Kea leboha ha le etetse Nature.com. Mofuta wa sebatli seo o se sebedisang o na le tshehetso e fokolang ya CSS. Bakeng sa boiphihlelo bo botle ka ho fetisisa, re kgothaletsa hore o sebedise sebatli se ntjhafaditsweng (kapa o tima Mokgwa wa ho Kopana ho Internet Explorer). Ho sa le jwalo, ho netefatsa tshehetso e tswelang pele, re tla etsa sebaka sena sa marang-rang ntle le mekgwa le JavaScript.
Li-actuator li sebelisoa hohle 'me li etsa motsamao o laoloang ka ho sebelisa matla a nepahetseng a ho hlohlelletsa kapa torque ho etsa mesebetsi e fapaneng tlhahisong le boiketsetso ba indasteri. Tlhokahalo ea li-drive tse potlakileng, tse nyane le tse sebetsang hantle ke ho khanna boqapi moralong oa li-drive. Li-drive tsa Shape Memory Alloy (SMA) li fana ka melemo e mengata ho feta li-drive tse tloaelehileng, ho kenyeletsoa karolelano e phahameng ea matla-ho-boima. Thutong ena, actuator e thehiloeng ho SMA e nang le masiba a mabeli e ile ea ntlafatsoa e kopanyang melemo ea mesifa e nang le masiba ea litsamaiso tsa baeloji le thepa e ikhethang ea li-SMA. Phuputso ena e hlahloba le ho atolosa li-actuator tsa SMA tsa pejana ka ho nts'etsapele mohlala oa lipalo oa actuator e ncha e thehiloeng tokisetsong ea terata ea bimodal SMA le ho e leka ka liteko. Ha e bapisoa le li-drive tse tsejoang tse thehiloeng ho SMA, matla a actuation a drive e ncha a phahame bonyane ka makhetlo a 5 (ho fihlela ho 150 N). Tahlehelo ea boima e tsamaellanang e ka ba 67%. Liphetho tsa tlhahlobo ea kutloisiso ea mehlala ea lipalo li na le thuso bakeng sa ho lokisa liparamente tsa moralo le ho utloisisa liparamente tsa bohlokoa. Thuto ena e hlahisa hape drive ea maemo a mangata ea Nth e ka sebelisoang ho ntlafatsa matla a ho sebetsa. Li-actuator tsa mesifa ea dipvalerate tse thehiloeng ho SMA li na le mefuta e mengata ea lits'ebetso, ho tloha ho othomathike ea kaho ho isa litsamaisong tse nepahetseng tsa ho fana ka meriana.
Mekhoa ea baeloji, joalo ka meaho ea mesifa ea liphoofolo tse anyesang, e ka kenya tšebetsong li-actuator tse ngata tse poteletseng1. Liphoofolo tse anyesang li na le meaho e fapaneng ea mesifa, e 'ngoe le e 'ngoe e sebeletsa morero o itseng. Leha ho le joalo, boholo ba sebopeho sa lisele tsa mesifa ea liphoofolo tse anyesang li ka aroloa ka lihlopha tse peli tse pharaletseng. E bapileng le e pennate. Ka har'a li-hamstring le li-flexor tse ling, joalo ka ha lebitso le bontša, mesifa e bapileng e na le likhoele tsa mesifa tse bapileng le tendon e bohareng. Ketane ea likhoele tsa mesifa e kolokiloe 'me e hokahantsoe ka mokhoa o sebetsang ke lisele tse hokahaneng tse li potileng. Leha ho thoe mesifa ena e na le leeto le leholo (phesente ea khutsufatso), matla a eona a mesifa ka kakaretso a lekanyelitsoe haholo. Ka lehlakoreng le leng, ka har'a mesifa ea triceps ea calf2 (lateral gastrocnemius (GL)3, medial gastrocnemius (GM)4 le soleus (SOL)) le extensor femoris (quadriceps)5,6 lisele tsa mesifa tse pennate li fumanoa ka har'a mesifa ka 'ngoe7. Ka har'a sebopeho sa pinnate, likhoele tsa mesifa ka har'a mesifa ea bipennate li teng mahlakoreng ka bobeli a tendon e bohareng ka likhutlo tse oblique (likhutlo tse pinnate). Pennate e tsoa lentsoeng la Selatine "penna", le bolelang "pene", 'me, joalo ka ha ho bontšitsoe setšoantšong sa 1, e na le ponahalo e kang ea masiba. Likhoele tsa mesifa ea penate li khuts'oane ebile li sekametse ho ea ho axis e telele ea mesifa. Ka lebaka la sebopeho sa pinnate, ho tsamaea ka kakaretso ha mesifa ena hoa fokotseha, e leng se lebisang likarolong tse tšekaletseng le tse telele tsa ts'ebetso ea ho khutsufatsa. Ka lehlakoreng le leng, ho kenngoa tšebetsong ha mesifa ena ho lebisa matla a phahameng a mesifa ka kakaretso ka lebaka la tsela eo sebaka sa 'mele se tšekaletseng se lekanngoang ka eona. Ka hona, bakeng sa sebaka se fanoeng sa karolo e tšekaletseng, mesifa ea penate e tla ba matla 'me e tla hlahisa matla a phahameng ho feta mesifa e nang le likhoele tse bapileng. Matla a hlahisoang ke likhoele ka bomong a hlahisa matla a mesifa boemong ba macroscopic liseleng tseo tsa mesifa. Ho feta moo, e na le thepa e ikhethang joalo ka ho fokotseha ka potlako, tšireletso khahlanong le tšenyo ea ho tsikinyeha, ho khomarela. E fetola kamano pakeng tsa ho kenngoa ha faeba le tlhahiso ea matla a mesifa ka ho sebelisa likarolo tse ikhethang le ho rarahana ha geometri ea tokisetso ea faeba e amanang le mela ea ketso ea mesifa.
Ho bontšitsoe litšoantšo tsa moralo oa li-actuator tse thehiloeng ho SMA tse teng mabapi le meralo ea mesifa ea bimodal, mohlala (a), e emelang tšebelisano ea matla a amang ao sesebelisoa se bōpehileng joaloka letsoho se susumetsoang ke lithapo tsa SMA se kenngoeng ho roboto e tsamaeang e ikemetseng ea mabili a mabeli9,10. , (b) Prothese ea orbital ea robotic e nang le prothese ea orbital e behiloeng ka mokhoa o hanyetsanang ea SMA e jereng selemo. Sebaka sa leihlo la prothese se laoloa ke lets'oao le tsoang mesifa ea mahlo ea leihlo11, (c) Li-actuator tsa SMA li loketse lits'ebetso tsa ka tlas'a metsi ka lebaka la karabelo ea tsona ea maqhubu a phahameng le bandwidth e tlase. Sebopehong sena, di-actuator tsa SMA di sebediswa ho etsa motsamao wa maqhubu ka ho etsisa motsamao wa ditlhapi, (d) Di-actuator tsa SMA di sebediswa ho etsa roboto ya tlhahlobo ya phaephe e nyane e ka sebedisang molaomotheo wa motsamao wa seboko sa inch, e laolwang ke motsamao wa dithapo tsa SMA kahare ho kanale ya 10, (e) e bontsha tataiso ya difaeba tsa mesifa e honyelang le ho hlahisa matla a ho honyela ka hara dinama tsa gastrocnemius, (f) e bontsha dithapo tsa SMA tse hlophisitsweng ka mokgwa wa difaeba tsa mesifa ka hara sebopeho sa mesifa e penate.
Li-actuator li fetohile karolo ea bohlokoa ea litsamaiso tsa mechini ka lebaka la mefuta e mengata ea lits'ebetso tsa tsona. Ka hona, tlhoko ea li-drive tse nyane, tse potlakileng le tse sebetsang hantle e ba ea bohlokoa. Ho sa tsotellehe melemo ea tsona, li-drive tsa setso li ipakile li bitsa chelete e ngata ebile li nka nako ho li hlokomela. Li-actuator tsa hydraulic le pneumatic li rarahane ebile li theko e boima 'me li ka tsofala, mathata a ho tlotsa le ho hloleha ha likarolo. Ho arabela tlhoko, sepheo se ho nts'etsapele li-actuator tse theko e tlaase, tse ntlafalitsoeng ka boholo le tse tsoetseng pele tse thehiloeng ho thepa e bohlale. Phuputso e tsoelang pele e sheba li-actuator tse nang le mekhahlelo ea memori ea sebopeho (SMA) ho fihlela tlhoko ena. Li-actuator tsa hierarchical li ikhetha ka hore li kopanya li-actuator tse ngata tse arohaneng ho li-subsystem tse rarahaneng tsa macro scale ho fana ka ts'ebetso e eketsehileng le e atolositsoeng. Ntlheng ena, lisele tsa mesifa ea motho tse hlalositsoeng kaholimo li fana ka mohlala o motle oa mekhahlelo e mengata oa ts'ebetso e joalo ea mekhahlelo e mengata. Phuputso ea hajoale e hlalosa drive ea SMA ea maemo a mangata e nang le likarolo tse 'maloa tsa drive (lithapo tsa SMA) tse tsamaellanang le tataiso ea fiber e teng mesifa ea bimodal, e ntlafatsang ts'ebetso ea drive ka kakaretso.
Morero o ka sehloohong oa actuator ke ho hlahisa tlhahiso ea matla a mechini joalo ka matla le ho falla ka ho fetola matla a motlakase. Li-alloy tsa memori ea sebopeho ke sehlopha sa thepa e "bohlale" e ka tsosolosang sebopeho sa eona mochesong o phahameng. Tlas'a meroalo e phahameng, keketseho ea mocheso oa terata ea SMA e lebisa ho tsosolosoeng ha sebopeho, e leng se fellang ka bongata bo phahameng ba matla a actuation ha bo bapisoa le lisebelisoa tse fapaneng tse bohlale tse kopantsoeng ka ho toba. Ka nako e ts'oanang, tlas'a meroalo ea mechini, li-SMA lia brittle. Tlas'a maemo a itseng, mojaro oa potoloho o ka monya le ho lokolla matla a mechini, o bonts'a liphetoho tse ka fetoloang tsa sebopeho sa hysteretic. Thepa ena e ikhethang e etsa hore SMA e be e loketseng li-sensor, vibration damping le haholo-holo li-actuator12. Ka sena kelellong, ho bile le lipatlisiso tse ngata mabapi le li-drive tse thehiloeng ho SMA. Ho lokela ho hlokomeloa hore li-actuator tse thehiloeng ho SMA li etselitsoe ho fana ka motsamao oa phetolelo le oa rotary bakeng sa mefuta e fapaneng ea lits'ebetso13,14,15. Le hoja li-actuator tse ling tse potolohang li ntlafalitsoe, bafuputsi ba thahasella haholo li-actuator tse otlolohileng. Li-actuator tsena tse otlolohileng li ka aroloa ka mefuta e meraro ea li-actuator: li-actuator tse nang le lehlakore le le leng, li-displacement le li-differential 16. Qalong, di-drive tse kopaneng di ile tsa etswa mmoho le SMA le di-drive tse ding tse tlwaelehileng. Mohlala o mong o jwalo wa actuator e otlolohileng e kopaneng e thehilweng ho SMA ke tshebediso ya terata ya SMA e nang le enjene ya DC ho fana ka matla a tlhahiso a ka bang 100 N le ho falla ha bohlokwa17.
E 'ngoe ea lintlafatso tsa pele ho li-drive tse thehiloeng ka botlalo ho SMA e bile SMA parallel drive. Ka ho sebelisa lithapo tse ngata tsa SMA, SMA-based parallel drive e etselitsoe ho eketsa bokhoni ba matla ba drive ka ho beha lithapo tsohle tsa SMA18 ka ho lekana. Khokahano e tšoanang ea li-actuator ha e hloke feela matla a mangata, empa hape e fokotsa matla a tlhahiso ea terata e le 'ngoe. Bothata bo bong ba li-actuator tse thehiloeng ho SMA ke leeto le fokolang leo li ka le finyellang. Ho rarolla bothata bona, ho ile ha etsoa lebone la cable la SMA le nang le lebone le tenyetsehang le khelohileng ho eketsa ho falla le ho fihlella motsamao o otlolohileng, empa ha lea ka la hlahisa matla a phahameng19. Meaho e bonolo e feto-fetohang le masela bakeng sa liroboto tse thehiloeng ho li-alloy tsa memori ea sebopeho li ntlafalitsoe haholo-holo bakeng sa ho eketsa tšusumetso20,21,22. Bakeng sa lits'ebetso moo ho hlokahalang lebelo le phahameng, lipompo tse tsamaisoang ka compact li tlalehiloe ka ho sebelisa li-SMA tse tšesaane tsa filimi bakeng sa lits'ebetso tse tsamaisoang ke micropump23. Maqhubu a ho khanna a lera la filimi e tšesaane ea SMA ke ntlha ea bohlokoa ho laoleng lebelo la mokhanni. Ka hona, li-motor tse otlolohileng tsa SMA li na le karabelo e matla e betere ho feta li-motor tsa selemo kapa tsa rod tsa SMA. Liroboto tse bonolo le theknoloji ea ho tšoara ke lits'ebetso tse ling tse peli tse sebelisang li-actuator tse thehiloeng ho SMA. Mohlala, ho nkela sebaka sa actuator e tloaelehileng e sebelisitsoeng ho 25 N space clamp, ho ile ha qaptjoa actuator e tšoanang ea 24 ea sebopeho sa mohopolo. Tabeng e 'ngoe, actuator e bonolo ea SMA e entsoe ho latela terata e nang le matrix e kentsoeng e khonang ho hlahisa matla a ho hula a phahameng ka ho fetisisa a 30 N. Ka lebaka la thepa ea tsona ea mechini, li-SMA li boetse li sebelisoa ho hlahisa li-actuator tse etsisang liketsahalo tsa baeloji. Nts'etsopele e 'ngoe e joalo e kenyelletsa roboto ea lisele tse 12 e leng biomimetic ea sebōpuoa se kang seboko sa lefats'e se nang le SMA ho hlahisa motsamao oa sinusoidal ho thunya26,27.
Jwalo ka ha ho boletswe pejana, ho na le moedi wa matla a hodimo a ka fumanwang ho di-actuator tse teng tse thehilweng ho SMA. Ho rarolla bothata bona, phuputso ena e hlahisa sebopeho sa mesifa ya bimodal ya biomimetic. E kgannwa ke terata ya alloy ya memori ya sebopeho. E fana ka sistimi ya ho arola e kenyeletsang dithapo tse mmalwa tsa alloy ya memori ya sebopeho. Ho fihlela jwale, ha ho di-actuator tse thehilweng ho SMA tse nang le meralo e tshwanang tse tlalehilweng dingolweng. Sistimi ena e ikgethang le e ntjha e thehilweng ho SMA e ntshetsitswe pele ho ithuta boitshwaro ba SMA nakong ya ho hokahanya mesifa ya bimodal. Ha ho bapiswa le di-actuator tse teng tse thehilweng ho SMA, sepheo sa phuputso ena e ne e le ho theha actuator ya dipvalerate ya biomimetic ho hlahisa matla a phahameng haholo ka bongata bo bonyenyane. Ha ho bapiswa le di-drive tse tlwaelehileng tse khannwang ke motor ya stepper tse sebediswang ho HVAC building automation le disistimi tsa taolo, moralo wa bimodal drive o sisintsweng ho SMA o fokotsa boima ba mokgwa wa ho kganna ka 67%. Tse latelang, mantswe "mesifa" le "drive" a sebediswa ka ho fapanyetsana. Phuputso ena e batlisisa ketsiso ya multiphysics ya drive e jwalo. Boitshwaro ba mechine ba disistimi tse jwalo bo ithutilwe ka mekgwa ya diteko le ya tlhahlobo. Kabo ea matla le mocheso li ile tsa hlahlojoa hape ka motlakase oa ho kenya oa 7 V. Ka mor'a moo, tlhahlobo ea parametric e ile ea etsoa ho utloisisa hamolemo kamano pakeng tsa liparamente tsa bohlokoa le matla a tlhahiso. Qetellong, li-actuator tsa hierarchical li se li nahanoa 'me liphello tsa boemo ba hierarchical li 'nile tsa sisinngoa e le sebaka se ka bang teng nakong e tlang bakeng sa li-actuator tse seng tsa makenete bakeng sa lits'ebetso tsa maiketsetso. Ho ea ka liphetho tsa lithuto tse boletsoeng ka holimo, tšebeliso ea moralo oa mohato o le mong e hlahisa matla bonyane makhetlo a mane ho isa ho a mahlano ho feta li-actuator tse tlalehiloeng tse thehiloeng ho SMA. Ho phaella moo, matla a tšoanang a drive a hlahisoang ke drive ea maemo a mangata a multi-level a bontšitsoe a feta makhetlo a leshome a li-drive tse tloaelehileng tse thehiloeng ho SMA. Phuputso e tlalehile liparamente tsa bohlokoa ka ho sebelisa tlhahlobo ea kutlo pakeng tsa meralo e fapaneng le liphetoho tsa ho kenya. Bolelele ba pele ba terata ea SMA (\(l_0\)), angle ea pinnate (\(\alpha\)) le palo ea likhoele tse le 'ngoe (n) khoeleng ka 'ngoe li na le phello e mpe e matla boholong ba matla a ho khanna. matla, ha motlakase oa ho kenya (matla) o ile oa ipaka o amana hantle.
Terata ea SMA e bontša phello ea memori ea sebopeho (SME) e bonoang lelapeng la li-alloy tsa nickel-titanium (Ni-Ti). Ka tloaelo, li-SMA li bontša mekhahlelo e 'meli e itšetlehileng ka mocheso: mohato oa mocheso o tlase le mohato oa mocheso o phahameng. Mekhahlelo ka bobeli e na le thepa e ikhethang ka lebaka la boteng ba meaho e fapaneng ea kristale. Mokhahlelong oa austenite (mokhahlelo oa mocheso o phahameng) o teng ka holim'a mocheso oa phetoho, thepa e bontša matla a phahameng 'me ha e na sebopeho se setle tlas'a mojaro. Motsoako o sebetsa joaloka tšepe e sa hloekang, kahoo e khona ho mamella likhatello tse phahameng tsa ts'ebetso. E sebelisa thepa ena ea li-alloy tsa Ni-Ti, lithapo tsa SMA li sekame ho etsa actuator. Mehlala e nepahetseng ea tlhahlobo e ntlafalitsoe ho utloisisa mekhoa ea motheo ea boitšoaro ba mocheso ba SMA tlas'a tšusumetso ea liparamente tse fapaneng le li-geometri tse fapaneng. Ho fumanoe tumellano e ntle pakeng tsa liphetho tsa liteko le tsa tlhahlobo.
Phuputso ea liteko e entsoe holim'a mohlala o bontšitsoeng ho Setšoantšo sa 9a ho lekola ts'ebetso ea drive ea bimodal e thehiloeng ho SMA. Tse peli tsa litšobotsi tsena, matla a hlahisoang ke drive (matla a mesifa) le mocheso oa terata ea SMA (mocheso oa SMA), li lekantsoe ka teko. Ha phapang ea motlakase e ntse e eketseha bolelele bohle ba terata ka har'a drive, mocheso oa terata oa eketseha ka lebaka la phello ea ho futhumatsa ea Joule. Voltage ea ho kenya e sebelisitsoe lipotolohong tse peli tsa 10-s (tse bontšitsoeng e le matheba a khubelu ho Setšoantšo sa 2a, b) ka nako ea ho pholisa ea 15-s pakeng tsa potoloho ka 'ngoe. Matla a ho thibela a lekantsoe ho sebelisoa gauge ea khatello ea piezoelectric, 'me kabo ea mocheso oa terata ea SMA e ile ea beoa leihlo ka nako ea sebele ho sebelisoa khamera ea LWIR ea boleng bo holimo ea saense (sheba litšobotsi tsa lisebelisoa tse sebelisitsoeng ho Tafole ea 2). e bontša hore nakong ea mohato oa motlakase o phahameng, mocheso oa terata o eketseha ka mokhoa o le mong, empa ha ho se na motlakase o phallang, mocheso oa terata o tsoela pele ho theoha. Tekong ea hona joale ea liteko, mocheso oa terata ea SMA o theohile nakong ea mohato oa ho pholisa, empa o ne o ntse o le kaholimo ho mocheso o potolohileng. Setšoantšong sa 2e ho bontšoa setšoantšo sa mocheso terata ea SMA e nkiloeng khamera ea LWIR. Ka lehlakoreng le leng, setšoantšong sa 2a ho bontšoa matla a thibelang a hlahisoang ke sistimi ea ho khanna. Ha matla a mesifa a feta matla a ho tsosolosa a selemo, letsoho le tsamaeang, joalo ka ha ho bontšitsoe Setšoantšong sa 9a, le qala ho tsamaea. Hang ha ts'ebetso e qala, letsoho le tsamaeang le kopana le sensor, e leng se etsang matla a 'mele, joalo ka ha ho bontšitsoe setšoantšong sa 2c, d. Ha mocheso o phahameng ka ho fetisisa o le haufi le \(84\,^{\circ}\hbox {C}\), matla a phahameng ka ho fetisisa a bonoang ke 105 N.
Grafe e bonts'a liphetho tsa liteko tsa mocheso oa terata ea SMA le matla a hlahisoang ke actuator ea bimodal e thehiloeng ho SMA nakong ea lipotoloho tse peli. Voltage ea ho kenya e sebelisoa lipotolohong tse peli tsa metsotsoana e 10 (tse bontšitsoeng e le matheba a khubelu) ka nako ea ho phola metsotsoana e 15 pakeng tsa potoloho ka 'ngoe. Terata ea SMA e sebelisitsoeng bakeng sa liteko e ne e le terata ea Flexinol ea bophara ba 0.51 mm ho tsoa ho Dynalloy, Inc. (a) Grafe e bonts'a matla a liteko a fumanoeng lipotolohong tse peli, (c, d) e bonts'a mehlala e 'meli e ikemetseng ea ketso ea li-actuator tsa letsoho tse tsamaeang ho transducer ea matla a piezoelectric ea PACEline CFT/5kN, (b) grafe e bonts'a mocheso o phahameng ka ho fetisisa oa terata eohle ea SMA nakong ea lipotoloho tse peli, (e) e bonts'a setšoantšo sa mocheso se nkiloeng ho terata ea SMA ho sebelisoa khamera ea software ea FLIR ResearchIR LWIR. Litekanyetso tsa jeometri tse nahannoeng litekong li fanoe ho Tafole ea pele.
Liphetho tsa ketsiso tsa mohlala oa lipalo le liphetho tsa liteko li bapisoa tlas'a boemo ba motlakase oa ho kenya oa 7V, joalo ka ha ho bontšitsoe ho Setšoantšo sa 5. Ho ea ka liphetho tsa tlhahlobo ea parametric le ho qoba monyetla oa ho chesa haholo terata ea SMA, matla a 11.2 W a ile a fuoa actuator. Phepelo ea motlakase ea DC e ka hlophisoang e sebelisitsoe ho fana ka 7V e le motlakase oa ho kenya, 'me motlakase oa 1.6A o ile oa lekanngoa ho pholletsa le terata. Matla a hlahisoang ke drive le mocheso oa SDR lia eketseha ha motlakase o sebelisoa. Ka motlakase oa ho kenya oa 7V, matla a phahameng a tlhahiso a fumanoeng liphethong tsa ketsiso le liphethong tsa liteko tsa potoloho ea pele ke 78 N le 96 N, ka ho latellana. Potolohong ea bobeli, matla a phahameng a tlhahiso a ketsiso le liphetho tsa liteko e ne e le 150 N le 105 N, ka ho latellana. Phapang pakeng tsa litekanyo tsa matla a ho koala le data ea liteko e ka bakoa ke mokhoa o sebelisitsoeng ho lekanya matla a ho koala. Liphetho tsa liteko tse bontšitsoeng ho Setšoantšo sa. 5a e tsamaellana le tekanyo ea matla a ho notlela, ao ka lehlakoreng le leng a ileng a lekanngoa ha shaft ea drive e ne e kopana le transducer ea matla a piezoelectric ea PACEline CFT/5kN, joalo ka ha ho bontšitsoe setšoantšong sa 2s. Ka hona, ha shaft ea drive e sa kopane le sensor ea matla qalong ea sebaka sa ho pholisa, matla a fetoha lefela hang-hang, joalo ka ha ho bontšitsoe setšoantšong sa 2d. Ho phaella moo, liparamente tse ling tse amang ho thehoa ha matla lipotolohong tse latelang ke boleng ba nako ea ho pholisa le coefficient ea phetisetso ea mocheso o feto-fetohang potolohong e fetileng. Ho tsoa setšoantšong sa 2b, ho ka bonoa hore kamora nako ea ho pholisa ea metsotsoana e 15, terata ea SMA ha ea ka ea fihla mochesong oa kamore 'me ka hona e ne e e-na le mocheso o phahameng oa pele (\(40\,^{\circ }\hbox {C}\)) potolohong ea bobeli ea ho khanna ha e bapisoa le potolohong ea pele (\(25\, ^{\circ}\hbox {C}\)). Kahoo, ha ho bapisoa le potoloho ea pele, mocheso oa terata ea SMA nakong ea potoloho ea bobeli ea ho futhumatsa o fihla mochesong oa pele oa austenite (\(A_s\)) pejana 'me o lula nakong ea phetoho nako e telele, e leng se fellang ka khatello le matla. Ka lehlakoreng le leng, likabo tsa mocheso nakong ea potoloho ea ho futhumatsa le ho pholisa tse fumanoeng litekong le li-simulation li na le ho tšoana ho phahameng le mehlala e tsoang tlhahlobong ea thermographic. Tlhahlobo ea papiso ea data ea mocheso oa terata ea SMA ho tsoa litekong le li-simulation e bontšitse ho tsitsa nakong ea potoloho ea ho futhumatsa le ho pholisa le ka har'a mamello e amohelehang bakeng sa data ea liteko. Mocheso o phahameng ka ho fetisisa oa terata ea SMA, o fumanoeng liphethong tsa ketsiso le liteko tsa potoloho ea pele, ke \(89\,^{\circ }\hbox {C}\) le \(75\,^{\circ }\hbox {C }\, ka ho latellana ), 'me potolohong ea bobeli mocheso o phahameng ka ho fetisisa oa terata ea SMA ke \(94\,^{\circ }\hbox {C}\) le \(83\,^{\circ }\hbox {C}\). Mohlala o ntlafaditsweng ka botlalo o tiisa phello ya phello ya memori ya sebopeho. Karolo ya mokhathala le ho chesa haholo ha e a ka ya nahannwa tlhahlobong ena. Nakong e tlang, mohlala o tla ntlafatswa ho kenyeletsa nalane ya kgatello ya terata ya SMA, e leng se etsang hore e be e loketseng haholo bakeng sa ditshebediso tsa boenjiniere. Matla a tlhahiso ya drive le dipolane tsa mocheso wa SMA tse fumanweng ho tswa ho boloko ba Simulink di ka hara mamello e dumelletsweng ya data ya teko tlasa boemo ba pulse ya motlakase wa ho kenya ya 7 V. Sena se tiisa ho nepahala le ho tshepahala ha mohlala wa dipalo o ntlafaditsweng.
Mohlala oa lipalo o ntlafalitsoe tikolohong ea MathWorks Simulink R2020b ho sebelisoa li-equation tsa motheo tse hlalositsoeng karolong ea Mekhoa. Setšoantšong sa 3b ho bontšoa setšoantšo sa boloko sa mohlala oa lipalo oa Simulink. Mohlala o entsoe bakeng sa pulse ea motlakase oa ho kenya oa 7V joalo ka ha ho bontšitsoe ho Setšoantšong sa 2a, b. Boleng ba liparamente tse sebelisitsoeng ho ketsiso bo thathamisitsoe ho Tafole ea 1. Liphetho tsa ketsiso ea lits'ebetso tsa nakoana li hlahisoa ho Setšoantšo sa 1 le sa 1. Setšoantšong sa 3a le sa 4. Setšoantšong sa 4a, b ho bontšoa motlakase o susumelitsoeng terata ea SMA le matla a hlahisoang ke actuator e le mosebetsi oa nako. Nakong ea phetoho e khutlelang morao (ho futhumatsa), ha mocheso oa terata ea SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (mocheso oa ho qala oa mohato oa austenite o fetotsoeng ke khatello), sekhahla sa phetoho ea karolo ea bophahamo ba martensite (\(\dot{\xi }\)) e tla ba lefela. Nakong ea phetoho e khutlelang morao (ho futhumatsa), ha mocheso oa terata ea SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (mocheso oa ho qala oa mohato oa austenite o fetotsoeng ke khatello), sekhahla sa phetoho ea karolo ea molumo oa martensite (\(\dot{\ xi }\)) e tla ba lefela. Во время обратного превращения (нагрева), когда температура проволоки SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (температура начала аустенитной модинция напряжением), скорость изменения объемной доли мартенсита (\(\dot{\ xi }\)) будет равно нулю. Nakong ea phetoho e khutlelang morao (ho futhumatsa), ha mocheso oa terata ea SMA, \(T < A_s^{\prime}\) (mocheso oa ho qala oa austenite o fetotsoeng ke khatello), sekhahla sa phetoho ea karolo ea molumo oa martensite (\(\dot{\ xi }\ )) e tla ba lefela.在反向转变（加热）过程中，当SMA 线温度\(T < A_s^{\prime}\)（应力修正奥氏体相起始温度）时，马氏体体积分数的变化率（\(\xi}\) .在 反向 转变 （加热） 中 , 当 当 当 线 温度 \ (t
(a) Sephetho sa ketsiso se bontshang kabo ya mocheso le mocheso wa kgokelo o bakwang ke kgatello ho actuator ya divalerate e thehilweng ho SMA. Ha mocheso wa terata o tshela mocheso wa phetoho ya austenite mohatong wa ho futhumatsa, mocheso wa phetoho ya austenite o fetotsweng o qala ho eketseha, mme ka ho tshwanang, ha mocheso wa lere la terata o tshela mocheso wa phetoho ya martensitic mohatong wa ho phodisa, mocheso wa phetoho ya martensitic o a fokotseha. SMA bakeng sa mohlala wa tlhahlobo wa tshebetso ya tshebetso. (Bakeng sa pono e qaqileng ya sistimi e nngwe le e nngwe ya mohlala wa Simulink, bona karolo ya sehlomathiso faeleng e tlatsetsang.)
Liphetho tsa tlhahlobo bakeng sa likabo tse fapaneng tsa liparamente li bontšoa bakeng sa lipotoloho tse peli tsa motlakase oa ho kenya oa 7V (lipotoloho tsa ho futhumatsa tsa metsotsoana e 10 le lipotoloho tsa metsotsoana e 15 tsa ho pholisa). Leha (ac) le (e) li bontša kabo ha nako e ntse e ea, ka lehlakoreng le leng, (d) le (f) li bontša kabo le mocheso. Bakeng sa maemo a ho kenya a amehang, khatello e phahameng ka ho fetisisa e bonoang ke 106 MPa (ka tlase ho 345 MPa, matla a ho ikatisa ka terata), matla ke 150 N, ho falla ho hoholo ke 270 µm, 'me karolo e nyane ka ho fetisisa ea molumo oa martensitic ke 0.91. Ka lehlakoreng le leng, phetoho ea khatello le phetoho karolong ea molumo oa martensite ka mocheso li tšoana le litšobotsi tsa hysteresis.
Tlhaloso e tšoanang e sebetsa phetohong e tobileng (ho pholisa) ho tloha mohatong oa austenite ho ea mohatong oa martensite, moo mocheso oa terata ea SMA (T) le mocheso oa ho qetela oa mohato oa martensite o fetotsoeng ke khatello (\(M_f^{\prime}\ )) li leng ntle haholo. Setšoantšong sa 4d,f ho bontšoa phetoho khatellong e bakoang (\(\sigma\)) le karolo ea bophahamo ba martensite (\(\xi\)) terata ea SMA e le mosebetsi oa phetoho mochesong oa terata ea SMA (T), bakeng sa lipotoloho ka bobeli tsa ho khanna. Setšoantšong sa 3a ho bontšitsoe phetoho mochesong oa terata ea SMA ha nako e ntse e ea ho latela pulse ea motlakase o kenang. Joalokaha ho ka bonoa setšoantšong, mocheso oa terata o tsoela pele ho eketseha ka ho fana ka mohloli oa mocheso ka motlakase o se nang lera le pholileng e latelang ea convective. Nakong ea ho futhumatsa, phetoho ea martensite ho ea karolong ea austenite e qala ha mocheso oa terata ea SMA (T) o tšela mocheso oa austenite nucleation o lokisitsoeng ke khatello (\(A_s^{\prime}\)). Nakong ea mohato ona, terata ea SMA ea hatelloa 'me actuator e hlahisa matla. Hape nakong ea ho pholisa, ha mocheso oa terata ea SMA (T) o tšela mocheso oa nucleation oa mohato oa martensite o fetotsoeng ke khatello (\(M_s^{\prime}\)) ho na le phetoho e ntle ho tloha mohatong oa austenite ho ea mohatong oa martensite. matla a ho khanna aa fokotseha.
Likarolo tsa bohlokoa tsa boleng ba drive ea bimodal tse thehiloeng ho SMA li ka fumanoa liphethong tsa ketsiso. Tabeng ea ho kenngoa ha pulse ea motlakase, mocheso oa terata ea SMA oa eketseha ka lebaka la phello ea ho futhumatsa ea Joule. Boleng ba pele ba karolo ea volume ea martensite (\(\xi\)) bo behiloe ho 1, kaha thepa qalong e boemong ba martensite ka botlalo. Ha terata e ntse e tsoela pele ho futhumatsa, mocheso oa terata ea SMA o feta mocheso oa austenite nucleation o lokisitsoeng ke khatello \(A_s^{\prime}\), e leng se fellang ka phokotseho ea karolo ea volume ea martensite, joalo ka ha ho bontšitsoe ho Setšoantšo sa 4c. Ho phaella moo, ho Setšoantšo sa 4e ho bontša kabo ea li-stroke tsa actuator ka nako, le ho Setšoantšo sa 5 - matla a ho khanna e le mosebetsi oa nako. Sistimi e amanang ea li-equation e kenyelletsa mocheso, karolo ea volume ea martensite, le khatello e hlahang ka har'a terata, e leng se fellang ka ho fokotseha ha terata ea SMA le matla a hlahisoang ke actuator. Joalokaha ho bontšitsoe ho Setšoantšo sa. Phapang ea 4d,f, ea motlakase ka mocheso le phapang ea karolo ea bophahamo ba martensite ka mocheso e tsamaellana le litšobotsi tsa hysteresis tsa SMA nyeoeng e etsisitsoeng ho 7 V.
Papiso ea liparamente tsa ho khanna e fumanoe ka liteko le lipalo tsa tlhahlobo. Lithapo li ile tsa kenngoa motlakaseng oa pulsed oa 7 V metsotsoana e 10, eaba lia pholisoa metsotsoana e 15 (mokhahlelo oa ho pholisa) ka lipotoloho tse peli. Sekhutlo sa pinnate se behiloe ho \(40^{\circ}\) 'me bolelele ba pele ba terata ea SMA leotong le leng le le leng la pin bo behiloe ho 83mm. (a) Ho lekanya matla a ho khanna ka sele ea mojaro (b) Ho shebella mocheso oa terata ka khamera ea infrared ea mocheso.
E le ho utloisisa tšusumetso ea liparamente tsa 'mele matla a hlahisoang ke drive, ho ile ha etsoa tlhahlobo ea kutlo ea mohlala oa lipalo ho liparamente tsa 'mele tse khethiloeng, 'me liparamente li ile tsa beoa ho latela tšusumetso ea tsona. Taba ea pele, sampole ea liparamente tsa mohlala e entsoe ho sebelisoa melao-motheo ea moralo oa liteko e latelang kabo e ts'oanang (sheba Karolo e Tlatsetsang mabapi le Tlhahlobo ea Kutlo). Tabeng ena, liparamente tsa mohlala li kenyelletsa motlakase oa ho kenya (\(V_{in}\)), bolelele ba terata ea pele ea SMA (\(l_0\)), sekhutlo sa khutlotharo (\(\alpha\)), kamehla ea selemo sa bias (\( K_x\ )), coefficient ea phetisetso ea mocheso e kobehileng (\(h_T\)) le palo ea makala a unimodal (n). Mohatong o latelang, matla a mesifa a tlhōrō a khethiloe e le tlhoko ea moralo oa thuto 'me liphello tsa parametric tsa sete ka seng sa li-variable holim'a matla li ile tsa fumanoa. Lipolanete tsa sefefo bakeng sa tlhahlobo ea kutlo li nkiloe ho li-coefficient tsa kamano bakeng sa paramente ka 'ngoe, joalo ka ha ho bontšitsoe ho Setšoantšo sa 6a.
(a) Boleng ba coefficient ea kamano ea liparamente tsa mohlala le phello ea tsona matleng a phahameng a tlhahiso a lihlopha tse 2500 tse ikhethang tsa liparamente tsa mohlala tse ka holimo li bontšitsoe morerong oa sefefo sa sefefo. Grafo e bontša kamano ea maemo a lipontšo tse 'maloa. Ho hlakile hore \(V_{in}\) ke paramente feela e nang le kamano e ntle, 'me \(l_0\) ke paramente e nang le kamano e mpe ka ho fetisisa. Tšusumetso ea liparamente tse fapaneng mefuteng e fapaneng ea matla a mesifa e phahameng e bontšoa ho (b, c). \(K_x\) e tloha ho 400 ho isa ho 800 N/m 'me n e tloha ho 4 ho isa ho 24. Voltage (\(V_{in}\)) e fetohile ho tloha ho 4V ho ea ho 10V, bolelele ba terata (\(l_{0} \)) e fetohile ho tloha ho 40 ho ea ho 100 mm, 'me sekhutlo sa mohatla (\ (\alpha \)) se fapane ho tloha ho \ (20 - 60 \, ^ {\circ }\).
Ho Setšoantšo sa 6a ho bonts'a setšoantšo sa sefefo sa li-coefficient tse fapaneng tsa khokahano bakeng sa paramethara ka 'ngoe e nang le litlhoko tsa moralo oa matla a ho khanna a tlhōrō. Ho tsoa ho Setšoantšo sa 6a ho ka bonoa hore paramethara ea motlakase (\(V_{in}\)) e amana ka ho toba le matla a phahameng a tlhahiso, 'me coefficient ea phetisetso ea mocheso e kobehileng (\(h_T\)), angle ea lelakabe (\( \alpha\)), , constant ea selemo ea ho falla (\(K_x\)) e amana hampe le matla a tlhahiso le bolelele ba pele (\(l_0\)) ba terata ea SMA, 'me palo ea makala a unimodal (n) e bontša kamano e matla e fapaneng Tabeng ea kamano e tobileng Tabeng ea boleng bo phahameng ba coefficient ea khokahano ea motlakase (\(V_ {in}\)) e bontša hore paramethara ena e na le phello e kholo ka ho fetisisa tlhahisong ea matla. Tlhahlobo e 'ngoe e tšoanang e lekanya matla a tlhōrō ka ho hlahloba phello ea liparamethara tse fapaneng metsoakong e fapaneng ea libaka tse peli tsa k'homphieutha, joalo ka ha ho bontšitsoe ho Setšoantšo sa 6b, c. \(V_{in}\) le \(l_0\), \(\alpha\) le \(l_0\) di na le dipaterone tse tshwanang, mme kerafo e bontsha hore \(V_{in}\) le \(\alpha\) le \(\alpha\) di na le dipaterone tse tshwanang. Boleng bo bonyenyane ba \(l_0\) bo fella ka matla a hodimo a tlhoro. Dipalo tse ding tse pedi di tsamaellana le Setshwantsho sa 6a, moo n le \(K_x\) di amanang hampe mme \(V_{in}\) di amanang hantle. Tlhahlobo ena e thusa ho hlalosa le ho lokisa diparamitha tse susumetsang tseo ka tsona matla a tlhahiso, stroke le bokgoni ba sistimi ya drive di ka fetolwang ho latela ditlhoko le tshebediso.
Mosebetsi oa hajoale oa lipatlisiso o hlahisa le ho batlisisa li-drive tsa maemo a phahameng tse nang le maemo a N. Ka tatellano ea maemo a mabeli, joalo ka ha ho bontšitsoe ho Setšoantšo sa 7a, moo ho e-na le terata e 'ngoe le e 'ngoe ea SMA ea actuator ea boemo ba pele, ho finyelloa tokisetso ea bimodal, joalo ka ha ho bontšitsoe ho Setšoantšo sa 9e. Setšoantšong sa 7c ho bontša kamoo terata ea SMA e pota-potiloeng ho potoloha letsoho le tsamaeang (letsoho le thusang) le tsamaeang feela ka lehlakoreng le lelelele. Leha ho le joalo, letsoho le tsamaeang la mantlha le tsoela pele ho tsamaea ka mokhoa o tšoanang le letsoho le tsamaeang la actuator ea boemo ba pele ba mekhahlelo e mengata. Ka tloaelo, drive ea N-stage e etsoa ka ho nkela terata ea SMA ea boemo ba \(N-1\) sebaka ka drive ea boemo ba pele. Ka lebaka leo, lekala ka leng le etsisa drive ea mohato oa pele, ntle le lekala le tšoereng terata ka boeona. Ka tsela ena, meaho e nang le sehlaha e ka thehoa e hlahisang matla a fetang matla a li-drive tsa mantlha ka makhetlo a 'maloa. Thutong ena, bakeng sa boemo ka bong, bolelele bohle ba terata ea SMA e sebetsang ea 1 m bo ile ba nahanoa, joalo ka ha ho bontšitsoe ka mokhoa oa tafole ho Setšoantšo sa 7d. Motlakase o fetang ka terata ka 'ngoe moralong o mong le o mong oa unimodal le prestress le voltage tse hlahang karolong e 'ngoe le e 'ngoe ea terata ea SMA lia tšoana boemong ka 'ngoe. Ho ea ka mohlala oa rona oa tlhahlobo, matla a tlhahiso a amana hantle le boemo, ha ho falla ho amana hampe. Ka nako e ts'oanang, ho bile le phapanyetsano pakeng tsa ho falla le matla a mesifa. Joalokaha ho bonoa ho setšoantšo sa 7b, ha matla a phahameng a fihlelloa palong e kholo ka ho fetisisa ea mekhahlelo, ho falla ho hoholo ho bonoa lera le tlase ka ho fetisisa. Ha boemo ba hierarchy bo behiloe ho \(N=5\), matla a mesifa a tlhōrō ea 2.58 kN a fumanoe ka li-stroke tse 2 tse bonoang \(\upmu\)m. Ka lehlakoreng le leng, drive ea mohato oa pele e hlahisa matla a 150 N ka ho falla ha 277 \(\upmu\)m. Li-actuator tsa maemo a mangata li khona ho etsisa mesifa ea 'nete ea baeloji, moo mesifa ea maiketsetso e thehiloeng ho li-alloy tsa memori ea sebopeho e khonang ho hlahisa matla a phahameng haholo ka metsamao e nepahetseng le e metle. Meeli ea moralo ona o monyane ke hore ha maemo a ntse a eketseha, motsamao o fokotseha haholo 'me ho rarahana ha ts'ebetso ea tlhahiso ea drive hoa eketseha.
(a) Sistimi ea actuator e otlolohileng ea alloy ea sebopeho sa mekhahlelo e 'meli (\(N=2\)) e bontšoa ka tlhophiso ea bimodal. Mohlala o sisintsoeng o finyelloa ka ho nkela terata ea SMA sebaka ho actuator e arotsoeng mekhahlelo ea pele ka actuator e 'ngoe e arotsoeng mekhahlelo e le 'ngoe. (c) Sebopeho se fetotsoeng sa actuator ea mekhahlelo e mengata ea mohato oa bobeli. (b) Kabo ea matla le ho falla ho latela palo ea maemo e hlalositsoe. Ho fumanoe hore matla a tlhōrō a actuator a amana hantle le boemo ba sekala ho graph, ha stroke e amana hampe le boemo ba sekala. Hona joale le motlakase oa pele ho terata ka 'ngoe li lula li sa fetohe maemong 'ohle. (d) Tafole e bontša palo ea lipompo le bolelele ba terata ea SMA (fiber) boemong ka bong. Litšobotsi tsa lithapo li bontšoa ke index 1, 'me palo ea makala a bobeli (le leng le hokahantsoe le leoto la mantlha) e bontšoa ke palo e kholo ka ho fetisisa ho subscript. Mohlala, boemong ba 5, \(n_1\) e bolela palo ea lithapo tsa SMA tse teng sebopehong se seng le se seng sa bimodal, 'me \(n_5\) e bolela palo ea maoto a thusang (le leng le hokahantsoe le leoto le ka sehloohong).
Mekhoa e fapaneng e 'nile ea hlahisoa ke bafuputsi ba bangata ho etsa mohlala oa boitšoaro ba li-SMA ka memori ea sebopeho, e itšetlehileng ka thepa ea thermomechanical e tsamaeang le liphetoho tse kholo sebopehong sa kristale tse amanang le phetoho ea mohato. Sebopeho sa mekhoa ea ho iketsetsa lintho se rarahane ka tlhaho. Mohlala oa phenomenological o sebelisoang haholo o hlahisoa ke Tanaka28 'me o sebelisoa haholo lits'ebetsong tsa boenjiniere. Mohlala oa phenomenological o hlahisitsoeng ke Tanaka [28] o nka hore karolo ea volume ea martensite ke mosebetsi oa exponential oa mocheso le khatello ea maikutlo. Hamorao, Liang le Rogers29 le Brinson30 ba ile ba etsa tlhahiso ea mohlala oo ho oona matla a phetoho ea mohato a neng a nkoa e le mosebetsi oa cosine oa motlakase le mocheso, ka liphetoho tse nyane mohlaleng. Becker le Brinson ba hlahisitse mohlala oa kinetic o thehiloeng setšoantšong sa mohato ho etsa mohlala oa boitšoaro ba lisebelisoa tsa SMA tlas'a maemo a ho jara a sa reroang hammoho le liphetoho tse sa fellang. Banerjee32 e sebelisa mokhoa oa matla a setšoantšo sa mohato oa Bekker le Brinson31 ho etsisa mokhoa o le mong oa manipulator ea tokoloho e ntlafalitsoeng ke Elahinia le Ahmadian33. Mekhoa ea Kinetic e thehiloeng litšoantšong tsa mekhahlelo, e nahanang ka phetoho ea motlakase e seng ea monotonic ka mocheso, e thata ho e kenya tšebetsong lits'ebetsong tsa boenjiniere. Elakhinia le Ahmadian li lebisa tlhokomelo mefokolong ena ea mehlala ea liketsahalo tse teng 'me li fana ka tlhahiso ea mohlala o atolositsoeng oa liketsahalo ho sekaseka le ho hlalosa boitšoaro ba memori ea sebopeho tlas'a maemo afe kapa afe a rarahaneng a ho jara.
Mohlala wa sebopeho sa terata ya SMA o fana ka kgatello (\(\sigma\)), kgatello (\(\epsilon\)), mocheso (T), le karolo ya bophahamo ba martensite (\(\xi\)) ya terata ya SMA. Mohlala wa sebopeho sa phenomenological o ile wa hlahiswa pele ke Tanaka28 mme hamorao wa amohelwa ke Liang29 le Brinson30. Motswako wa equation o na le sebopeho se latelang:
moo E e leng modulus ya SMA Young e itshetlehileng hodima mohato e fumanweng ho sebediswa \(\displaystyle E=\xi E_M + (1-\xi )E_A\) le \(E_A\) le \(E_M\) tse emelang modulus ya Young ke mekhahlelo ya austenitic le martensitic, ka ho latellana, mme coefficient ya katoloso ya mocheso e emelwa ke \(\theta _T\). Karolo ya monehelo wa phetoho ya mohato ke \(\Omega = -E \epsilon _L\) mme \(\epsilon _L\) ke kgatello e phahameng ka ho fetisisa e ka fumanwang hape terata ya SMA.
Tekanyo ea matla a mokhahlelo e tsamaellana le mosebetsi oa cosine o ntlafalitsoeng ke Liang29 'me hamorao oa amoheloa ke Brinson30 ho fapana le mosebetsi oa exponential o hlahisitsoeng ke Tanaka28. Mohlala oa phetoho ea mokhahlelo ke katoloso ea mohlala o hlahisitsoeng ke Elakhinia le Ahmadian34 'me o fetotsoe ho latela maemo a phetoho ea mokhahlelo a fanoeng ke Liang29 le Brinson30. Maemo a sebelisitsoeng bakeng sa mohlala ona oa phetoho ea mokhahlelo a sebetsa tlas'a meroalo e rarahaneng ea thermomechanical. Motsotsong o mong le o mong oa nako, boleng ba karolo ea bophahamo ba martensite bo baloa ha ho etsoa mohlala oa equation ea constitutive.
Tekanyo e busang ea phetoho ea phetoho, e hlalositsoeng ke phetoho ea martensite ho ea ho austenite tlas'a maemo a ho futhumatsa, ke e latelang:
moo \(\xi\) e leng karoloana ea bophahamo ba martensite, \(\xi _M\) ke karoloana ea bophahamo ba martensite e fumanoeng pele ho futhumatsoa, \(\displaystyle a_A = \pi /(A_f – A_s)\), \ ( \displaystyle b_A = -a_A/C_A\) le \(C_A\) – liparamente tsa khakanyo ea curve, mocheso oa terata oa T – SMA, \(A_s\) le \(A_f\) – qalo le qetello ea karolo ea austenite, ka ho latellana, mocheso.
Tekanyo ea taolo ea phetoho e tobileng, e emeloang ke phetoho ea mohato oa austenite ho ea ho martensite tlas'a maemo a pholileng, ke:
moo \(\xi _A\) e leng karoloana ea bophahamo ba martensite e fumanoeng pele ho pholiso, \(\displaystyle a_M = \pi /(M_s – M_f)\), \(\displaystyle b_M = -a_M/C_M\) le \ (C_M \) – liparamente tsa ho lokisa li-curve, mocheso oa terata oa T – SMA, \(M_s\) le \(M_f\) – mocheso oa pele le oa ho qetela oa martensite, ka ho latellana.
Kamora hore di-equation (3) le (4) di kgethollolwe, di-equation tsa phetoho e fapaneng le e tobileng di nolofatswa ho ba sebopeho se latelang:
Nakong ea phetoho ea pele le ea morao \(\eta _{\sigma}\) le \(\eta _{T}\) li nka boleng bo fapaneng. Li-equation tsa motheo tse amanang le \(\eta _{\sigma}\) le \(\eta _{T}\) li nkiloe 'me li tšohloa ka botlalo karolong e eketsehileng.
Matla a mocheso a hlokahalang ho phahamisa mocheso oa terata ea SMA a tsoa phellong ea ho futhumatsa ea Joule. Matla a mocheso a monngoang kapa a lokolloang ke terata ea SMA a emeloa ke mocheso o patehileng oa phetoho. Tahlehelo ea mocheso terata ea SMA e bakoa ke ho qobelloa ho potoloha ha motlakase, 'me ka lebaka la phello e sa reng letho ea mahlaseli a kotsi, equation ea tekanyo ea matla a mocheso ke e latelang:
Moo \(m_{wire}\) e leng boima bohle ba terata ya SMA, \(c_{p}\) ke bokgoni bo ikgethang ba mocheso ba SMA, \(V_{in}\) ke motlakase o sebediswang terata, \(R_{ohm} \ ) – kganyetso e itshetlehileng hodima mohato SMA, e hlaloswang e le; \(R_{ohm} = (l/A_{cross})[\xi r_M + (1-\xi )r_A]\ ) moo \(r_M\ ) le \(r_A\) e leng kganyetso ya mohato wa SMA ho martensite le austenite, ka ho latellana, \(A_{c}\) ke sebaka se ka hodimo sa terata ya SMA, \(\Delta H \) ke motswako wa memori ya sebopeho. Mocheso o patehileng wa phetoho ya terata, T le \(T_{\infty}\) ke dithempereichara tsa terata ya SMA le tikoloho, ka ho latellana.
Ha terata ya alloy ya sebopeho sa mohopolo e sebediswa, terata e a hatelleha, e leng se etsang hore ho be le matla lekaleng le leng le le leng la moralo wa bimodal o bitswang matla a faeba. Matla a difaeba tse khoeleng e nngwe le e nngwe ya terata ya SMA mmoho a etsa matla a mesifa a ho tsamaisa, jwalo ka ha ho bontshitswe ho Setshwantsho sa 9e. Ka lebaka la boteng ba selemo se sekametseng, matla a mesifa a felletseng a actuator ya Nth multilayer ke:
Ha re kenya \(N = 1\) sebakeng sa equation (7), matla a mesifa a mohlala wa mohato wa pele wa bimodal drive a ka fumanwa ka tsela e latelang:
moo n e leng palo ea maoto a le mong, \(F_m\) ke matla a mesifa a hlahisoang ke drive, \(F_f\) ke matla a faeba ka har'a terata ea SMA, \(K_x\) ke ho tiea ha leeme. selemo, \(\alpha\) ke sekhutlo sa khutlotharo, \(x_0\) ke karohano ea pele ea selemo sa leeme ho tšoara thapo ea SMA boemong ba pele ba khatello, 'me \(\Delta x\) ke leeto la actuator.
Ho falla kapa ho sisinyeha ho felletseng ha drive (\(\Delta x\)) ho itshetlehile ka motlakase (\(\sigma\)) le kgatello (\(\epsilon\)) terata ya SMA ya sethala sa Nth, drive e setetswe ho (sheba Setšoantšo sa karolo e eketsehileng ya tlhahiso):
Li-equation tsa kinematic li fana ka kamano pakeng tsa phetoho ea drive (\(\epsilon\)) le ho falla kapa ho falla (\(\Delta x\)). Ho feto-fetoha ha terata ea Arb e le ts'ebetso ea bolelele ba terata ea Arb ea pele (\(l_0\)) le bolelele ba terata (l) ka nako efe kapa efe t lekaleng le le leng la unimodal ke ka tsela e latelang:
moo \(l = \sqrt{l_0^2 +(\Delta x_1)^2 – 2 l_0 (\Delta x_1) \cos \alpha _1}\) e fumanwang ka ho sebedisa foromo ya cosine ho \(\Delta\)ABB ', jwalo ka ha ho bontshitswe ho Setshwantsho sa 8. Bakeng sa kgato ya pele ya ho kganna (\(N = 1\)), \(\Delta x_1\) ke \(\Delta x\), mme \(\alpha _1\) ke \(\alpha \) jwalo ka ha ho bontshitswe ho Setshwantsho sa 8, ka ho kgetholla nako ho tloha ho Equation (11) le ho nkela boleng ba l sebaka, sekgahla sa kgatello se ka ngolwa jwalo ka:
moo \(l_0\) e leng bolelele ba pele ba terata ya SMA, l ke bolelele ba terata ka nako efe kapa efe t lekaleng le le leng la unimodal, \(\epsilon\) ke phetoho e hlahisitsweng terata ya SMA, mme \(\alpha \) ke sekhutlo sa kgutlotharo, \(\Delta x\) ke kgatiso ya drive (jwalo ka ha ho bontshitswe ho Setshwantsho sa 8).
Meaho yohle ya n e nang le tlhoro e le nngwe (\(n=6\) setshwantshong sena) e hokahantswe ka tatellano le \(V_{in}\) e le motlakase wa ho kenya. Mokgahlelo wa I: Setšoantšo sa schematic sa terata ya SMA ka tlhophiso ya bimodal tlasa maemo a lefela a motlakase Mokgahlelo wa II: Sebopeho se laolwang se bontshwa moo terata ya SMA e hatellwang ka lebaka la phetoho e fapaneng, jwalo ka ha ho bontshitswe ke mola o mofubedu.
E le bopaki ba mohopolo, drive ea bimodal e thehiloeng ho SMA e ile ea ntlafatsoa ho leka tlhahiso e etsisitsoeng ea li-equation tse ka tlase ka liphetho tsa liteko. Mohlala oa CAD oa actuator ea bimodal e bontšitsoe ho setšoantšo sa 9a. Ka lehlakoreng le leng, ho setšoantšo sa 9c ho bonts'oa moralo o mocha o sisintsoeng bakeng sa khokahano ea prismatic e potolohang ho sebelisoa actuator ea SMA ea lifofane tse peli e nang le sebopeho sa bimodal. Likarolo tsa drive li entsoe ka ho sebelisa tlhahiso ea tlatsetso ho printer ea Ultimaker 3 Extended 3D. Thepa e sebelisitsoeng bakeng sa khatiso ea 3D ea likarolo ke polycarbonate e loketseng thepa e hanelang mocheso kaha e matla, e tšoarella ebile e na le mocheso o phahameng oa phetoho ea khalase (110-113 \(^{\circ }\) C). Ho phaella moo, terata ea alloy ea sebopeho sa Flexinol ea Dynalloy, Inc. e sebelisitsoe litekong, 'me thepa ea thepa e tsamaellanang le terata ea Flexinol e sebelisitsoe ho li-simulation. Lithapo tse ngata tsa SMA li hlophisitsoe e le likhoele tse teng tokisetsong ea mesifa ea bimodal ho fumana matla a phahameng a hlahisoang ke li-actuator tse nang le mekhahlelo e mengata, joalo ka ha ho bontšitsoe ho Setšoantšo sa 9b, d.
Jwalo ka ha ho bontshitswe ho Setshwantsho sa 9a, khutlo e matla e bopilweng ke terata ya SMA ya letsoho le tsamayang e bitswa angle (\(\alpha\)). Ka di-clamp tsa terminal tse hoketsweng di-clamp tse ka letsohong le letshehadi le le letona, terata ya SMA e tshwerwe ka angle e lakatsehang ya bimodal. Sesebediswa sa selemo sa bias se tshwaretsweng sehokelong sa selemo se etseditswe ho lokisa dihlopha tse fapaneng tsa katoloso ya selemo sa bias ho ya ka palo (n) ya difaeba tsa SMA. Ho feta moo, sebaka sa dikarolo tse tsamayang se entswe ka tsela eo terata ya SMA e pepesetswang tikolohong ya kantle bakeng sa ho phodisa ka matla a convection. Dipoleiti tse ka hodimo le tse ka tlase tsa kopano e ka kgaolwang di thusa ho boloka terata ya SMA e pholile ka di-cutout tse ntshetsweng pele tse etseditsweng ho fokotsa boima. Ho feta moo, dipheletso ka bobedi tsa terata ya CMA di kentswe di-terminal tse ka letsohong le letshehadi le le letona, ka ho latellana, ka crimp. Plunger e hoketswe pheletsong e nngwe ya kopano e tsamayang ho boloka sebaka pakeng tsa dipoleiti tse ka hodimo le tse ka tlase. Plunger e boetse e sebediswa ho sebedisa matla a thibelang ho sensor ka ho ikopanya ho lekanya matla a thibelang ha terata ya SMA e sebediswa.
Sebopeho sa mesifa ea bimodal SMA se hokahantsoe ka motlakase ka tatellano 'me se tsamaisoa ke motlakase oa pulse o kenang. Nakong ea potoloho ea pulse ea motlakase, ha motlakase o sebelisoa 'me terata ea SMA e futhumatsoa ka holim'a mocheso oa pele oa austenite, bolelele ba terata khoeleng ka 'ngoe boa khutsufatsoa. Ho hula hona ho kenya tšebetsong karolo e ka tlase ea letsoho le tsamaeang. Ha motlakase o ne o lefisoa ka lefela potolohong e tšoanang, terata ea SMA e futhumetseng e ne e pholile ka tlase ho mocheso oa bokaholimo ba martensite, ka hona e khutlela boemong ba eona ba pele. Tlas'a maemo a khatello ea lefela, terata ea SMA e qala ka ho otlolloa ka mokhoa o sa sisinyeheng ke selemo sa bias ho fihlela boemo ba martensitic bo arohaneng. Sekurufu, seo terata ea SMA e fetang ho sona, se tsamaea ka lebaka la khatello e hlahisoang ke ho sebelisa pulse ea voltage ho terata ea SMA (SPA e fihla mohatong oa austenite), e leng se lebisang ho actuation ea lever e tsamaeang. Ha terata ea SMA e huloa, selemo sa bias se hlahisa matla a hanyetsanang ka ho otlolla selemo haholoanyane. Ha kgatello e ho motlakase wa ho sisinyeha e fetoha lefela, terata ya SMA e a lelefala mme e fetola sebopeho sa yona ka lebaka la ho phodisa ka kgatello ya convection, e fihlella mohato wa martensitic o habeli.
Sistimi ea actuator e otlolohileng e thehiloeng ho SMA e na le tlhophiso ea bimodal moo lithapo tsa SMA li sekametseng. (a) e bontša mohlala oa CAD oa prototype, o buang ka likarolo tse ling le meelelo ea tsona bakeng sa prototype, (b, d) e emela prototype e ntlafalitsoeng ea liteko35. Leha (b) e bontša pono e holimo ea prototype ka likhokahano tsa motlakase le liliba tsa bias le litekanyo tsa khatello tse sebelisitsoeng, (d) e bontša pono ea pono ea setaele. (e) Setšoantšo sa sistimi ea actuation e otlolohileng e nang le lithapo tsa SMA tse behiloeng ka bobeli ka nako efe kapa efe t, e bonts'a tataiso le tsela ea faeba le matla a mesifa. (c) Khokahano ea prismatic e potolohang ea 2-DOF e sisintsoe bakeng sa ho kenya actuator e thehiloeng ho SMA ea lifofane tse peli. Joalokaha ho bontšitsoe, khokahano e fetisa motsamao o otlolohileng ho tloha drive e ka tlase ho ea letsohong le ka holimo, e etsa khokahano e potolohang. Ka lehlakoreng le leng, motsamao oa li-prism tse peli o tšoana le motsamao oa drive ea mohato oa pele oa multilayer.
Phuputso ea liteko e entsoe holim'a mohlala o bontšitsoeng ho Setšoantšo sa 9b ho lekola ts'ebetso ea drive ea bimodal e thehiloeng ho SMA. Joalokaha ho bontšitsoe ho Setšoantšo sa 10a, ho hlophisoa ha liteko ho ne ho e-na le phepelo ea motlakase ea DC e ka hlophisoang ho fana ka motlakase oa ho kenya ho lithapo tsa SMA. Joalokaha ho bontšitsoe ho Setšoantšo sa 10b, gauge ea khatello ea piezoelectric (PACEline CFT/5kN) e sebelisitsoe ho lekanya matla a thibelang ho sebelisoa logger ea data ea Graphtec GL-2000. Lintlha li tlalehoa ke moamoheli bakeng sa thuto e tsoelang pele. Li-gauge tsa khatello le li-amplifiers tsa tjhaja li hloka phepelo ea motlakase e sa khaotseng ho hlahisa lets'oao la motlakase. Matšoao a tsamaellanang a fetoloa hore e be liphetho tsa motlakase ho latela kutloisiso ea sensor ea matla a piezoelectric le liparamente tse ling joalo ka ha ho hlalositsoe ho Tafole ea 2. Ha pulse ea motlakase e sebelisoa, mocheso oa terata ea SMA oa eketseha, o etsa hore terata ea SMA e hatellehe, e leng se etsang hore actuator e hlahise matla. Liphetho tsa liteko tsa tlhahiso ea matla a mesifa ke pulse ea motlakase oa ho kenya ea 7 V li bontšitsoe ho Setšoantšo sa 2a.
(a) Sistimi ea actuator e otlolohileng e thehiloeng ho SMA e ile ea theoa tekong ho lekanya matla a hlahisoang ke actuator. Sele ea mojaro e lekanya matla a thibelang 'me e tsamaisoa ke phepelo ea motlakase ea 24 V DC. Ho theosa ha motlakase oa 7 V ho ile ha sebelisoa bolelele bohle ba thapo ho sebelisoa phepelo ea motlakase ea GW Instek e ka hlophisoang ea DC. Terata ea SMA ea fokotseha ka lebaka la mocheso, 'me letsoho le tsamaeang le ikopanya le sele ea mojaro 'me le fana ka matla a thibelang. Sele ea mojaro e hokahane le logger ea data ea GL-2000 'me data e bolokoa ho moamoheli bakeng sa ts'ebetso e tsoelang pele. (b) Setšoantšo se bontšang ketane ea likarolo tsa setaele sa liteko bakeng sa ho lekanya matla a mesifa.
Di-alloy tsa memori ya sebopeho di thabisitswe ke matla a mocheso, kahoo mocheso e ba paramethara ya bohlokwa bakeng sa ho ithuta ketsahalo ya memori ya sebopeho. Ka teko, jwalo ka ha ho bontshitswe ho Setshwantsho sa 11a, ho nkuwa ha setshwantsho sa mocheso le ditekanyo tsa mocheso di entswe hodima actuator ya divalerate e thehilweng ho SMA. Mohlodi wa DC o ka hlophiswang o sebedisitse motlakase wa ho kenya ho dithapo tsa SMA ho seta ha teko, jwalo ka ha ho bontshitswe ho Setshwantsho sa 11b. Phetoho ya mocheso wa terata ya SMA e lekantswe ka nako ya sebele ho sebediswa khamera ya LWIR ya qeto e hodimo (FLIR A655sc). Moamoheli o sebedisa software ya ResearchIR ho rekota data bakeng sa ts'ebetso e eketsehileng kamora ho e lokisa. Ha ho sebediswa motlakase, mocheso wa terata ya SMA o a eketseha, e leng se etsang hore terata ya SMA e fokotsehe. Setshwantshong sa 2b se bontsha diphetho tsa teko tsa mocheso wa terata ya SMA kgahlanong le nako ya motlakase wa ho kenya wa 7V.
Nako ea poso: Loetse-28-2022
