amilomilo 2-DOF ua fautuaina mo le fa'atinoina o se fa'atino SMA e lua-plane. E pei ona fa'aalia, o le so'otaga e fa'asalalauina le gaioiga linear mai le ta'avale pito i lalo i le lima pito i luga, ma faia ai se feso'ota'iga fa'ata'amilomilo. I le isi itu, o le gaioiga o le paga o prisms e tutusa ma le gaioiga o le ta'avale vaega muamua e tele vaega.
Sa faia se suʻesuʻega faʻataʻitaʻi i le faʻataʻitaʻiga o loʻo faʻaalia i le Ata 9b e iloilo ai le faʻatinoga o se taʻavale bimodal e faʻavae i luga o le SMA. E pei ona faʻaalia i le Ata 10a, o le faʻatulagaga faʻataʻitaʻi sa aofia ai se sapalai eletise DC e mafai ona faʻapolokalameina e tuʻuina atu ai le voltage ulufale i uaea SMA. E pei ona faʻaalia i le ata 10b, o se fua faʻatatau piezoelectric strain (PACEline CFT/5kN) na faʻaaogaina e fua ai le malosi poloka e faʻaaoga ai se Graphtec GL-2000 data logger. O faʻamaumauga e faʻamaumauina e le talimalo mo nisi suʻesuʻega. O fua faʻatatau ma faʻamalosi avega e manaʻomia ai se sapalai eletise faifai pea e gaosia ai se faʻailoga voltage. O faʻailoga talafeagai e liua i faʻaiʻuga eletise e tusa ai ma le maaleale o le piezoelectric force sensor ma isi faʻatulagaga e pei ona faʻamatalaina i le Laulau 2. A faʻaogaina se voltage pulse, e faʻateleina le vevela o le uaea SMA, ma mafua ai ona faʻapipiʻi le uaea SMA, lea e mafua ai ona gaosia e le actuator le malosi. O taunuʻuga faʻataʻitaʻi o le faʻaiʻuga o le malosi o maso e ala i se input voltage pulse o le 7 V o loʻo faʻaalia i le ata 2a.
(a) O se faiga fa'atino linear e fa'avae i luga o le SMA na fa'atulagaina i le fa'ata'ita'iga e fua ai le malosi e gaosia e le fa'atino. O le load cell e fuaina le malosi poloka ma e fa'amalosia e se sapalai eletise 24 V DC. O se pa'ū voltage 7 V na fa'aogaina i le umi atoa o le uaea e fa'aaoga ai se sapalai eletise GW Instek e mafai ona polokalameina DC. O le uaea SMA e fa'aitiitia ona o le vevela, ma o le lima e mafai ona gaoioi e fa'afeso'ota'i le load cell ma fa'atino ai se malosi poloka. O le load cell e feso'ota'i i le GL-2000 data logger ma o fa'amaumauga e teuina i luga o le host mo nisi fa'agasologa. (b) Ata o lo'o fa'aalia ai le filifili o vaega o le fa'atulagaga fa'ata'ita'i mo le fuaina o le malosi o maso.
O mea e manatua ai foliga e fa'aosofia e le malosi fa'avevela, o lea e avea ai le vevela ma se parakalafa taua mo le su'esu'eina o le mea e manatua ai foliga. I fa'ata'ita'iga, e pei ona fa'aalia i le Ata 11a, na faia ai le fuaina o ata fa'avevela ma le vevela i luga o se fa'ata'ita'iga o le divalerate actuator e fa'avae i luga o le SMA. O se puna DC e mafai ona fa'apolokalameina na fa'aogaina le voltage ulufale i uaea SMA i le fa'atulagaga fa'ata'ita'i, e pei ona fa'aalia i le Ata 11b. O le suiga o le vevela o le uaea SMA na fuaina i le taimi moni e fa'aaoga ai se meapueata LWIR maualuga le iugafono (FLIR A655sc). E fa'aaoga e le 'au talimalo le polokalama ResearchIR e fa'amaumau ai fa'amatalaga mo nisi fa'agasologa. A fa'aogaina se voltage pulse, e fa'ateleina le vevela o le uaea SMA, ma mafua ai ona fa'aitiitia le uaea SMA. I le ata 2b o lo'o fa'aalia ai taunu'uga fa'ata'ita'i o le vevela o le uaea SMA e fa'atusatusa i le taimi mo se 7V input voltage pulse.
Taimi na lafoina ai: Setema-28-2022
