Waad ku mahadsan tahay booqashada Nature.com. Nooca biraawsarka aad isticmaaleyso wuxuu leeyahay taageero CSS oo xaddidan. Waayo-aragnimada ugu fiican, waxaan kugula talineynaa inaad isticmaasho biraawsar la cusbooneysiiyay (ama aad joojiso Habka La-qabsiga ee Internet Explorer). Dhanka kale, si loo hubiyo taageerada joogtada ah, waxaan soo bandhigi doonnaa goobta iyada oo aan lahayn qaabab iyo JavaScript.
Dhaqaaqayaasha waxaa loo isticmaalaa meel kasta waxayna abuuraan dhaqdhaqaaq la xakameeyey iyadoo la adeegsanayo xoogga kicinta saxda ah ama wareegga si loo sameeyo hawlgallo kala duwan oo ku saabsan wax soo saarka iyo otomaatiga warshadaha. Baahida loo qabo darawallada dhaqsaha badan, yar yar iyo kuwa hufan ayaa kicinaya hal-abuurka naqshadeynta wadista. Darawallada Shape Memory Alloy (SMA) waxay bixiyaan faa'iidooyin badan marka loo eego darawallada caadiga ah, oo ay ku jiraan saamiga awoodda-ilaa-miisaanka sare. Qormadan, waxaa la sameeyay dhaqaajiyayaal laba-baalood leh oo ku salaysan SMA oo isku daraya faa'iidooyinka muruqyada baalasha leh ee nidaamyada bayoolojiga iyo sifooyinka gaarka ah ee SMAs. Daraasaddani waxay sahaminaysaa oo ballaarinaysaa dhaqaajiyayaashii hore ee SMA iyadoo horumarinaysa qaab xisaabeed oo dhaqaajiyayaal cusub oo ku salaysan habaynta siligga SMA ee bimodal oo lagu tijaabinayo tijaabo ahaan. Marka la barbardhigo darawallada la yaqaan ee ku salaysan SMA, xoogga dhaqaajinta ee darawalka cusub wuxuu ugu yaraan 5 jeer ka sarreeyaa (ilaa 150 N). Miisaanka oo yaraada waa qiyaastii 67%. Natiijooyinka falanqaynta xasaasiga ah ee moodooyinka xisaabta ayaa faa'iido u leh hagaajinta xuduudaha naqshadeynta iyo fahamka xuduudaha muhiimka ah. Daraasaddani waxay si dheeraad ah u soo bandhigaysaa wadista heerka Nth ee heer badan oo loo isticmaali karo in lagu sii wanaajiyo dhaqdhaqaaqa. Dhaqdhaqaaqayaasha murqaha ee ku salaysan SMA-ku waxay leeyihiin codsiyo kala duwan, laga bilaabo otomaatiga dhismaha ilaa nidaamyada keenista daawada saxda ah.
Nidaamyada bayoolojiga, sida qaab-dhismeedka murqaha ee naasleyda, waxay kicin karaan dhaqaajiyeyaal badan oo qarsoon1. Naasleyda waxay leeyihiin qaab-dhismeed muruq oo kala duwan, mid walbana wuxuu u adeegaa ujeedo gaar ah. Si kastaba ha ahaatee, qaab-dhismeedka unugyada muruqa naasleyda waxaa loo qaybin karaa laba qaybood oo ballaaran. Isbarbar socda iyo is-goys. Muruqyada iyo dabacsanaanta kale, sida magacu tilmaamayo, muruqyada isbarbar socda waxay leeyihiin fiilooyin muruq oo barbar socda seedaha dhexe. Silsiladda fiilooyinka muruqa waxaa loo safeeyey oo si shaqo leh ugu xiran unugyada isku xiran ee ku wareegsan. Inkasta oo muruqyadan la sheegay inay leeyihiin dalxiis weyn (boqolkiiba gaabin), xooggooda muruq guud aad ayuu u xaddidan yahay. Taas bedelkeeda, muruqyada kubka triceps2 (gastrocnemius lateral (GL)3, medial gastrocnemius (GM)4 iyo soleus (SOL)) iyo extensor femoris (quadriceps)5,6 unug muruq oo pennate ah ayaa laga helaa muruq kasta7. Qaab-dhismeedka pinnate, fiilooyinka muruqa ee muruqyada bipennate waxay ku yaalliin labada dhinac ee seedaha dhexe ee xaglaha oblique (xagasha pinnate). Pennate wuxuu ka yimid ereyga Laatiinka ah ee "penna", oo macneheedu yahay "qalin", sida ku cad jaantuska 1aadna wuxuu leeyahay muuqaal baal u eg. Faybarrada muruqyada pennate-ka waa gaaban yihiin waxayna u janjeeraan dhidibka dheer ee muruqa. Sababtoo ah qaab-dhismeedka pinnate-ka, dhaqdhaqaaqa guud ee muruqyadan waa la dhimaa, taas oo horseedda qaybaha isdhaafka ah iyo kuwa dheer ee habka gaabin. Dhanka kale, kicinta muruqyadan waxay horseedaa xoog muruq oo guud oo sarreeya sababtoo ah habka loo cabbiro aagga isdhaafka jirka. Sidaa darteed, aagga isdhaafka ah ee la bixiyay, muruqyada pennate-ka way ka xoog badnaan doonaan waxayna soo saari doonaan awoodo ka sarreeya muruqyada leh fiilooyinka is barbar socda. Xooggaga ay soo saaraan fiilooyinka shaqsiga ah waxay dhaliyaan xoog muruq heer macroscopic ah oo ku jira unugyada muruqaas. Intaa waxaa dheer, waxay leedahay sifooyin gaar ah sida yaraanta degdega ah, ilaalinta dhaawaca jiidista, barkinta. Waxay beddeshaa xiriirka ka dhexeeya gelinta fiber-ka iyo soo saarista awoodda muruqa iyadoo ka faa'iideysanaysa sifooyinka gaarka ah iyo kakanaanta joomatari ee habaynta fiber-ka ee la xidhiidha khadadka dhaqdhaqaaqa muruqa.
Waxaa la tusay jaantusyada jaantuska ah ee naqshadaha dhaqdhaqaaqa ee ku salaysan SMA ee jira marka la eego qaab-dhismeedka murqaha bimodal, tusaale ahaan (a), oo matalaya isdhexgalka xoogga taabashada kaas oo qalab gacmeed oo ay ku shaqeyso fiilooyinka SMA lagu rakibay robot moobayl oo iskiis u shaqeeya oo laba taayir leh9,10. , (b) Qalab wareeg ah oo robotic ah oo leh qalab wareeg ah oo SMA ah oo guga lagu shubay oo iska soo horjeeda. Booska isha macmalka ah waxaa xakameynaya calaamad ka timid muruqa indhaha ee isha11, (c) Dhaqaajiyeyaasha SMA waxay ku habboon yihiin codsiyada biyaha hoostooda sababtoo ah jawaab celintooda soo noqnoqoshada sare iyo ballaca yar. Qaabeyntan, dhaqaajiyayaal SMA waxaa loo isticmaalaa in lagu abuuro dhaqdhaqaaq mowjad iyadoo la jilayo dhaqdhaqaaqa kalluunka, (d) dhaqaajiyayaal SMA waxaa loo isticmaalaa in lagu abuuro robot kormeer tuubo yar yar ah oo isticmaali kara mabda'a dhaqdhaqaaqa dirxiga inji, oo ay xakameyso dhaqdhaqaaqa fiilooyinka SMA ee gudaha kanaalka 10, (e) waxay muujinaysaa jihada fiilooyinka muruqa isku-soo-ururinta iyo soo saarista xoogga isku-soo-ururinta ee unugyada gastrocnemius, (f) waxay muujinaysaa fiilooyinka SMA oo loo habeeyey qaab fiilooyinka muruqa ee qaab-dhismeedka muruqa ee pennate.
Dhaqaaqayaashu waxay noqdeen qayb muhiim ah oo ka mid ah nidaamyada farsamada sababtoo ah codsiyadooda ballaaran. Sidaa darteed, baahida loo qabo darawallada yaryar, dhaqsaha badan iyo kuwa hufan ayaa noqda mid muhiim ah. Iyadoo ay jiraan faa'iidooyinkooda, darawallada dhaqameed waxay caddeeyeen inay qaali yihiin oo ay waqti badan ku qaataan in la ilaaliyo. Dhaqaaqayaasha Haydarooliga iyo kuwa neef-mareenka waa kuwo adag oo qaali ah waxayna ku xiran yihiin xirasho, dhibaatooyin saliidayn iyo cillad ka kooban. Iyada oo laga jawaabayo baahida, diiradda ayaa saaran horumarinta dhaqaajiyayaal kharash-ool ah, cabbir-hagaajin leh iyo kuwo horumarsan oo ku salaysan agab caqli badan. Cilmi-baaris socota ayaa eegaysa dhaqaajiyayaal lakabaysan oo qaabaysan (SMA) si loo daboolo baahidan. Dhaqaaqayaasha kala sarreyntu waa kuwo gaar ah iyagoo isku daraya dhaqaajiyayaal badan oo kala go'an oo ku jira nidaamyo hoose oo miisaan weyn oo joomatari ahaan isku dhafan si ay u bixiyaan shaqeyn kordhay oo ballaaran. Marka la eego arrintan, unugyada muruqa aadanaha ee kor lagu sharraxay waxay bixiyaan tusaale aad u wanaagsan oo lakab badan leh oo ah dhaqaajinta noocaas ah ee lakab badan leh. Daraasadda hadda jirta waxay qeexaysaa wadista SMA ee heer badan leh oo leh dhowr walxood oo wadista shaqsiga ah (SMA) oo la jaanqaadaya jihooyinka fiber-ka ee ku jira muruqyada bimodal, taas oo wanaajisa waxqabadka guud ee wadista.
Ujeedada ugu weyn ee hawl-wadeenku waa inuu soo saaro wax soo saar awood farsamo sida xoog iyo barokac iyadoo la beddelayo tamarta korontada. Daloolada xusuusta qaabaysan waa nooc ka mid ah walxaha "caqliga badan" kuwaas oo soo celin kara qaabkooda heerkulka sare. Marka culaysyo badan la saaro, kororka heerkulka fiilada SMA waxay horseedaa soo kabasho qaab, taasoo keenta cufnaan tamar firfircoon oo sare marka la barbar dhigo agabyo kala duwan oo si toos ah isugu xiran. Isla mar ahaantaana, marka culaysyo farsamo la saaro, SMA-yadu waxay noqdaan kuwo jajaban. Xaalado gaar ah, culays wareeg ah ayaa nuugi kara oo sii deyn kara tamar farsamo, taasoo muujinaysa isbeddellada qaabka hysteretic ee la rogi karo. Sifooyinkan gaarka ah waxay ka dhigaan SMA mid ku habboon dareemayaasha, daminta gariirka iyo gaar ahaan dhaqaajiyeyaasha12. Iyadoo tan maskaxda lagu hayo, waxaa jiray cilmi-baaris badan oo lagu sameeyay darawallada ku salaysan SMA. Waa in la ogaadaa in dhaqaajiyeyaasha ku salaysan SMA loogu talagalay inay bixiyaan dhaqdhaqaaq tarjumaad iyo wareeg ah oo loogu talagalay codsiyo kala duwan13,14,15. Inkasta oo qaar ka mid ah dhaqaajiyeyaasha wareega la sameeyay, cilmi-baarayaashu waxay si gaar ah u xiiseynayaan dhaqaajiyeyaasha toosan. Dhaqaaqayaashan toosan waxaa loo qaybin karaa saddex nooc oo dhaqaajiyeyaal ah: hal-cabbir, barokac iyo dhaqaajiyeyaal kala duwan 16. Markii hore, darawallada isku-dhafka ah waxaa la sameeyay iyadoo lagu darayo SMA iyo darawallada kale ee caadiga ah. Mid ka mid ah tusaale ahaan dhaqaajiyaha toosan ee isku-dhafka ah ee ku salaysan SMA waa isticmaalka siligga SMA oo leh matoor DC ah si loo bixiyo xoog wax soo saar ah oo qiyaastii ah 100 N iyo barokac muhiim ah17.
Mid ka mid ah horumarradii ugu horreeyay ee darawallada ku salaysan SMA oo gebi ahaanba ku salaysan SMA wuxuu ahaa darawalka barbar socda ee SMA. Iyada oo la adeegsanayo fiilooyin badan oo SMA ah, darawalka barbar socda ee ku salaysan SMA waxaa loogu talagalay in lagu kordhiyo awoodda awoodda darawalka iyadoo la dhigayo dhammaan fiilooyinka SMA18 si is barbar socda. Isku xirka barbar socda ee dhaqaajiyeyaasha ma aha oo kaliya inuu u baahan yahay awood dheeraad ah, laakiin sidoo kale wuxuu xaddidayaa awoodda wax soo saarka ee hal silig. Khasaaro kale oo ka mid ah dhaqaajiyeyaasha ku salaysan SMA waa safarka xaddidan ee ay gaari karaan. Si loo xalliyo dhibaatadan, waxaa la sameeyay alwaax fiilada SMA ah oo ka kooban alwaax dabacsan oo leexleexan si loo kordhiyo barokaca loona gaaro dhaqdhaqaaq toosan, laakiin ma aysan dhalin awoodo sare19. Qaab-dhismeedyo jilicsan oo isbeddeli kara iyo dhar loogu talagalay robotyada ku salaysan qaababka xusuusta ayaa si gaar ah loogu sameeyay ballaarinta saameynta20,21,22. Codsiyada loo baahan yahay xawaaraha sare, bambooyin is haysta oo la wado ayaa la soo sheegay iyadoo la isticmaalayo SMA filim khafiif ah oo loogu talagalay codsiyada micropump-ka ku socda23. Soo noqnoqoshada wadista ee xuubka filimka khafiifka ah ee SMA waa qodob muhiim ah oo lagu xakameynayo xawaaraha darawalka. Sidaa darteed, matoorada toosan ee SMA waxay leeyihiin jawaab firfircoon oo ka wanaagsan matoorada guga SMA ama rodka. Robotics-ka jilicsan iyo tiknoolajiyada qabashada ayaa ah laba codsi oo kale oo isticmaala dhaqaajiyeyaasha ku salaysan SMA. Tusaale ahaan, si loo beddelo dhaqaajiyaha caadiga ah ee loo isticmaalo qabsashada booska 25 N, waxaa la sameeyay dhaqaajiye barbar socda oo qaabaysan oo xusuusta ah 24. Xaalad kale, dhaqaajiye jilicsan oo SMA ah ayaa la sameeyay iyadoo lagu saleynayo silig leh matrix ku dhex jira oo awood u leh inuu soo saaro xoog jiiditaan oo ugu badan oo ah 30 N. Sababtoo ah sifooyinkooda farsamada, SMAs waxaa sidoo kale loo isticmaalaa in lagu soo saaro dhaqaajiyeyaal ku dayanaya ifafaalaha bayoolojiga. Mid ka mid ah horumarka noocaas ah waxaa ka mid ah robot 12-unug ah oo ah biomimetic noole u eg gooryaan dhuleed oo leh SMA si loo soo saaro dhaqdhaqaaq sinusoidal ah oo loogu talagalay dabka26,27.
Sida hore loo soo sheegay, waxaa jira xad u gaar ah xoogga ugu badan ee laga heli karo dhaqaajiyeyaasha ku salaysan SMA ee jira. Si wax looga qabto arrintan, daraasaddani waxay soo bandhigaysaa qaab-dhismeedka muruqa bimodal biomimetic ah. Waxaa kaxeeya silig dahaarka xusuusta qaabka. Waxay bixisaa nidaam kala soocid ah oo ay ku jiraan dhowr fiilooyin dahaarka xusuusta qaabka. Ilaa hadda, ma jiraan dhaqaajiyeyaal ku salaysan SMA oo leh qaab-dhismeed la mid ah oo lagu soo warramey suugaanta. Nidaamkan gaarka ah iyo kan cusub ee ku salaysan SMA waxaa loo sameeyay si loo barto dhaqanka SMA inta lagu jiro isku-dubaridka murqaha bimodal. Marka la barbardhigo dhaqaajiyeyaashii ku salaysan SMA ee jira, yoolka daraasaddani wuxuu ahaa in la abuuro dhaqaajiye dipvalerate biomimetic ah si loo soo saaro awoodo aad u sarreeya oo mug yar ah. Marka la barbardhigo darawallada matoorka stepper-ka caadiga ah ee loo isticmaalo nidaamyada otomaatiga dhismaha HVAC iyo xakamaynta, naqshadeynta wadista bimodal ee la soo jeediyay ee SMA waxay hoos u dhigtaa miisaanka habka wadista 67%. Kuwa soo socda, ereyada "muruq" iyo "wadista" ayaa loo isticmaalaa si isdhaafsi ah. Daraasaddani waxay baartaa jilitaanka multiphysics ee wadista noocaas ah. Dhaqanka farsamada ee nidaamyada noocaas ah waxaa lagu bartay habab tijaabo iyo falanqayn ah. Qaybinta xoogga iyo heerkulka ayaa si dheeraad ah loo baaray iyadoo la adeegsanayo danab gelin ah oo ah 7 V. Dabadeed, waxaa la sameeyay falanqayn cabbireed si loo fahmo xiriirka ka dhexeeya xuduudaha muhiimka ah iyo xoogga wax soo saarka. Ugu dambeyntii, dhaqaajiyeyaasha kala sarreynta ayaa la saadaaliyay waxaana la soo jeediyay saamaynta heerka kala sarreynta inay tahay aag mustaqbalka suurtagal ah oo loogu talagalay dhaqaajiyeyaasha aan magnetic-ka ahayn ee loogu talagalay codsiyada macmalka ah. Sida laga soo xigtay natiijooyinka daraasadaha kor ku xusan, isticmaalka qaab-dhismeedka hal-marxal wuxuu soo saaraa xoog ugu yaraan afar ilaa shan jeer ka sarreeya dhaqaajiyeyaasha ku salaysan SMA ee la soo sheegay. Intaa waxaa dheer, isla xoogga wadista ee ay soo saaraan darawal heer-badan ah ayaa la muujiyay inuu ka badan yahay toban jeer darawallada ku salaysan SMA ee caadiga ah. Daraasaddu waxay markaa soo sheegaysaa xuduudaha muhiimka ah iyadoo la adeegsanayo falanqaynta xasaasiga ah ee u dhexeeya naqshadaha kala duwan iyo doorsoomayaasha gelinta. Dhererka bilowga ah ee siligga SMA (\(l_0\)), xagasha pinnate (\(\alpha\)) iyo tirada xargaha hal-marxal (n) ee xarig kasta oo shaqsiyeed waxay leeyihiin saameyn xun oo xooggan oo ku saabsan baaxadda xoogga wadista. xoog, halka danabka gelinta (tamarta) ay noqotay mid si togan isugu xiran.
Siligga SMA wuxuu muujiyaa saameynta xusuusta qaabka (SME) ee lagu arkay qoyska birta nikkel-titanium (Ni-Ti). Caadiyan, SMAs waxay muujiyaan laba marxaladood oo ku xiran heerkulka: heer kul hoose iyo heer kul sare. Labada marxaladoodba waxay leeyihiin sifooyin gaar ah sababtoo ah joogitaanka qaab-dhismeedyo kala duwan oo kiristaalo ah. Marxaladda austenite (wejiga heerkulka sare) ee ka sarreeya heerkulka isbeddelka, walaxdu waxay muujisaa xoog sare waxayna si liidata u qalloocan tahay culayska saaran. Birta waxay u dhaqantaa sida birta aan miridhku lahayn, sidaas darteed waxay awood u leedahay inay u adkaysato cadaadiska dhaqdhaqaaqa sare. Iyada oo laga faa'iideysanayo hantidan birta Ni-Ti, fiilooyinka SMA ayaa loo janjeeraa si ay u sameeyaan firfircooni. Moodooyinka falanqaynta ee ku habboon ayaa la sameeyay si loo fahmo farsamooyinka aasaasiga ah ee dhaqanka kulaylka ee SMA iyadoo la saamaynayo cabbirro kala duwan iyo joomatari kala duwan. Heshiis wanaagsan ayaa laga helay natiijooyinka tijaabada iyo falanqaynta.
Daraasad tijaabo ah ayaa lagu sameeyay tusaalaha lagu muujiyay Jaantuska 9a si loo qiimeeyo waxqabadka darawal bimodal ah oo ku salaysan SMA. Laba ka mid ah sifooyinkan, xoogga ay soo saarto darawalka (xoogga muruqa) iyo heerkulka siligga SMA (heerkulka SMA), ayaa si tijaabo ah loo cabbiray. Marka farqiga danabku uu kordho dhererka oo dhan ee siligga ee darawalka, heerkulka siligga ayaa kordha sababtoo ah saameynta kuleylka Joule. Danabka gelinta waxaa lagu dabaqay laba wareeg oo 10-s ah (oo lagu muujiyay dhibco cas oo ku jira Jaantuska 2a, b) iyadoo leh muddo qaboojin ah oo 15-s ah oo u dhaxaysa wareeg kasta. Xoogga xannibaadda waxaa lagu cabbiray iyadoo la adeegsanayo cabbir cadaadis piezoelectric ah, qaybinta heerkulka siligga SMA-na waxaa lagu kormeeray waqtiga dhabta ah iyadoo la isticmaalayo kamarad LWIR oo heer sare ah oo heer sare ah (fiiri astaamaha qalabka loo isticmaalay Shaxda 2). waxay muujinaysaa in inta lagu jiro marxaladda danab sare, heerkulka siligga uu si kedis ah u kordho, laakiin marka uusan jirin hadda socda, heerkulka siligga ayaa sii socda inuu hoos u dhaco. Dejinta tijaabada ah ee hadda jirta, heerkulka siligga SMA ayaa hoos u dhacay intii lagu jiray marxaladda qaboojinta, laakiin wali wuu ka sarreeyay heerkulka deegaanka. Jaantuska 2e wuxuu muujinayaa sawir muujinaya heerkulka siligga SMA ee laga soo qaaday kamaradda LWIR. Dhanka kale, jaantuska 2a wuxuu muujinayaa xoogga xannibaadda ee uu soo saaro nidaamka wadista. Marka xoogga muruqu uu ka bato xoogga soo celinta ee gu'ga, gacanta dhaqaaqa, sida ku cad Jaantuska 9a, waxay bilaabataa inay dhaqaaqdo. Isla marka dhaqdhaqaaqa bilaabmo, gacanta dhaqaaqa waxay la kulantaa dareemaha, iyadoo abuuraysa xoog jidheed, sida ku cad Jaantuska 2c, d. Marka heerkulka ugu badan uu ku dhow yahay \(84\,^{\circ}\hbox {C}\), xoogga ugu badan ee la arkay waa 105 N.
Garaafku wuxuu muujinayaa natiijooyinka tijaabada ah ee heerkulka siligga SMA iyo xoogga uu sameeyay dhaqaajiyaha bimodal ee ku salaysan SMA inta lagu jiro laba wareeg. Danabka gelinta waxaa lagu dabaqaa laba wareeg oo 10 ilbiriqsi ah (oo lagu muujiyay dhibco cas) iyadoo 15 ilbiriqsi ay u dhaxayso wareeg kasta. Siligga SMA ee loo isticmaalay tijaabooyinka wuxuu ahaa silig Flexinol ah oo dhexroorkiisu yahay 0.51 mm oo ka yimid Dynalloy, Inc. (a) Garaafku wuxuu muujinayaa xoogga tijaabada ah ee laga helay laba wareeg, (c, d) wuxuu muujinayaa laba tusaale oo madax-bannaan oo ah ficilka dhaqaajiyeyaasha gacanta ee ku shaqeeya qalabka PACEline CFT/5kN ee piezoelectric, (b) garaafku wuxuu muujinayaa heerkulka ugu badan ee siligga SMA oo dhan inta lagu jiro waqtiga laba wareeg, (e) wuxuu muujinayaa sawir heerkul ah oo laga qaaday siligga SMA iyadoo la adeegsanayo kamaradda software-ka FLIR ResearchIR LWIR. Xuduudaha joomatari ee lagu xisaabtamay tijaabooyinka waxaa lagu bixiyay Shaxda koowaad.
Natiijooyinka jilitaanka ee qaabka xisaabta iyo natiijooyinka tijaabada waxaa lagu barbardhigay xaalad danab gelin ah oo 7V ah, sida ku cad Jaantuska 5. Sida laga soo xigtay natiijooyinka falanqaynta parametric iyo si looga fogaado suurtagalnimada in siligga SMA uu kululaado, awood 11.2 W ah ayaa la siiyay hawl-wadeenka. Sahay koronto oo DC ah oo la barnaamijin karo ayaa loo isticmaalay in lagu bixiyo 7V sida danabka gelinta, waxaana lagu cabiray hadda 1.6A oo ka gudubta siligga. Xoogga ay soo saarto darawalka iyo heerkulka SDR ayaa kordha marka hadda la isticmaalo. Iyadoo danab gelin ah oo 7V ah, xoogga wax soo saarka ugu badan ee laga helo natiijooyinka jilitaanka iyo natiijooyinka tijaabada ee wareegga koowaad waa 78 N iyo 96 N, siday u kala horreeyaan. Wareegga labaad, xoogga wax soo saarka ugu badan ee jilitaanka iyo natiijooyinka tijaabada wuxuu ahaa 150 N iyo 105 N, siday u kala horreeyaan. Kala duwanaanshaha u dhexeeya cabbiraadaha xoogga xidhitaanka iyo xogta tijaabada waxaa laga yaabaa inay sabab u tahay habka loo isticmaalo in lagu cabbiro xoogga xidhitaanka. Natiijooyinka tijaabada ah ee lagu muujiyay Jaantuska 5a waxay u dhigantaa cabbirka xoogga qufulka, kaas oo isna la cabbiray markii usha wadista ay la xiriirtay PACEline CFT/5kN piezoelectric force transducer, sida ku cad jaantuska 2aad. Sidaa darteed, marka usha wadista aysan la xiriirin dareemaha xoogga bilowga aagga qaboojinta, xooggu isla markiiba wuxuu noqdaa eber, sida ku cad Jaantuska 2d. Intaa waxaa dheer, xuduudaha kale ee saameeya sameynta xoogga wareegyada xiga waa qiimayaasha waqtiga qaboojinta iyo isku-dhafka wareejinta kulaylka convective ee wareeggii hore. Laga soo bilaabo Jaantuska 2b, waxaa la arki karaa in ka dib muddo qaboojin ah oo 15 ilbiriqsi ah, siligga SMA uusan gaarin heerkulka qolka sidaas darteedna uu lahaa heerkul bilow ah oo sarreeya (\(40\,^{\circ}\hbox {C}\)) wareegga wadista labaad marka la barbar dhigo wareegga koowaad (\(25\, ^{\circ}\hbox {C}\)). Sidaa darteed, marka la barbardhigo wareegga koowaad, heerkulka siligga SMA inta lagu jiro wareegga kuleylinta labaad wuxuu gaaraa heerkulka austenite ee bilowga ah (\(A_s\)) ka hor wuxuuna sii jiraa muddada kala-guurka muddo dheer, taasoo keenta walbahaar iyo xoog. Dhanka kale, qaybinta heerkulka inta lagu jiro wareegyada kuleylinta iyo qaboojinta ee laga helo tijaabooyinka iyo jilitaanku waxay leeyihiin isku mid tayo sare leh oo ka mid ah tusaalooyinka falanqaynta heerkulbeegga. Falanqaynta isbarbardhigga ee xogta kulaylka siligga SMA ee tijaabooyinka iyo jilitaanku waxay muujisay isku-dheelitirnaan inta lagu jiro wareegyada kuleylinta iyo qaboojinta iyo dulqaad la aqbali karo oo loogu talagalay xogta tijaabada. Heerkulka ugu badan ee siligga SMA, oo laga helay natiijooyinka jilitaan iyo tijaabooyinka wareegga koowaad, waa \(89\,^{\circ }\hbox {C}\) iyo \(75\,^{\circ }\hbox {C}\, siday u kala horreeyaan ), wareegga labaadna heerkulka ugu badan ee siligga SMA waa \(94\,^{\circ }\hbox {C}\) iyo \(83\,^{\circ }\hbox {C}\). Qaabka aasaasiga ah ee la sameeyay wuxuu xaqiijinayaa saameynta saameynta xusuusta qaabka. Doorka daalka iyo kulaylka laguma tixgelin dib u eegistan. Mustaqbalka, qaabka waa la hagaajin doonaa si loogu daro taariikhda walbahaarka ee siligga SMA, taasoo ka dhigaysa mid ku habboon codsiyada injineernimada. Xoogga wax soo saarka wadista iyo jaantusyada heerkulka SMA ee laga helay baloogga Simulink waxay ku jiraan dulqaadka la oggol yahay ee xogta tijaabada iyadoo la raacayo xaalad ah garaaca danab ee 7 V. Tani waxay xaqiijinaysaa saxnaanta iyo isku halaynta qaabka xisaabta ee la sameeyay.
Qaabka xisaabeed waxaa lagu sameeyay deegaanka MathWorks Simulink R2020b iyadoo la adeegsanayo isle'egyada aasaasiga ah ee lagu sharraxay qaybta Hababka. Sawirka 3b wuxuu muujinayaa jaantus baloog ah oo qaabka xisaabta Simulink ah. Qaabka waxaa loo jilay garaaca danabka gelinta 7V sida lagu muujiyey Sawirka 2a, b. Qiimaha xuduudaha loo isticmaalay jilitaanka waxaa lagu taxay Shaxda 1. Natiijooyinka jilitaanka hababka ku-meel-gaarka ah waxaa lagu soo bandhigay Jaantusyada 1 iyo 1. Jaantusyada 3a iyo 4. Sawirka 4a, b wuxuu muujinayaa danabka la kiciyay ee ku jira siligga SMA iyo xoogga uu kiciyuhu soo saaro iyadoo loo eegayo waqtiga. Inta lagu jiro isbeddelka rogaal celinta (kuleylka), marka heerkulka siligga SMA, \(T
(a) Natiijada jilitaanka oo muujinaysa qaybinta heerkulka iyo heerkulka isgoysyada ee uu keeno cadaadiska ee ku jira firfircoonaha divalerate-ka ku salaysan SMA. Marka heerkulka siliggu uu ka gudbo heerkulka kala-guurka austenite marxaladda kulaylinta, heerkulka kala-guurka austenite ee la beddelay wuxuu bilaabaa inuu kordho, sidoo kale, marka heerkulka usha siliggu uu ka gudbo heerkulka kala-guurka martensitic marxaladda qaboojinta, heerkulka kala-guurka martensitic wuu yaraadaa. SMA oo loogu talagalay qaabaynta falanqaynta ee habka kicinta. (Si aad u hesho aragti faahfaahsan oo ku saabsan nidaam kasta oo hoosaad ah oo ka mid ah qaabka Simulink, eeg qaybta lifaaqa ee faylka dheeraadka ah.)
Natiijooyinka falanqaynta qaybinta halbeegyada kala duwan waxaa lagu muujiyay laba wareeg oo danab gelinta 7V ah (10 ilbiriqsi oo wareegyo diirimaad ah iyo 15 ilbiriqsi oo wareegyo qaboojin ah). Halka (ac) iyo (e) ay muujinayaan qaybinta waqti ka dib, dhanka kale, (d) iyo (f) waxay muujinayaan qaybinta heerkulka. Xaaladaha gelinta ee u dhigma, cadaadiska ugu badan ee la arkay waa 106 MPa (ka yar 345 MPa, xoogga wax soo saarka siligga), xooggu waa 150 N, barakaca ugu badan waa 270 µm, iyo jajabka mugga ugu yar ee martensitic waa 0.91. Dhanka kale, isbeddelka cadaadiska iyo isbeddelka mugga qaybta martensite ee heerkulka leh waxay la mid yihiin astaamaha hysteresis.
Sharaxaadda isku mid ah ayaa khuseysa isbeddelka tooska ah (qaboojinta) laga bilaabo marxaladda austenite ilaa marxaladda martensite, halkaas oo heerkulka siligga SMA (T) iyo heerkulka dhammaadka ee wejiga martensite-ka ee wax laga beddelay (\(M_f^{\prime}\ )) uu aad u fiican yahay. Jaantuska 4d,f wuxuu muujinayaa isbeddelka cadaadiska la kiciyay (\(\sigma\)) iyo jajabka mugga ee martensite (\(\xi\)) ee siligga SMA iyadoo loo eegayo isbeddelka heerkulka siligga SMA (T), labada wareeg ee wadista. Jaantuska 3a wuxuu muujinayaa isbeddelka heerkulka siligga SMA waqti iyadoo ku xiran garaaca danabka la geliyo. Sida laga arki karo sawirka, heerkulka siligga ayaa sii kordhaya isagoo bixinaya ilo kulayl ah oo leh danab eber ah iyo qaboojinta convective ee xigta. Inta lagu jiro kuleylinta, dib-u-beddelka martensite ilaa wejiga austenite wuxuu bilaabmaa marka heerkulka siligga SMA (T) uu ka gudbo heerkulka austenite ee cadaadiska lagu saxay (\(A_s^{\prime}\)). Inta lagu jiro marxaladdan, siligga SMA waa la cadaadiyaa oo hawl-wadeenku wuxuu abuuraa xoog. Sidoo kale inta lagu jiro qaboojinta, marka heerkulka siligga SMA (T) uu ka gudbo heerkulka nucleation-ka ee wejiga martensite-ka ee cadaadiska lagu beddelay (\(M_s^{\prime}\)) waxaa jira kala-guur togan oo ka imanaya wejiga austenite una gudbaya wejiga martensite. Xoogga wadista ayaa hoos u dhacaya.
Dhinacyada tayada ugu muhiimsan ee wadista bimodal ee ku salaysan SMA waxaa laga heli karaa natiijooyinka jilitaanka. Haddii ay dhacdo in la geliyo garaaca danab, heerkulka siligga SMA wuu kordhaa sababtoo ah saameynta kuleylka Joule. Qiimaha bilowga ah ee jajabka mugga martensite (\(\xi\)) waxaa loo dejiyay 1, maadaama walaxdu ay markii hore ku jirto marxalad martensitic ah oo buuxda. Marka siligga uu sii kululaado, heerkulka siligga SMA wuxuu ka badan yahay heerkulka nucleation-ka austenite ee cadaadiska la saxay \(A_s^{\prime}\), taasoo keentay hoos u dhac ku yimaada jajabka mugga martensite, sida ku cad Jaantuska 4c. Intaa waxaa dheer, Jaantuska 4e wuxuu muujinayaa qaybinta istaroogyada dhaqdhaqaaqa waqtiga, iyo Jaantuska 5 - xoogga wadista iyadoo loo eegayo waqtiga. Nidaam la xiriira isle'egyada waxaa ka mid ah heerkulka, jajabka mugga martensite, iyo walbahaarka ka dhasha siligga, taasoo keenta yaraanta siligga SMA iyo xoogga uu soo saaro hawl-wadeenka. Sida ku cad Jaantuska 4d, f, isbeddelka danab ee heerkulka iyo kala duwanaanshaha jajabka mugga martensite oo leh heerkulku waxay u dhigmaan astaamaha hysteresis ee SMA ee kiiska la sawiray ee 7 V.
Isbarbardhigga xuduudaha wadista waxaa lagu helay tijaabooyin iyo xisaabin falanqayn ah. Fiilooyinka waxaa lagu sameeyay danab gelin garaacis ah oo ah 7 V muddo 10 ilbiriqsi ah, ka dibna waxaa la qaboojiyey 15 ilbiriqsi (marxaladda qaboojinta) laba wareeg. Xagasha pinnate waxaa loo dejiyay \(40^{\circ}\) dhererka bilowga ee siligga SMA ee lug kasta oo biin ah waxaa loo dejiyay 83mm. (a) Cabbirka xoogga wadista iyadoo la adeegsanayo unug culays (b) La socodka heerkulka siligga iyadoo la adeegsanayo kamarad infrared kuleyl ah.
Si loo fahmo saameynta xuduudaha jireed ee xoogga uu soo saaro darawalku, waxaa la sameeyay falanqayn ku saabsan xasaasiyadda qaabka xisaabeed ee xuduudaha jireed ee la doortay, xuduudahana waxaa lagu kala saaray iyadoo loo eegayo saameyntooda. Marka hore, muunadda cabbirrada moodeelka waxaa lagu sameeyay iyadoo la adeegsanayo mabaadi'da naqshadeynta tijaabada ah ee raacaysa qaybinta isku midka ah (fiiri Qaybta Dheeraadka ah ee Falanqaynta Xasaasiyadda). Xaaladdan, xuduudaha moodeelka waxaa ka mid ah danabka gelinta (\(V_{in}\)), dhererka siligga SMA ee bilowga ah (\(l_0\)), xagal saddex-xagal ah (\(\alpha\)), joogtada guga ee eexda (\(K_x\)), isku-dhafka wareejinta kulaylka ee isku-dhafka ah (\(h_T\)) iyo tirada laamaha unimodal (n). Tallaabada xigta, xoogga muruqa ugu sarreeya ayaa loo doortay shuruud naqshadayn daraasad ah waxaana la helay saamaynta parametric ee tiro kasta oo doorsoomayaal ah oo ku saabsan xoogga. Sawirro duufaan ah oo loogu talagalay falanqaynta xasaasiyadda waxaa laga soo qaatay isku-xidhka isku-xidhka ee halbeeg kasta, sida ku cad Jaantuska 6a.
(a) Qiimaha isku-xidhka ee xuduudaha moodeelka iyo saameyntooda xoogga wax-soo-saarka ugu badan ee 2500 kooxood oo gaar ah oo ka mid ah xuduudaha moodeelka kor ku xusan ayaa lagu muujiyay sawirka duufaanta. Garaafku wuxuu muujinayaa isku-xidhka darajada ee dhowr tilmaame. Waa iska cad in \(V_{in}\) uu yahay halbeegga kaliya ee leh isku-xidhka togan, \(l_0\)na uu yahay halbeegga leh isku-xidhka taban ee ugu sarreeya. Saamaynta xuduudaha kala duwan ee isku-darka kala duwan ee xoogga muruqa ugu sarreeya waxaa lagu muujiyay (b, c). \(K_x\) wuxuu u dhexeeyaa 400 ilaa 800 N/m iyo n wuxuu u dhexeeyaa 4 ilaa 24. Danabka (\(V_{in}\)) wuxuu ka beddelay 4V ilaa 10V, dhererka siligga (\(l_{0} \)) wuxuu ka beddelay 40 ilaa 100 mm, xagasha dabada (\(\alpha \)) wuu ka beddelay \ (20 - 60 \, ^ {\circ }\).
Jaantuska 6a wuxuu muujinayaa sawir duufaan ah oo isku-dhafan oo kala duwan oo loogu talagalay halbeeg kasta oo leh shuruudaha naqshadeynta xoogga wadista ugu sarreysa. Laga soo bilaabo Jaantuska 6a waxaa laga arki karaa in halbeegga danabku (\(V_{in}\)) uu si toos ah ula xiriiro xoogga wax soo saarka ugu badan, iyo isku-darka wareejinta kulaylka isku-dhafka ah (\(h_T\)), xagasha ololka (\(\alpha\)), joogtada gu'ga ee barokaca (\(K_x\)) si xun ayuu ula xiriiraa xoogga wax soo saarka iyo dhererka bilowga ah (\(l_0\)) ee siligga SMA, tirada laamaha unimodal (n) waxay muujinaysaa isku-xirnaan rogan oo xooggan Xaaladda isku-xirnaanta tooska ah Xaaladda qiimaha sare ee isku-xirnaanta danabku (\(V_ {in}\)) waxay tilmaamaysaa in halbeeggani uu leeyahay saameynta ugu weyn ee wax soo saarka korontada. Falanqayn kale oo la mid ah ayaa cabbirta xoogga ugu sarreeya iyadoo la qiimeynayo saameynta xuduudaha kala duwan ee isku-darka kala duwan ee labada meelood ee xisaabinta, sida ku cad Jaantuska 6b, c. \(V_{in}\) iyo \(l_0\), \(\alpha\) iyo \(l_0\) waxay leeyihiin qaabab isku mid ah, jaantuskuna wuxuu muujinayaa in \(V_{in}\) iyo \(\alpha\) iyo \(\alpha\) ay leeyihiin qaabab isku mid ah. Qiimaha yar ee \(l_0\) waxay keenaan xoog sare oo sare. Labada sawir ee kale waxay la jaan qaadayaan Jaantuska 6a, halkaas oo n iyo \(K_x\) ay si xun isugu xiran yihiin iyo \(V_{in}\) ay si togan isugu xiran yihiin. Falanqayntani waxay ka caawisaa qeexidda iyo hagaajinta xuduudaha saamaynta ee xoogga wax soo saarka, istaroogga iyo hufnaanta nidaamka wadista lagu waafajin karo shuruudaha iyo codsiga.
Shaqada cilmi-baarista ee hadda jirta waxay soo bandhigaysaa oo baareysaa darawallada kala sarreynta leh heerarka N. Qaab-dhismeed laba heer ah, sida ku cad Jaantuska 7a, halkaas oo halkii laga isticmaali lahaa silig kasta oo SMA ah oo ka mid ah dhaqaajiyaha heerka koowaad, waxaa la gaaray habayn laba-modal ah, sida ku cad Jaantuska 9e. Jaantuska 7c wuxuu muujinayaa sida siligga SMA loogu dhejiyo gacan dhaqaaqa (gacan kaaliye) oo kaliya u dhaqaaqda jihada dheer. Si kastaba ha ahaatee, gacanta dhaqaaqa ee aasaasiga ah waxay sii waddaa inay u dhaqaaqdo si la mid ah gacanta dhaqaaqa ee dhaqaajiyaha marxaladda 1aad ee marxaladaha badan leh. Caadiyan, darawal N-marxaladda ah waxaa la sameeyaa iyadoo lagu beddelayo siligga SMA marxaladda \(N-1\) darawal marxaladda koowaad ah. Natiijo ahaan, laan kasta waxay ku daydaa darawalka marxaladda koowaad, marka laga reebo laanta haysa siligga lafteeda. Sidan, qaab-dhismeedyada buulka leh ayaa la samayn karaa kuwaas oo abuura xoogagga dhowr jeer ka weyn xoogagga darawallada aasaasiga ah. Daraasaddan, heer kasta, dherer siligga SMA ee wax ku oolka ah oo dhan oo ah 1 m ayaa la tixgeliyey, sida ku cad qaabka shaxda ee Jaantuska 7d. Haraaga dhex mara silig kasta oo ku jira qaab kasta oo unimodal ah iyo cadaadiska ka dhasha cadaadiska iyo danabka ee qayb kasta oo silig ah oo SMA ah waa isku mid heer kasta. Sida laga soo xigtay qaab-dhismeedkayaga falanqaynta, xoogga wax soo saarka si togan ayaa ula xiriira heerka, halka barokaca uu si xun isugu xiran yahay. Isla mar ahaantaana, waxaa jiray is-weydaarsi u dhexeeya barakaca iyo xoogga muruqa. Sida lagu arkay Jaantuska 7b, halka xoogga ugu badan lagu gaaro tirada ugu badan ee lakabyada, barokaca ugu weyn waxaa lagu arkay lakabka ugu hooseeya. Markii heerka kala sarreynta loo dejiyay \(N=5\), waxaa la helay xoog muruqa ugu sarreeya oo ah 2.58 kN oo leh 2 istaroog oo la arkay \(\upmu\)m. Dhanka kale, wadista marxaladda koowaad waxay soo saartaa xoog ah 150 N oo ku socda istaroog ah 277 \(\upmu\)m. Dhaqaajiyayaal heer sare ah ayaa awood u leh inay ku daydaan muruqyada bayoolojiga dhabta ah, halkaas oo muruqyada macmalka ah ee ku salaysan qaababka xusuusta ay awoodaan inay soo saaraan awoodo aad u sarreeya oo leh dhaqdhaqaaqyo sax ah oo ka wanaagsan. Xaddidaadaha naqshaddan yar yar ayaa ah in marka kala sarreynta ay korodho, dhaqdhaqaaqa si weyn ayuu u yaraadaa oo kakanaanta habka wax soo saarka darawalka ayaa kordha.
(a) Nidaamka dhaqdhaqaaqa toosan ee qaab laba-geesoodka ah (\(N=2\)) ee qaab-dhismeedka lakabka ah (\(N=2\)) ayaa lagu muujiyay qaab-dhismeedka laba-geesoodka ah. Qaabka la soo jeediyay waxaa lagu gaarayaa iyadoo lagu beddelayo siligga SMA ee ku jira dhaqdhaqaaqaha lakabka ah ee marxaladda koowaad oo leh hawl-wadeen kale oo lakabka ah oo hal mar ah. (c) Qaabaynta qalloocan ee dhaqdhaqaaqaha lakabka badan leh ee marxaladda labaad. (b) Qaybinta xoogagga iyo barokaca iyadoo ku xiran tirada heerarka ayaa la sharraxay. Waxaa la ogaaday in xoogga ugu sarreeya ee dhaqdhaqaaqaha uu si togan ula xiriiro heerka miisaanka ee garaafka, halka istaroogga uu si xun ula xiriiro heerka miisaanka. Hadda iyo danabka hore ee silig kasta waxay sii ahaanayaan kuwo joogto ah dhammaan heerarka. (d) Shaxda waxay muujinaysaa tirada tuubooyinka iyo dhererka siligga SMA (fiber) ee heer kasta. Astaamaha fiilooyinka waxaa lagu tilmaamay tusmada 1, tirada laamaha labaad (mid ku xiran lugta koowaad) waxaa lagu tilmaamay tirada ugu badan ee ku jirta qoraalka hoose. Tusaale ahaan, heerka 5aad, \(n_1\) waxay tilmaamaysaa tirada fiilooyinka SMA ee ku jira qaab-dhismeed kasta oo bimodal ah, \(n_5\) waxay tilmaamaysaa tirada lugaha caawiya (mid ku xiran lugta ugu weyn).
Cilmi-baarayaal badan ayaa soo jeediyay habab kala duwan si ay u qaabeeyaan dhaqanka SMA-yada iyagoo adeegsanaya xusuusta qaabka, taas oo ku xiran sifooyinka heerkulbeegga ee la socda isbeddellada macroscopic ee qaab-dhismeedka kiristaalka ee la xiriira kala-guurka wejiga. Qaabaynta hababka aasaasiga ah waa mid si dabiici ah u adag. Qaabka ugu badan ee loo isticmaalo waxaa soo jeediyay Tanaka28 waxaana si weyn loogu isticmaalaa codsiyada injineernimada. Qaabka muuqaalka ee ay soo jeedisay Tanaka [28] wuxuu u maleynayaa in jajabka mugga ee martensite uu yahay shaqo heer sare ah oo heerkulka iyo walbahaarka ah. Markii dambe, Liang iyo Rogers29 iyo Brinson30 waxay soo jeediyeen qaab kaas oo dhaqdhaqaaqa kala-guurka wejiga loo qaatay inuu yahay shaqo cosine ah oo danab iyo heerkul ah, iyadoo wax laga beddelayo qaabka yar. Becker iyo Brinson waxay soo jeediyeen qaab kinetic ah oo ku salaysan jaantuska wejiga si loogu qaabeeyo dhaqanka walxaha SMA xaaladaha rarista ee aan kala sooca lahayn iyo sidoo kale kala-guurka qayb ahaan. Banerjee32 waxay isticmaashaa habka dhaqdhaqaaqa sawirka wejiga ee Bekker iyo Brinson31 si ay u matalaan hal heer oo ah manipulator xorriyad ah oo ay sameeyeen Elahinia iyo Ahmadian33. Hababka kinetic-ga ee ku salaysan jaantusyada wejiga, kuwaas oo tixgelinaya isbeddelka aan monotonic ahayn ee danabka iyo heerkulka, way adag tahay in lagu hirgeliyo codsiyada injineernimada. Elakhiria iyo Ahmadian waxay dareenka u soo jiidanayaan cilladahaan moodooyinka jira ee phenomenological waxayna soo jeedinayaan qaab phenomenological ah oo dheer si loo falanqeeyo loona qeexo dhaqanka xusuusta qaabka xaaladaha rarista ee adag.
Qaabka qaab-dhismeedka ee siligga SMA wuxuu bixiyaa cadaadis (\(\sigma\)), cadaadis (\(\epsilon\)), heerkulka (T), iyo jajabka mugga martensite (\(\xi\)) ee siligga SMA. Qaabka qaab-dhismeedka dabeecadda waxaa markii ugu horreysay soo jeediyay Tanaka28 ka dibna waxaa qaatay Liang29 iyo Brinson30. Kala-soocidda isla'egta waxay leedahay qaabka:
halkaas oo E uu yahay module-ka SMA Young ee ku tiirsan marxaladda ee laga helay iyadoo la adeegsanayo \(\displaystyle E=\xi E_M + (1-\xi )E_A\) iyo \(E_A\) iyo \(E_M\) oo matalaya module-ka Young waa marxalado austenitic iyo martensitic ah, siday u kala horreeyaan, isku-darka ballaarinta kulaylkana waxaa matalaya \(\theta _T\). Qodobka ka-qaybgalka marxaladda waa \(\Omega = -E \epsilon _L\) iyo \(\epsilon _L\) waa nooca ugu badan ee la soo celin karo ee fiilada SMA.
Isle'egta dhaqdhaqaaqa wejiga waxay la jaanqaadaysaa shaqada cosine-ka ee uu sameeyay Liang29 ka dibna uu qaatay Brinson30 halkii uu ka ahaan lahaa shaqada dheeraadka ah ee uu soo jeediyay Tanaka28. Qaabka kala-guurka wejiga waa fidinta qaabka ay soo jeediyeen Elakhinia iyo Ahmadian34 oo wax laga beddelay iyadoo lagu saleynayo xaaladaha kala-guurka wejiga ee ay bixiyeen Liang29 iyo Brinson30. Xaaladaha loo isticmaalo qaabkan kala-guurka wejiga waxay ansax yihiin marka la eego culeysyada heerkulka ee adag. Daqiiqad kasta oo waqti ah, qiimaha jajabka mugga ee martensite-ka ayaa la xisaabiyaa marka la sawirayo isla'egta aasaasiga ah.
Isleegga dib-u-beddelka xukuma, oo lagu muujiyey isbeddelka martensite ilaa austenite marka xaaladaha kuleylinta la eego, waa sida soo socota:
halkaas oo \(\xi\) uu yahay jajabka mugga ee martensite, \(\xi _M\) uu yahay jajabka mugga ee martensite la helay ka hor kuleylinta, \(\displaystyle a_A = \pi /(A_f – A_s)\), \( \displaystyle b_A = -a_A/C_A\) iyo \(C_A\) - xuduudaha qiyaasta qalooca, heerkulka siligga T - SMA, \(A_s\) iyo \(A_f\) - bilowga iyo dhammaadka marxaladda austenite, siday u kala horreeyaan, heerkulka.
Isle'egta xakamaynta isbeddelka tooska ah, oo ay matalayso isbeddelka wejiga ee austenite una beddelayo martensite xaaladaha qaboojinta, waa:
halkaas oo \(\xi _A\) uu yahay jajabka mugga ee martensite-ka la helay ka hor qaboojinta, \(\displaystyle a_M = \pi /(M_s – M_f)\), \(\displaystyle b_M = -a_M/C_M\) iyo \(C_M \) - xuduudaha ku habboon qalooca, heerkulka siligga T - SMA, \(M_s\) iyo \(M_f\) - heerkulka martensite-ka bilowga ah iyo kan ugu dambeeya, siday u kala horreeyaan.
Ka dib marka la kala saaro isle'egyada (3) iyo (4), isle'egyada isbeddelka tooska ah iyo kuwa rogan ayaa loo fududeeyay qaabkan soo socda:
Inta lagu jiro isbeddelka hore iyo gadaal \(\eta _{\sigma}\) iyo \(\eta _{T}\) waxay qaataan qiimayaal kala duwan. Isle'egyada aasaasiga ah ee la xiriira \(\eta _{\sigma}\) iyo \(\eta _{T}\) ayaa laga soo qaatay oo si faahfaahsan looga hadlay qayb dheeraad ah.
Tamarta kulaylka ee loo baahan yahay si kor loogu qaado heerkulka fiilada SMA waxay ka timaaddaa saameynta kuleylka Joule. Tamarta kulaylka ee ay nuugto ama sii deyso fiilada SMA waxaa matalaya kulaylka qarsoon ee isbeddelka. Lumitaanka kulaylka ee fiilada SMA waxaa sabab u ah isku-xidhka qasabka ah, marka la eego saameynta aan la dafiri karin ee shucaaca, isle'egta dheelitirka tamarta kulaylka waa sidan soo socota:
Halka \(m_{wire}\) uu yahay wadarta guud ee fiilada SMA, \(c_{p}\) uu yahay awoodda kulaylka gaarka ah ee SMA, \(V_{in}\) uu yahay danabka lagu dabaqay fiilada, \(R_{ohm} \ ) - iska caabinta ku tiirsan marxaladda SMA, oo lagu qeexay; \(R_{ohm} = (l/A_{cross})[\xi r_M + (1-\xi )r_A]\ ) halkaas oo \(r_M\ ) iyo \(r_A\) ay yihiin iska caabinta marxaladda SMA ee martensite iyo austenite, siday u kala horreeyaan, \(A_{c}\) waa aagga dusha sare ee fiilada SMA, \(\Delta H \) waa dahaarka xusuusta qaabka. Kulaylka qarsoon ee kala-guurka fiilada, T iyo \(T_{\infty}\) waa heerkulka fiilada SMA iyo deegaanka, siday u kala horreeyaan.
Marka silig qaabaysan oo xusuusta ah la hawlgeliyo, siliggu wuu isku cadaadiyaa, isagoo abuuraya xoog laan kasta oo ka mid ah naqshadda bimodal-ka oo loo yaqaan xoogga fiber-ka. Xoogga fiilooyinka ee ku jira xarig kasta oo ka mid ah siligga SMA ayaa wada abuura xoogga muruqa si uu u hawlgeliyo, sida ku cad Jaantuska 9e. Sababtoo ah joogitaanka guga eexaya, xoogga muruqa ee guud ee dhaqdhaqaaqaha lakabka badan ee Nth waa:
Iyada oo lagu beddelayo \(N = 1\) isle'egta (7), xoogga muruqa ee tusaalaha wadista bimodal-ka marxaladda koowaad waxaa lagu heli karaa sidan soo socota:
halkaas oo n uu yahay tirada lugaha unimodal, \(F_m\) uu yahay xoogga muruqa ee uu dhaliyo darawalku, \(F_f\) waa xoogga faybarka ee siligga SMA, \(K_x\) waa adkaanta eexda. guga, \(\alpha\) waa xagasha saddexagalka, \(x_0\) waa leexashada bilowga ah ee guga eexda si loo qabto fiilada SMA booska hore loo xiiray, iyo \(\Delta x\) waa safarka dhaqaajiyaha.
Wadarta guud ee barokaca ama dhaqdhaqaaqa darawalka (\(\Delta x\)) iyadoo ku xiran danabka (\(\sigma\)) iyo cadaadiska (\(\epsilon\)) ee ku yaal siligga SMA ee marxaladda N, darawalka waxaa loo dejiyay (fiiri Jaantuska. qayb dheeraad ah oo ka mid ah wax soo saarka):
Isle'egyada kinematic-ku waxay bixiyaan xiriirka ka dhexeeya isbeddelka wadista (\(\epsilon\)) iyo barokaca ama barokaca (\(\Delta x\)). Isbeddelka fiilada Arb iyadoo loo eegayo dhererka siligga Arb ee bilowga ah (\(l_0\)) iyo dhererka siligga (l) wakhti kasta t ee hal laan oo unimodal ah waa sida soo socota:
halkaas oo \(l = \sqrt{l_0^2 +(\Delta x_1)^2 – 2 l_0 (\Delta x_1) \cos \alpha _1}\) laga helo iyadoo la adeegsanayo qaacidada cosine ee \(\Delta\)ABB ', sida ku cad Jaantuska 8. Darawalka marxaladda koowaad (\(N = 1\)), \(\Delta x_1\) waa \(\Delta x\), iyo \(\alpha _1\) waa \(\alpha \) sida ku cad Jaantuska 8, iyadoo la kala saarayo waqtiga iyo Isla'egta (11) oo lagu beddelayo qiimaha l, heerka xiisadda waxaa loo qori karaa sidan:
halkaasoo \(l_0\) uu yahay dhererka bilowga ee siligga SMA, l waa dhererka siligga wakhti kasta t hal laan oo unimodal ah, \(\epsilon\) waa isbeddelka lagu sameeyay siligga SMA, iyo \(\alpha \) waa xagasha saddexagalka, \(\Delta x\) waa leexashada wadista (sida ku cad Jaantuska 8).
Dhammaan qaab-dhismeedka n-ka-sare ee hal-geeska ah (\(n=6\) ee jaantuskan) waxaa lagu xiray taxane ahaan iyadoo \(V_{in}\) ay tahay danabka gelinta. Marxaladda I: Jaantuska jaantuska ee siligga SMA ee qaab-dhismeedka bimodal ee xaaladaha eber danab Marxaladda II: Qaab-dhismeed la xakameeyey ayaa la tusayaa halka siligga SMA lagu cadaadiyo sababtoo ah beddelka rogan, sida ku cad xariiqda cas.
Sida caddaynta fikradda, darawal bimodal ah oo ku salaysan SMA ayaa la sameeyay si loo tijaabiyo soo saarista la sawiray ee isle'egyada hoose iyadoo la adeegsanayo natiijooyin tijaabo ah. Qaabka CAD ee dhaqaajiyaha toosan ee bimodal waxaa lagu muujiyay Jaantuska 9a. Dhanka kale, Jaantuska 9c wuxuu muujinayaa naqshad cusub oo loo soo jeediyay isku xirka wareegga ah iyadoo la adeegsanayo dhaqaajiye ku salaysan laba-diyaaradood oo SMA ah oo leh qaab-dhismeed bimodal ah. Qaybaha darawalka waxaa lagu sameeyay iyadoo la adeegsanayo wax soo saar dheeri ah oo ku yaal daabacaha 3D ee Ultimaker 3 Extended. Qalabka loo isticmaalo daabacaadda 3D ee qaybaha waa polycarbonate kaas oo ku habboon walxaha u adkaysta kulaylka maadaama uu yahay mid xooggan, waara oo leh heerkul sarreeya oo galaas ah (110-113 \(^{\circ }\) C). Intaa waxaa dheer, siligga dahaarka xusuusta qaabka Flexinol ayaa loo isticmaalay tijaabooyinka, sifooyinka agabka ee u dhigma siligga Flexinol ayaa loo isticmaalay jilitaanka. Fiilooyin badan oo SMA ah ayaa loo habeeyey sidii fiilooyin ku jira qaab-dhismeed laba-geesood ah oo muruqyo ah si loo helo xoogagga sare ee ay soo saaraan dhaqaajiyeyaasha lakabka badan leh, sida ku cad Jaantuska 9b, d.
Sida ku cad Jaantuska 9a, xagasha degdegga ah ee ay samaysay siligga gacanta ee SMA ee la dhaqaajin karo waxaa loo yaqaan xagasha (\(\alpha\)). Iyada oo qalabka terminal-ka lagu dhejiyo qalabka bidix iyo midig, siligga SMA waxaa lagu hayaa xagasha bimodal ee la rabo. Qalabka terminal-ka ee lagu hayo isku xirka gu'ga waxaa loogu talagalay inuu hagaajiyo kooxaha kala duwan ee terminal-ka ee la jaanqaadayo iyadoo loo eegayo tirada (n) ee fiilooyinka SMA. Intaa waxaa dheer, goobta qaybaha dhaqaaqaya waxaa loogu talagalay siligga SMA uu ugu soo baxo jawiga dibadda si loogu qaboojiyo isku-xidhka qasabka ah. Saxannada sare iyo kuwa hoose ee qalabka la kala saari karo waxay gacan ka geystaan in siligga SMA uu qaboobo iyadoo la jarayo qaybo dibadda ah oo loogu talagalay in lagu yareeyo miisaanka. Intaa waxaa dheer, labada daraf ee siligga CMA waxaa lagu dhejiyay terminal-yada bidix iyo midig, siday u kala horreeyaan, iyadoo loo marayo qalab crimp ah. Qalabka criminal-ka waxaa lagu dhejiyaa hal dhinac oo ka mid ah qalabka la dhaqaajin karo si loo ilaaliyo meel bannaan oo u dhaxaysa saxannada sare iyo kuwa hoose. Qalabka criminal-ka waxaa sidoo kale loo isticmaalaa in lagu mariyo xoog xannibaya dareemaha iyada oo loo marayo xiriir si loo cabbiro xoogga xannibaadda marka siligga SMA la dhaqaajiyo.
Qaab-dhismeedka muruqa bimodal-ka SMA waxaa si koronto ku xiran oo taxane ah waxaana ku shaqeeya danab garaaca wadnaha. Inta lagu jiro wareegga garaaca wadnaha ee danab-ka, marka danab la mariyo oo fiilada SMA-ka lagu kululeeyo heerkulka bilowga ah ee austenite-ka, dhererka fiilada ee xarig kasta waa la gaabiyaa. Dib-u-soo-noqoshadani waxay kicisaa isu-imaatinka gacanta dhaqaaqa. Markii danabku eber ku dhacay isla wareegga, fiilada SMA ee kululayd ayaa la qaboojiyey heerkulka dusha sare ee martensite-ka, taasoo ku soo noqotay booskeedii asalka ahaa. Xaaladaha eber ee walwalka, fiilada SMA marka hore si dadban ayaa loogu fidiyaa guga ee eexda si loo gaaro xaaladda martensitic-ga ee la kala saaray. Boorka, oo ay dhex marto fiilada SMA, wuxuu dhaqaaqaa sababtoo ah cadaadiska lagu sameeyay iyadoo la adeegsanayo garaaca danab siligga SMA (SPA waxay gaartaa marxaladda austenite), taasoo horseedda kicinta kabaalka dhaqaaqa. Marka fiilada SMA dib loo celiyo, guga ee eexda wuxuu abuuraa xoog ka soo horjeeda isagoo sii fidinaya guga. Marka walbahaarka danabka kicinta uu noqdo eber, siligga SMA wuu dheeraadaa oo qaabkiisa ayuu beddelaa sababtoo ah qaboojinta qasabka ah ee convection, isagoo gaaraya marxalad martensitic ah oo labanlaab ah.
Nidaamka dhaqdhaqaaqa toosan ee ku salaysan SMA ee la soo jeediyay wuxuu leeyahay habayn laba-geesood ah oo fiilooyinka SMA ay xagal u taagan yihiin. (a) wuxuu muujinayaa qaabka CAD ee tusaalaha, kaas oo sheegaya qaar ka mid ah qaybaha iyo macnahooda tusaalaha, (b, d) wuxuu matalaa tusaalaha tijaabada ee la sameeyay35. Iyadoo (b) uu muujinayo aragtida sare ee tusaalaha oo leh isku xirka korantada iyo ilo-biyoodka iyo cabbiraadaha cadaadiska ee la isticmaalay, (d) wuxuu muujinayaa aragtida aragtida ee dejinta. (e) Jaantuska nidaamka dhaqdhaqaaqa toosan oo leh fiilooyinka SMA oo la dhigay bimodal ahaan wakhti kasta t, oo muujinaya jihada iyo jihada xoogga faybarka iyo muruqa. (c) Xiriir 2-DOF wareeg ah ayaa la soo jeediyay si loo hawlgeliyo dhaqaajiye ku salaysan SMA oo laba-diyaar ah. Sida la muujiyay, xiriirku wuxuu gudbiyaa dhaqdhaqaaqa toosan laga bilaabo darawalka hoose ilaa gacanta sare, isagoo abuuraya xiriir wareeg ah. Dhanka kale, dhaqdhaqaaqa labada prism waa la mid ah dhaqdhaqaaqa darawalka marxaladda koowaad ee lakabka badan.
Daraasad tijaabo ah ayaa lagu sameeyay tusaalaha lagu muujiyay Jaantuska 9b si loo qiimeeyo waxqabadka darawal bimodal ah oo ku salaysan SMA. Sida lagu muujiyay Jaantuska 10a, dejinta tijaabada waxay ka koobnayd sahay koronto oo DC ah oo la barnaamijin karo si loogu siiyo danab gelinta fiilooyinka SMA. Sida lagu muujiyay Jaantuska 10b, cabirka cadaadiska piezoelectric (PACEline CFT/5kN) ayaa loo isticmaalay in lagu cabbiro xoogga xannibaadda iyadoo la adeegsanayo diiwaan-hayaha xogta Graphtec GL-2000. Xogta waxaa duubay martigeliyaha si loo sii wado daraasad dheeraad ah. Cabbiraadaha cadaadiska iyo amplifiers-ka dallacaadda waxay u baahan yihiin sahay koronto oo joogto ah si loo soo saaro calaamad danab. Calaamadaha u dhigma waxaa loo beddelaa wax soo saar koronto iyadoo loo eegayo xasaasiyadda dareemaha xoogga piezoelectric iyo xuduudaha kale sida lagu sharaxay Shaxda 2. Marka garaaca danabka la isticmaalo, heerkulka siligga SMA wuu kordhaa, taasoo keenta in siligga SMA uu cadaadiyo, taasoo keenta in hawl-wadeenku uu dhaliyo awood. Natiijooyinka tijaabada ah ee soo saarista xoogga muruqa iyadoo la adeegsanayo garaaca danabka gelinta ee 7 V waxaa lagu muujiyay Jaantuska 2a.
(a) Nidaam dhaqdhaqaaqe toosan oo ku salaysan SMA ayaa lagu sameeyay tijaabada si loo cabbiro xoogga uu soo saaro hawl-wadeenka. Unugga culaysku wuxuu cabbiraa xoogga xannibaadda waxaana ku shaqeeya koronto 24 V DC ah. Hoos u dhac danab oo 7 V ah ayaa lagu dabaqay dhererka fiilada oo dhan iyadoo la adeegsanayo sahay koronto oo DC ah oo GW Instek ah oo barnaamij laga samayn karo. Fiilada SMA way yaraataa kulaylka awgiis, gacanta dhaqaaqana waxay la xiriirtaa unugga culayska waxayna samaysaa xoog xannibaya. Unugga culaysku wuxuu ku xiran yahay diiwaan-hayaha xogta GL-2000 xogtana waxaa lagu kaydiyaa martida si loo sii farsameeyo. (b) Jaantuska muujinaya silsiladda qaybaha dejinta tijaabada ah ee lagu cabbirayo xoogga muruqa.
Daloolada xusuusta qaabaysan waxaa ku farxa tamarta kulaylka, sidaa darteed heerkulku wuxuu noqdaa halbeeg muhiim ah oo lagu baranayo ifafaalaha xusuusta qaabka. Tijaabo ahaan, sida ku cad Jaantuska 11a, cabbiraadaha sawir-qaadista kulaylka iyo heerkulka waxaa lagu sameeyay hawl-wadeen divalerate ah oo ku salaysan SMA. Il-barnaamij DC ah oo la barnaamijin karo ayaa danab gelin ah ku dabaqay fiilooyinka SMA ee ku jira dejinta tijaabada, sida ku cad Jaantuska 11b. Isbeddelka heerkulka ee siligga SMA waxaa lagu cabbiray waqtiga dhabta ah iyadoo la isticmaalayo kamarad LWIR oo xallin sare leh (FLIR A655sc). Marti-geliyaha wuxuu adeegsadaa barnaamijka ResearchIR si uu u duubo xogta si loo sii wado farsamaynta kadib. Marka garaaca danabka la isticmaalo, heerkulka siligga SMA wuu kordhaa, taasoo keenta in siligga SMA uu yaraado. Jaantuska 2b wuxuu muujinayaa natiijooyinka tijaabada ah ee heerkulka siligga SMA marka loo eego waqtiga garaaca danabka gelinta 7V.
Waqtiga boostada: Sebteembar-28-2022
