Nature.comని సందర్శించినందుకు ధన్యవాదాలు.మీరు ఉపయోగిస్తున్న బ్రౌజర్ సంస్కరణకు పరిమిత CSS మద్దతు ఉంది.ఉత్తమ అనుభవం కోసం, మీరు నవీకరించబడిన బ్రౌజర్‌ను ఉపయోగించాల్సిందిగా మేము సిఫార్సు చేస్తున్నాము (లేదా Internet Explorerలో అనుకూలత మోడ్‌ని నిలిపివేయండి).ఈ సమయంలో, నిరంతర మద్దతును నిర్ధారించడానికి, మేము సైట్‌ను స్టైల్స్ మరియు జావాస్క్రిప్ట్ లేకుండా రెండర్ చేస్తాము.
యాక్యుయేటర్లు ప్రతిచోటా ఉపయోగించబడతాయి మరియు తయారీ మరియు పారిశ్రామిక ఆటోమేషన్‌లో వివిధ కార్యకలాపాలను నిర్వహించడానికి సరైన ఉత్తేజిత శక్తి లేదా టార్క్‌ను వర్తింపజేయడం ద్వారా నియంత్రిత చలనాన్ని సృష్టిస్తాయి.వేగవంతమైన, చిన్నదైన మరియు మరింత సమర్థవంతమైన డ్రైవ్‌ల అవసరం డ్రైవ్ డిజైన్‌లో ఆవిష్కరణను ప్రోత్సహిస్తోంది.షేప్ మెమరీ అల్లాయ్ (SMA) డ్రైవ్‌లు అధిక పవర్-టు-వెయిట్ రేషియోతో సహా సంప్రదాయ డ్రైవ్‌ల కంటే అనేక ప్రయోజనాలను అందిస్తాయి.ఈ పరిశోధనలో, జీవ వ్యవస్థల యొక్క రెక్కల కండరాల ప్రయోజనాలను మరియు SMAల యొక్క ప్రత్యేక లక్షణాలను మిళితం చేసే రెండు రెక్కల SMA- ఆధారిత యాక్యుయేటర్ అభివృద్ధి చేయబడింది.ఈ అధ్యయనం బైమోడల్ SMA వైర్ అమరిక ఆధారంగా కొత్త యాక్యుయేటర్ యొక్క గణిత నమూనాను అభివృద్ధి చేయడం ద్వారా మరియు దానిని ప్రయోగాత్మకంగా పరీక్షించడం ద్వారా మునుపటి SMA యాక్యుయేటర్‌లను అన్వేషిస్తుంది మరియు విస్తరించింది.SMA ఆధారంగా తెలిసిన డ్రైవ్‌లతో పోలిస్తే, కొత్త డ్రైవ్ యొక్క యాక్చుయేషన్ ఫోర్స్ కనీసం 5 రెట్లు ఎక్కువగా ఉంటుంది (150 N వరకు).సంబంధిత బరువు తగ్గడం దాదాపు 67%.గణిత నమూనాల సున్నితత్వ విశ్లేషణ ఫలితాలు డిజైన్ పారామితులను ట్యూనింగ్ చేయడానికి మరియు కీలక పారామితులను అర్థం చేసుకోవడానికి ఉపయోగపడతాయి.ఈ అధ్యయనం డైనమిక్‌లను మరింత మెరుగుపరచడానికి ఉపయోగించే బహుళ-స్థాయి Nth స్టేజ్ డ్రైవ్‌ను మరింత అందిస్తుంది.SMA-ఆధారిత డిప్‌వాలరేట్ కండరాల యాక్యుయేటర్‌లు బిల్డింగ్ ఆటోమేషన్ నుండి ఖచ్చితమైన డ్రగ్ డెలివరీ సిస్టమ్‌ల వరకు విస్తృత శ్రేణి అనువర్తనాలను కలిగి ఉన్నాయి.
క్షీరదాల కండరాల నిర్మాణాలు వంటి జీవ వ్యవస్థలు అనేక సూక్ష్మ చోదకాలను సక్రియం చేయగలవు1.క్షీరదాలు వేర్వేరు కండరాల నిర్మాణాలను కలిగి ఉంటాయి, ప్రతి ఒక్కటి నిర్దిష్ట ప్రయోజనాన్ని అందిస్తాయి.అయినప్పటికీ, క్షీరద కండర కణజాలం యొక్క చాలా నిర్మాణాన్ని రెండు విస్తృత వర్గాలుగా విభజించవచ్చు.సమాంతర మరియు పెన్నేట్.హామ్ స్ట్రింగ్స్ మరియు ఇతర ఫ్లెక్సర్‌లలో, పేరు సూచించినట్లుగా, సమాంతర కండరము కేంద్ర స్నాయువుకు సమాంతరంగా కండరాల ఫైబర్‌లను కలిగి ఉంటుంది.కండరాల ఫైబర్స్ యొక్క గొలుసు వరుసలో ఉంటుంది మరియు వాటి చుట్టూ ఉన్న బంధన కణజాలం ద్వారా క్రియాత్మకంగా అనుసంధానించబడి ఉంటుంది.ఈ కండరాలు పెద్ద విహారం (శాతాన్ని తగ్గించడం) కలిగి ఉన్నాయని చెప్పబడినప్పటికీ, వాటి మొత్తం కండరాల బలం చాలా పరిమితంగా ఉంటుంది.దీనికి విరుద్ధంగా, ట్రైసెప్స్ దూడ కండరాలలో 2 (పార్శ్వ గ్యాస్ట్రోక్నిమియస్ (GL) 3, మధ్యస్థ గ్యాస్ట్రోక్నిమియస్ (GM) 4 మరియు సోలియస్ (SOL)) మరియు ఎక్స్‌టెన్సర్ ఫెమోరిస్ (క్వాడ్రిసెప్స్) 5,6 పెన్నేట్ కండర కణజాలం ప్రతి కండరాలలో కనిపిస్తాయి7.పిన్నేట్ నిర్మాణంలో, బైపెన్నట్ కండరములోని కండర ఫైబర్‌లు కేంద్ర స్నాయువు యొక్క రెండు వైపులా వాలుగా ఉండే కోణాలలో (పిన్నేట్ కోణాలు) ఉంటాయి.పెన్నేట్ లాటిన్ పదం "పెన్నా" నుండి వచ్చింది, దీని అర్థం "పెన్", మరియు అంజీర్లో చూపిన విధంగా.1 ఈక వంటి రూపాన్ని కలిగి ఉంది.పెన్నేట్ కండరాల ఫైబర్స్ కండరాల యొక్క రేఖాంశ అక్షానికి చిన్నవిగా మరియు కోణంలో ఉంటాయి.పిన్నేట్ నిర్మాణం కారణంగా, ఈ కండరాల మొత్తం చలనశీలత తగ్గిపోతుంది, ఇది క్లుప్త ప్రక్రియ యొక్క విలోమ మరియు రేఖాంశ భాగాలకు దారితీస్తుంది.మరోవైపు, ఫిజియోలాజికల్ క్రాస్ సెక్షనల్ ప్రాంతాన్ని కొలిచే విధానం కారణంగా ఈ కండరాల క్రియాశీలత మొత్తం కండరాల బలానికి దారితీస్తుంది.అందువల్ల, ఇచ్చిన క్రాస్-సెక్షనల్ ప్రాంతం కోసం, పెన్నేట్ కండరాలు బలంగా ఉంటాయి మరియు సమాంతర ఫైబర్‌లతో కండరాల కంటే అధిక శక్తులను ఉత్పత్తి చేస్తాయి.వ్యక్తిగత ఫైబర్స్ ద్వారా ఉత్పన్నమయ్యే శక్తులు ఆ కండరాల కణజాలంలో స్థూల స్థాయిలో కండర శక్తులను ఉత్పత్తి చేస్తాయి.అదనంగా, ఇది వేగవంతమైన సంకోచం, తన్యత నష్టం నుండి రక్షణ, కుషనింగ్ వంటి ప్రత్యేక లక్షణాలను కలిగి ఉంది.ఇది ఫైబర్ ఇన్‌పుట్ మరియు కండరాల పవర్ అవుట్‌పుట్ మధ్య సంబంధాన్ని మార్చడం ద్వారా కండరాల రేఖలతో అనుబంధించబడిన ఫైబర్ అమరిక యొక్క ప్రత్యేక లక్షణాలు మరియు రేఖాగణిత సంక్లిష్టతను ఉపయోగించుకుంటుంది.
బిమోడల్ మస్కులర్ ఆర్కిటెక్చర్‌కు సంబంధించి ఇప్పటికే ఉన్న SMA-ఆధారిత యాక్యుయేటర్ డిజైన్‌ల యొక్క స్కీమాటిక్ రేఖాచిత్రాలు చూపబడ్డాయి, ఉదాహరణకు (a), SMA వైర్‌ల ద్వారా ప్రేరేపించబడిన చేతి ఆకారపు పరికరం రెండు చక్రాల స్వయంప్రతిపత్త మొబైల్ రోబోట్‌పై అమర్చబడిన స్పర్శ శక్తి యొక్క పరస్పర చర్యను సూచిస్తుంది., (బి) విరుద్ధంగా ఉంచబడిన SMA స్ప్రింగ్-లోడెడ్ ఆర్బిటల్ ప్రొస్థెసిస్‌తో రోబోటిక్ ఆర్బిటల్ ప్రొస్థెసిస్.కృత్రిమ కన్ను యొక్క స్థానం కంటి యొక్క కంటి కండరం నుండి సిగ్నల్ ద్వారా నియంత్రించబడుతుంది 11, (సి) SMA యాక్యుయేటర్‌లు వాటి అధిక ఫ్రీక్వెన్సీ ప్రతిస్పందన మరియు తక్కువ బ్యాండ్‌విడ్త్ కారణంగా నీటి అడుగున అనువర్తనాలకు అనువైనవి.ఈ కాన్ఫిగరేషన్‌లో, చేపల కదలికను అనుకరించడం ద్వారా వేవ్ మోషన్‌ను సృష్టించడానికి SMA యాక్యుయేటర్‌లను ఉపయోగిస్తారు, (d) ఛానల్ 10 లోపల SMA వైర్ల కదలిక ద్వారా నియంత్రించబడే అంగుళాల వార్మ్ మోషన్ సూత్రాన్ని ఉపయోగించగల మైక్రో పైపు తనిఖీ రోబోట్‌ను రూపొందించడానికి SMA యాక్యుయేటర్‌లను ఉపయోగిస్తారు పెన్నేట్ కండరాల నిర్మాణంలో కండరాల ఫైబర్స్.
యాక్యుయేటర్లు వాటి విస్తృత శ్రేణి అప్లికేషన్ల కారణంగా యాంత్రిక వ్యవస్థలలో ముఖ్యమైన భాగంగా మారాయి.అందువల్ల, చిన్న, వేగవంతమైన మరియు మరింత సమర్థవంతమైన డ్రైవ్‌ల అవసరం చాలా క్లిష్టమైనది.వాటి ప్రయోజనాలు ఉన్నప్పటికీ, సాంప్రదాయ డ్రైవ్‌లు ఖరీదైనవి మరియు నిర్వహించడానికి సమయం తీసుకుంటాయని నిరూపించబడింది.హైడ్రాలిక్ మరియు న్యూమాటిక్ యాక్యుయేటర్లు సంక్లిష్టమైనవి మరియు ఖరీదైనవి మరియు ధరించడం, లూబ్రికేషన్ సమస్యలు మరియు భాగాల వైఫల్యానికి లోబడి ఉంటాయి.డిమాండ్‌కు ప్రతిస్పందనగా, స్మార్ట్ మెటీరియల్‌ల ఆధారంగా ఖర్చుతో కూడుకున్న, సైజింగ్-ఆప్టిమైజ్ చేయబడిన మరియు అధునాతన యాక్యుయేటర్‌లను అభివృద్ధి చేయడంపై దృష్టి కేంద్రీకరించబడింది.కొనసాగుతున్న పరిశోధన ఈ అవసరాన్ని తీర్చడానికి షేప్ మెమరీ అల్లాయ్ (SMA) లేయర్డ్ యాక్యుయేటర్‌లను చూస్తోంది.క్రమానుగత యాక్యుయేటర్‌లు ప్రత్యేకమైనవి, అవి అనేక వివిక్త యాక్యుయేటర్‌లను రేఖాగణితంగా సంక్లిష్టమైన స్థూల స్కేల్ సబ్‌సిస్టమ్‌లుగా కలిపి పెరిగిన మరియు విస్తరించిన కార్యాచరణను అందిస్తాయి.ఈ విషయంలో, పైన వివరించిన మానవ కండర కణజాలం అటువంటి బహుళస్థాయి యాక్చుయేషన్ యొక్క అద్భుతమైన బహుళస్థాయి ఉదాహరణను అందిస్తుంది.ప్రస్తుత అధ్యయనం బిమోడల్ కండరాలలో ఉండే ఫైబర్ ఓరియంటేషన్‌లకు సమలేఖనం చేయబడిన అనేక వ్యక్తిగత డ్రైవ్ మూలకాలతో (SMA వైర్లు) బహుళ-స్థాయి SMA డ్రైవ్‌ను వివరిస్తుంది, ఇది మొత్తం డ్రైవ్ పనితీరును మెరుగుపరుస్తుంది.
యాక్యుయేటర్ యొక్క ముఖ్య ఉద్దేశ్యం విద్యుత్ శక్తిని మార్చడం ద్వారా శక్తి మరియు స్థానభ్రంశం వంటి యాంత్రిక శక్తి ఉత్పత్తిని ఉత్పత్తి చేయడం.షేప్ మెమరీ మిశ్రమాలు అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద వాటి ఆకారాన్ని పునరుద్ధరించగల "స్మార్ట్" పదార్థాల తరగతి.అధిక లోడ్‌ల కింద, SMA వైర్ యొక్క ఉష్ణోగ్రతలో పెరుగుదల ఆకృతి పునరుద్ధరణకు దారితీస్తుంది, దీని ఫలితంగా నేరుగా బంధించబడిన వివిధ స్మార్ట్ మెటీరియల్‌లతో పోలిస్తే అధిక యాక్చుయేషన్ శక్తి సాంద్రత ఏర్పడుతుంది.అదే సమయంలో, మెకానికల్ లోడ్ల క్రింద, SMA లు పెళుసుగా మారతాయి.కొన్ని పరిస్థితులలో, ఒక చక్రీయ లోడ్ యాంత్రిక శక్తిని గ్రహించి విడుదల చేయగలదు, రివర్సిబుల్ హిస్టెరెటిక్ ఆకార మార్పులను ప్రదర్శిస్తుంది.ఈ ప్రత్యేక లక్షణాలు SMAను సెన్సార్‌లు, వైబ్రేషన్ డంపింగ్ మరియు ముఖ్యంగా యాక్యుయేటర్‌లకు ఆదర్శంగా చేస్తాయి.దీన్ని దృష్టిలో ఉంచుకుని, SMA- ఆధారిత డ్రైవ్‌లపై చాలా పరిశోధనలు జరిగాయి.SMA-ఆధారిత యాక్యుయేటర్‌లు వివిధ రకాల అప్లికేషన్‌ల కోసం అనువాద మరియు భ్రమణ చలనాన్ని అందించడానికి రూపొందించబడ్డాయి13,14,15.కొన్ని రోటరీ యాక్యుయేటర్‌లు అభివృద్ధి చేయబడినప్పటికీ, పరిశోధకులు లీనియర్ యాక్యుయేటర్‌లపై ప్రత్యేక ఆసక్తిని కలిగి ఉన్నారు.ఈ లీనియర్ యాక్యుయేటర్‌లను మూడు రకాల యాక్యుయేటర్‌లుగా విభజించవచ్చు: వన్-డైమెన్షనల్, డిస్‌ప్లేస్‌మెంట్ మరియు డిఫరెన్షియల్ యాక్యుయేటర్స్ 16 .ప్రారంభంలో, SMA మరియు ఇతర సంప్రదాయ డ్రైవ్‌లతో కలిపి హైబ్రిడ్ డ్రైవ్‌లు సృష్టించబడ్డాయి.SMA-ఆధారిత హైబ్రిడ్ లీనియర్ యాక్యుయేటర్‌కు అటువంటి ఉదాహరణ ఏమిటంటే, DC మోటార్‌తో SMA వైర్‌ని ఉపయోగించడం ద్వారా సుమారు 100 N అవుట్‌పుట్ ఫోర్స్ మరియు గణనీయమైన స్థానభ్రంశం అందించబడుతుంది.
SMA ఆధారిత డ్రైవ్‌లలో మొదటి అభివృద్ధి SMA సమాంతర డ్రైవ్.బహుళ SMA వైర్‌లను ఉపయోగించి, SMA-ఆధారిత సమాంతర డ్రైవ్ అన్ని SMA18 వైర్‌లను సమాంతరంగా ఉంచడం ద్వారా డ్రైవ్ యొక్క శక్తి సామర్థ్యాన్ని పెంచడానికి రూపొందించబడింది.యాక్యుయేటర్ల సమాంతర కనెక్షన్‌కు ఎక్కువ శక్తి అవసరం మాత్రమే కాకుండా, ఒకే వైర్ యొక్క అవుట్‌పుట్ శక్తిని కూడా పరిమితం చేస్తుంది.SMA ఆధారిత యాక్యుయేటర్‌ల యొక్క మరొక ప్రతికూలత ఏమిటంటే అవి సాధించగల పరిమిత ప్రయాణం.ఈ సమస్యను పరిష్కరించడానికి, స్థానభ్రంశం పెంచడానికి మరియు సరళ చలనాన్ని సాధించడానికి విక్షేపం చేయబడిన సౌకర్యవంతమైన పుంజం కలిగి ఉన్న SMA కేబుల్ పుంజం సృష్టించబడింది, కానీ అధిక శక్తులను ఉత్పత్తి చేయలేదు.షేప్ మెమరీ మిశ్రమాల ఆధారంగా రోబోట్‌ల కోసం సాఫ్ట్ డిఫార్మబుల్ స్ట్రక్చర్‌లు మరియు ఫ్యాబ్రిక్‌లు ప్రధానంగా ఇంపాక్ట్ యాంప్లిఫికేషన్20,21,22 కోసం అభివృద్ధి చేయబడ్డాయి.అధిక వేగం అవసరమయ్యే అప్లికేషన్‌ల కోసం, మైక్రోపంప్ నడిచే అప్లికేషన్‌ల కోసం సన్నని ఫిల్మ్ SMAలను ఉపయోగించి కాంపాక్ట్ నడిచే పంపులు నివేదించబడ్డాయి.సన్నని ఫిల్మ్ SMA మెమ్బ్రేన్ యొక్క డ్రైవ్ ఫ్రీక్వెన్సీ డ్రైవర్ వేగాన్ని నియంత్రించడంలో కీలకమైన అంశం.అందువల్ల, SMA లీనియర్ మోటార్లు SMA స్ప్రింగ్ లేదా రాడ్ మోటార్‌ల కంటే మెరుగైన డైనమిక్ ప్రతిస్పందనను కలిగి ఉంటాయి.సాఫ్ట్ రోబోటిక్స్ మరియు గ్రిప్పింగ్ టెక్నాలజీ SMA-ఆధారిత యాక్యుయేటర్‌లను ఉపయోగించే రెండు ఇతర అప్లికేషన్‌లు.ఉదాహరణకు, 25 N స్పేస్ క్లాంప్‌లో ఉపయోగించిన స్టాండర్డ్ యాక్యుయేటర్‌ను భర్తీ చేయడానికి, షేప్ మెమరీ అల్లాయ్ పారలల్ యాక్యుయేటర్ 24 అభివృద్ధి చేయబడింది.మరొక సందర్భంలో, ఒక SMA సాఫ్ట్ యాక్యుయేటర్ 30 N గరిష్ట పుల్లింగ్ ఫోర్స్‌ని ఉత్పత్తి చేయగల ఎంబెడెడ్ మ్యాట్రిక్స్‌తో కూడిన వైర్ ఆధారంగా రూపొందించబడింది. వాటి యాంత్రిక లక్షణాల కారణంగా, జీవసంబంధమైన దృగ్విషయాలను అనుకరించే యాక్యుయేటర్‌లను ఉత్పత్తి చేయడానికి SMAలు కూడా ఉపయోగించబడతాయి.అటువంటి అభివృద్ధిలో 12-కణాల రోబోట్ ఉంది, ఇది SMAతో వానపాము లాంటి జీవి యొక్క బయోమిమెటిక్, ఇది అగ్నికి సైనూసోయిడల్ కదలికను ఉత్పత్తి చేస్తుంది.
ముందుగా చెప్పినట్లుగా, ఇప్పటికే ఉన్న SMA-ఆధారిత యాక్యుయేటర్ల నుండి పొందగలిగే గరిష్ట శక్తికి పరిమితి ఉంది.ఈ సమస్యను పరిష్కరించడానికి, ఈ అధ్యయనం బయోమిమెటిక్ బిమోడల్ కండరాల నిర్మాణాన్ని అందిస్తుంది.షేప్ మెమరీ అల్లాయ్ వైర్ ద్వారా నడపబడుతుంది.ఇది అనేక ఆకార మెమరీ అల్లాయ్ వైర్‌లను కలిగి ఉన్న వర్గీకరణ వ్యవస్థను అందిస్తుంది.ఈ రోజు వరకు, సాహిత్యంలో సారూప్య ఆర్కిటెక్చర్‌తో SMA-ఆధారిత యాక్యుయేటర్‌లు ఏవీ నివేదించబడలేదు.బిమోడల్ కండరాల అమరిక సమయంలో SMA యొక్క ప్రవర్తనను అధ్యయనం చేయడానికి SMA ఆధారంగా ఈ ప్రత్యేకమైన మరియు నవల వ్యవస్థ అభివృద్ధి చేయబడింది.ఇప్పటికే ఉన్న SMA-ఆధారిత యాక్యుయేటర్‌లతో పోలిస్తే, ఈ అధ్యయనం యొక్క లక్ష్యం ఒక చిన్న వాల్యూమ్‌లో గణనీయంగా అధిక శక్తులను ఉత్పత్తి చేయడానికి బయోమిమెటిక్ డిప్‌వాలరేట్ యాక్యుయేటర్‌ను రూపొందించడం.HVAC బిల్డింగ్ ఆటోమేషన్ మరియు కంట్రోల్ సిస్టమ్‌లలో ఉపయోగించే సాంప్రదాయిక స్టెప్పర్ మోటార్ డ్రైవ్‌లతో పోలిస్తే, ప్రతిపాదిత SMA-ఆధారిత బైమోడల్ డ్రైవ్ డిజైన్ డ్రైవ్ మెకానిజం బరువును 67% తగ్గిస్తుంది.కింది వాటిలో, "కండరాల" మరియు "డ్రైవ్" అనే పదాలు పరస్పరం మార్చుకోబడతాయి.ఈ అధ్యయనం అటువంటి డ్రైవ్ యొక్క మల్టీఫిజిక్స్ అనుకరణను పరిశీలిస్తుంది.అటువంటి వ్యవస్థల యొక్క యాంత్రిక ప్రవర్తన ప్రయోగాత్మక మరియు విశ్లేషణాత్మక పద్ధతుల ద్వారా అధ్యయనం చేయబడింది.శక్తి మరియు ఉష్ణోగ్రత పంపిణీలు 7 V యొక్క ఇన్‌పుట్ వోల్టేజ్ వద్ద మరింత పరిశోధించబడ్డాయి. తదనంతరం, కీ పారామితులు మరియు అవుట్‌పుట్ శక్తి మధ్య సంబంధాన్ని బాగా అర్థం చేసుకోవడానికి పారామెట్రిక్ విశ్లేషణ నిర్వహించబడింది.చివరగా, క్రమానుగత యాక్యుయేటర్‌లు ఊహించబడ్డాయి మరియు ప్రోస్తెటిక్ అప్లికేషన్‌ల కోసం నాన్-మాగ్నెటిక్ యాక్యుయేటర్‌లకు సంభావ్య భవిష్యత్ ప్రాంతంగా క్రమానుగత స్థాయి ప్రభావాలు ప్రతిపాదించబడ్డాయి.పైన పేర్కొన్న అధ్యయనాల ఫలితాల ప్రకారం, సింగిల్-స్టేజ్ ఆర్కిటెక్చర్ యొక్క ఉపయోగం నివేదించబడిన SMA-ఆధారిత యాక్యుయేటర్‌ల కంటే కనీసం నాలుగు నుండి ఐదు రెట్లు ఎక్కువ బలాలను ఉత్పత్తి చేస్తుంది.అదనంగా, బహుళ-స్థాయి బహుళ-స్థాయి డ్రైవ్ ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన అదే డ్రైవ్ ఫోర్స్ సాంప్రదాయ SMA-ఆధారిత డ్రైవ్‌ల కంటే పది రెట్లు ఎక్కువగా ఉన్నట్లు చూపబడింది.వివిధ డిజైన్‌లు మరియు ఇన్‌పుట్ వేరియబుల్స్ మధ్య సున్నితత్వ విశ్లేషణను ఉపయోగించి అధ్యయనం తర్వాత కీలక పారామితులను నివేదిస్తుంది.SMA వైర్ యొక్క ప్రారంభ పొడవు (\(l_0\)), పిన్నేట్ కోణం (\(\alpha\)) మరియు ఒక్కొక్క స్ట్రాండ్‌లోని సింగిల్ స్ట్రాండ్‌ల సంఖ్య (n) డ్రైవింగ్ ఫోర్స్ పరిమాణంపై బలమైన ప్రతికూల ప్రభావాన్ని చూపుతాయి.బలం, ఇన్‌పుట్ వోల్టేజ్ (శక్తి) సానుకూలంగా పరస్పర సంబంధం కలిగి ఉన్నట్లు తేలింది.
SMA వైర్ నికెల్-టైటానియం (Ni-Ti) మిశ్రమాల కుటుంబంలో కనిపించే షేప్ మెమరీ ఎఫెక్ట్ (SME)ని ప్రదర్శిస్తుంది.సాధారణంగా, SMAలు రెండు ఉష్ణోగ్రత ఆధారిత దశలను ప్రదర్శిస్తాయి: తక్కువ ఉష్ణోగ్రత దశ మరియు అధిక ఉష్ణోగ్రత దశ.విభిన్న క్రిస్టల్ నిర్మాణాల ఉనికి కారణంగా రెండు దశలు ప్రత్యేక లక్షణాలను కలిగి ఉంటాయి.పరివర్తన ఉష్ణోగ్రత కంటే ఎక్కువగా ఉన్న ఆస్టెనైట్ దశలో (అధిక ఉష్ణోగ్రత దశ), పదార్థం అధిక బలాన్ని ప్రదర్శిస్తుంది మరియు లోడ్ కింద పేలవంగా వైకల్యంతో ఉంటుంది.మిశ్రమం స్టెయిన్లెస్ స్టీల్ వలె ప్రవర్తిస్తుంది, కాబట్టి ఇది అధిక యాక్చుయేషన్ ఒత్తిడిని తట్టుకోగలదు.Ni-Ti మిశ్రమాల యొక్క ఈ లక్షణాన్ని సద్వినియోగం చేసుకుంటూ, SMA వైర్లు ఒక యాక్యుయేటర్‌ను ఏర్పరచడానికి వాలుగా ఉంటాయి.వివిధ పారామితులు మరియు వివిధ జ్యామితుల ప్రభావంతో SMA యొక్క ఉష్ణ ప్రవర్తన యొక్క ప్రాథమిక మెకానిక్‌లను అర్థం చేసుకోవడానికి తగిన విశ్లేషణాత్మక నమూనాలు అభివృద్ధి చేయబడ్డాయి.ప్రయోగాత్మక మరియు విశ్లేషణాత్మక ఫలితాల మధ్య మంచి ఒప్పందం పొందబడింది.
SMA ఆధారంగా బైమోడల్ డ్రైవ్ యొక్క పనితీరును అంచనా వేయడానికి అంజీర్ 9aలో చూపిన నమూనాపై ప్రయోగాత్మక అధ్యయనం నిర్వహించబడింది.ఈ లక్షణాలలో రెండు, డ్రైవ్ (కండరాల శక్తి) మరియు SMA వైర్ యొక్క ఉష్ణోగ్రత (SMA ఉష్ణోగ్రత) ద్వారా ఉత్పన్నమయ్యే శక్తి ప్రయోగాత్మకంగా కొలుస్తారు.డ్రైవ్‌లోని వైర్ యొక్క మొత్తం పొడవులో వోల్టేజ్ వ్యత్యాసం పెరగడంతో, జూల్ తాపన ప్రభావం కారణంగా వైర్ యొక్క ఉష్ణోగ్రత పెరుగుతుంది.ఇన్‌పుట్ వోల్టేజ్ రెండు 10-s సైకిల్స్‌లో (Fig. 2a, bలో ఎరుపు చుక్కలుగా చూపబడింది) ప్రతి చక్రం మధ్య 15-s శీతలీకరణ వ్యవధితో వర్తించబడుతుంది.నిరోధించే శక్తిని పైజోఎలెక్ట్రిక్ స్ట్రెయిన్ గేజ్ ఉపయోగించి కొలుస్తారు మరియు SMA వైర్ యొక్క ఉష్ణోగ్రత పంపిణీని నిజ సమయంలో శాస్త్రీయ-గ్రేడ్ హై-రిజల్యూషన్ LWIR కెమెరాను ఉపయోగించి పర్యవేక్షించారు (టేబుల్ 2లో ఉపయోగించిన పరికరాల లక్షణాలను చూడండి).అధిక వోల్టేజ్ దశలో, వైర్ యొక్క ఉష్ణోగ్రత మార్పు లేకుండా పెరుగుతుందని చూపిస్తుంది, అయితే కరెంట్ ప్రవహించనప్పుడు, వైర్ యొక్క ఉష్ణోగ్రత తగ్గుతూనే ఉంటుంది.ప్రస్తుత ప్రయోగాత్మక సెటప్‌లో, శీతలీకరణ దశలో SMA వైర్ యొక్క ఉష్ణోగ్రత పడిపోయింది, అయితే ఇది ఇప్పటికీ పరిసర ఉష్ణోగ్రత కంటే ఎక్కువగా ఉంది.అంజీర్ న.2e LWIR కెమెరా నుండి తీసిన SMA వైర్‌పై ఉష్ణోగ్రత యొక్క స్నాప్‌షాట్‌ను చూపుతుంది.మరోవైపు, అంజీర్లో.2a డ్రైవ్ సిస్టమ్ ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన నిరోధించే శక్తిని చూపుతుంది.కండరాల శక్తి వసంతకాలం యొక్క పునరుద్ధరణ శక్తిని అధిగమించినప్పుడు, మూర్తి 9aలో చూపిన విధంగా కదిలే చేయి, కదలడం ప్రారంభమవుతుంది.యాక్చుయేషన్ ప్రారంభమైన వెంటనే, కదిలే చేయి సెన్సార్‌తో సంబంధంలోకి వస్తుంది, అంజీర్‌లో చూపిన విధంగా శరీర శక్తిని సృష్టిస్తుంది.2c, d.గరిష్ట ఉష్ణోగ్రత \(84\,^{\circ}\hbox {C}\)కి దగ్గరగా ఉన్నప్పుడు, గమనించిన గరిష్ట శక్తి 105 N.
గ్రాఫ్ SMA వైర్ యొక్క ఉష్ణోగ్రత యొక్క ప్రయోగాత్మక ఫలితాలను చూపుతుంది మరియు రెండు చక్రాల సమయంలో SMA-ఆధారిత బైమోడల్ యాక్యుయేటర్ ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన శక్తి.ఇన్‌పుట్ వోల్టేజ్ రెండు 10 సెకన్ల సైకిళ్లలో (ఎరుపు చుక్కలుగా చూపబడింది) ప్రతి చక్రం మధ్య 15 సెకన్ల కూల్ డౌన్ వ్యవధితో వర్తించబడుతుంది.ప్రయోగాలకు ఉపయోగించిన SMA వైర్, Dynalloy, Inc. నుండి 0.51 mm వ్యాసం కలిగిన ఫ్లెక్సినాల్ వైర్. (a) గ్రాఫ్ రెండు చక్రాల ద్వారా పొందిన ప్రయోగాత్మక శక్తిని చూపుతుంది, (c, d) PACEline CFT/5kN పైజోఎలెక్ట్రిక్ ఫోర్స్ ట్రాన్స్‌డ్యూసర్‌పై కదిలే ఆర్మ్ యాక్యుయేటర్‌ల చర్యకు సంబంధించిన రెండు స్వతంత్ర ఉదాహరణలను చూపుతుంది. FLIR ResearchIR సాఫ్ట్‌వేర్ LWIR కెమెరాను ఉపయోగించి SMA వైర్ నుండి తీసిన నాప్‌షాట్.ప్రయోగాలలో పరిగణనలోకి తీసుకున్న రేఖాగణిత పారామితులు టేబుల్‌లో ఇవ్వబడ్డాయి.ఒకటి.
గణిత నమూనా యొక్క అనుకరణ ఫలితాలు మరియు ప్రయోగాత్మక ఫలితాలు Fig.5లో చూపిన విధంగా, 7V యొక్క ఇన్‌పుట్ వోల్టేజ్ పరిస్థితితో పోల్చబడతాయి.పారామెట్రిక్ విశ్లేషణ ఫలితాల ప్రకారం మరియు SMA వైర్ వేడెక్కడం యొక్క అవకాశాన్ని నివారించడానికి, 11.2 W యొక్క శక్తి యాక్యుయేటర్‌కు సరఫరా చేయబడింది.ఇన్‌పుట్ వోల్టేజ్‌గా 7Vని సరఫరా చేయడానికి ప్రోగ్రామబుల్ DC విద్యుత్ సరఫరా ఉపయోగించబడింది మరియు వైర్‌లో 1.6A కరెంట్ కొలుస్తారు.డ్రైవ్ ద్వారా ఉత్పన్నమయ్యే శక్తి మరియు కరెంట్ వర్తించినప్పుడు SDR యొక్క ఉష్ణోగ్రత పెరుగుతుంది.7V యొక్క ఇన్‌పుట్ వోల్టేజ్‌తో, మొదటి చక్రం యొక్క అనుకరణ ఫలితాలు మరియు ప్రయోగాత్మక ఫలితాల నుండి పొందిన గరిష్ట అవుట్‌పుట్ శక్తి వరుసగా 78 N మరియు 96 N.రెండవ చక్రంలో, అనుకరణ మరియు ప్రయోగాత్మక ఫలితాల గరిష్ట అవుట్‌పుట్ శక్తి వరుసగా 150 N మరియు 105 N.మూసివేత శక్తి కొలతలు మరియు ప్రయోగాత్మక డేటా మధ్య వ్యత్యాసం మూసివేత శక్తిని కొలవడానికి ఉపయోగించే పద్ధతి కారణంగా ఉండవచ్చు.అంజీర్‌లో చూపిన ప్రయోగాత్మక ఫలితాలు.5a లాకింగ్ ఫోర్స్ యొక్క కొలతకు అనుగుణంగా ఉంటుంది, ఇది అంజీర్‌లో చూపిన విధంగా డ్రైవ్ షాఫ్ట్ PACEline CFT/5kN పైజోఎలెక్ట్రిక్ ఫోర్స్ ట్రాన్స్‌డ్యూసర్‌తో సంబంధంలో ఉన్నప్పుడు కొలుస్తారు.2సె.అందువల్ల, డ్రైవ్ షాఫ్ట్ శీతలీకరణ జోన్ ప్రారంభంలో ఫోర్స్ సెన్సార్‌తో సంబంధంలో లేనప్పుడు, ఫిగ్ 2dలో చూపిన విధంగా శక్తి వెంటనే సున్నా అవుతుంది.అదనంగా, తదుపరి చక్రాలలో శక్తి ఏర్పడటాన్ని ప్రభావితం చేసే ఇతర పారామితులు శీతలీకరణ సమయం యొక్క విలువలు మరియు మునుపటి చక్రంలో ఉష్ణప్రసరణ ఉష్ణ బదిలీ యొక్క గుణకం.అంజీర్ నుండి.2b, 15 సెకన్ల శీతలీకరణ వ్యవధి తర్వాత, SMA వైర్ గది ఉష్ణోగ్రతను చేరుకోలేదు మరియు అందువల్ల మొదటి చక్రం (\(25\, ^{\circ}\hbox {C}\))తో పోలిస్తే రెండవ డ్రైవింగ్ చక్రంలో అధిక ప్రారంభ ఉష్ణోగ్రత (\(40\,^{\circ }\hbox {C}\)) ఉన్నట్లు చూడవచ్చు.అందువలన, మొదటి చక్రంతో పోలిస్తే, రెండవ తాపన చక్రంలో SMA వైర్ యొక్క ఉష్ణోగ్రత ముందుగా ప్రారంభ ఆస్టెనైట్ ఉష్ణోగ్రత (\(A_s\))కి చేరుకుంటుంది మరియు పరివర్తన వ్యవధిలో ఎక్కువ కాలం ఉంటుంది, ఫలితంగా ఒత్తిడి మరియు శక్తి ఏర్పడుతుంది.మరోవైపు, ప్రయోగాలు మరియు అనుకరణల నుండి పొందిన తాపన మరియు శీతలీకరణ చక్రాల సమయంలో ఉష్ణోగ్రత పంపిణీలు థర్మోగ్రాఫిక్ విశ్లేషణ నుండి ఉదాహరణలకు అధిక గుణాత్మక సారూప్యతను కలిగి ఉంటాయి.ప్రయోగాలు మరియు అనుకరణల నుండి SMA వైర్ థర్మల్ డేటా యొక్క తులనాత్మక విశ్లేషణ తాపన మరియు శీతలీకరణ చక్రాల సమయంలో మరియు ప్రయోగాత్మక డేటా కోసం ఆమోదయోగ్యమైన సహనంలో స్థిరత్వాన్ని చూపించింది.SMA వైర్ యొక్క గరిష్ట ఉష్ణోగ్రత, మొదటి చక్రం యొక్క అనుకరణ మరియు ప్రయోగాల ఫలితాల నుండి పొందబడింది, \(89\,^{\circ }\hbox {C}\) మరియు \(75\,^{\circ }\hbox {C }\, వరుసగా ), మరియు రెండవ చక్రంలో SMA గరిష్ట ఉష్ణోగ్రత \(C^_c }\(94\) \circ }\ hbox {C}\).ప్రాథమికంగా అభివృద్ధి చేయబడిన మోడల్ ఆకృతి మెమరీ ప్రభావం యొక్క ప్రభావాన్ని నిర్ధారిస్తుంది.ఈ సమీక్షలో అలసట మరియు వేడెక్కడం యొక్క పాత్ర పరిగణించబడలేదు.భవిష్యత్తులో, SMA వైర్ యొక్క ఒత్తిడి చరిత్రను చేర్చడానికి మోడల్ మెరుగుపరచబడుతుంది, ఇది ఇంజనీరింగ్ అనువర్తనాలకు మరింత అనుకూలంగా ఉంటుంది.సిమ్యులింక్ బ్లాక్ నుండి పొందిన డ్రైవ్ అవుట్‌పుట్ ఫోర్స్ మరియు SMA ఉష్ణోగ్రత ప్లాట్‌లు 7 V యొక్క ఇన్‌పుట్ వోల్టేజ్ పల్స్ యొక్క పరిస్థితిలో ప్రయోగాత్మక డేటా యొక్క అనుమతించదగిన సహనంలో ఉన్నాయి. ఇది అభివృద్ధి చెందిన గణిత నమూనా యొక్క ఖచ్చితత్వం మరియు విశ్వసనీయతను నిర్ధారిస్తుంది.
మెథడ్స్ విభాగంలో వివరించిన ప్రాథమిక సమీకరణాలను ఉపయోగించి MathWorks Simulink R2020b వాతావరణంలో గణిత నమూనా అభివృద్ధి చేయబడింది.అంజీర్ న.3b సిములింక్ గణిత నమూనా యొక్క బ్లాక్ రేఖాచిత్రాన్ని చూపుతుంది.Fig. 2a, bలో చూపిన విధంగా మోడల్ 7V ఇన్‌పుట్ వోల్టేజ్ పల్స్ కోసం అనుకరించబడింది.అనుకరణలో ఉపయోగించిన పారామితుల విలువలు టేబుల్ 1లో ఇవ్వబడ్డాయి. తాత్కాలిక ప్రక్రియల అనుకరణ ఫలితాలు గణాంకాలు 1 మరియు 1లో ప్రదర్శించబడ్డాయి. గణాంకాలు 3a మరియు 4. అంజీర్‌లో.4a,b SMA వైర్‌లోని ప్రేరేపిత వోల్టేజ్‌ను మరియు సమయ విధిగా యాక్యుయేటర్ ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన శక్తిని చూపుతుంది. రివర్స్ ట్రాన్స్‌ఫర్మేషన్ (తాపన) సమయంలో, SMA వైర్ ఉష్ణోగ్రత, \(T <A_s^{\prime}\) (స్ట్రెస్-మాడిఫైడ్ ఆస్టెనైట్ దశ ప్రారంభ ఉష్ణోగ్రత), మార్టెన్‌సైట్ వాల్యూమ్ భిన్నం (\(\dot{\xi }\)) మార్పు రేటు సున్నాగా ఉంటుంది. రివర్స్ ట్రాన్స్‌ఫర్మేషన్ (తాపన) సమయంలో, SMA వైర్ ఉష్ణోగ్రత, \(T <A_s^{\prime}\) (స్ట్రెస్-మాడిఫైడ్ ఆస్టెనైట్ దశ ప్రారంభ ఉష్ణోగ్రత), మార్టెన్‌సైట్ వాల్యూమ్ భిన్నం (\(\dot{\ xi }\)) మార్పు రేటు సున్నాగా ఉంటుంది. Во время обратного превращения (నాగ్రేవా), కోగ్దా టెంపెరటురా ప్రోవోలోకీ SMA, \(T <A_s^{\prime}\) (టెంపర్ నాట్ ы, ఆధునిక నాప్రియజెనియం), స్కోరోస్ట్ ఇజ్మెనెనియ ఒబ్డ్యూమ్నోయ్ డోలీ మార్టెన్సిట (\(\డాట్{\ xi }\) బుడ్ రివర్స్ ట్రాన్స్‌ఫర్మేషన్ (తాపన) సమయంలో, SMA వైర్ యొక్క ఉష్ణోగ్రత, \(T <A_s^{\prime}\) (స్ట్రెస్-మాడిఫైడ్ ఆస్టెనైట్ ప్రారంభ ఉష్ణోగ్రత), మార్టెన్‌సైట్ వాల్యూమ్ భిన్నం (\(\dot{\ xi }\ )) మార్పు రేటు సున్నాగా ఉంటుంది.在反向转变（加热）过程中，当SMA 线温度\(T <A_s^{\prime}\)（应力修正奥氏体相修正奥氏体相体体积分数的变化率（\(\dot{\ xi }\)) 将为零。在 反向 转变 При обратном превращении (నాగ్రేవ్) ప్రై టెంపరటురే ప్రోవోలోకీ СПФ \(T <A_s^{\prime}\) (టెంపెరటుర్ ప్రసూతి ప్రఖ్యాతి గాంచింది) SMA వైర్ \(T <A_s^{\prime}\) ఉష్ణోగ్రత వద్ద రివర్స్ ట్రాన్స్‌ఫర్మేషన్ (తాపన) సమయంలో (ఒత్తిడి కోసం సరిదిద్దబడిన ఆస్టెనైట్ దశ యొక్క న్యూక్లియేషన్ యొక్క ఉష్ణోగ్రత), మార్టెన్‌సైట్ (\( \dot{\ xi }\)) యొక్క వాల్యూమ్ భిన్నంలో మార్పు రేటు సున్నాకి సమానం అవుతుంది.అందువల్ల, ఒత్తిడి మార్పు రేటు (\(\dot{\sigma}\)) స్ట్రెయిన్ రేట్ (\(\dot{\epsilon}\)) మరియు ఉష్ణోగ్రత ప్రవణత (\(\dot{T} \) ) సమీకరణం (1) ఉపయోగించి మాత్రమే ఆధారపడి ఉంటుంది.అయినప్పటికీ, SMA వైర్ ఉష్ణోగ్రతలో పెరిగి (\(A_s^{\prime}\)) దాటినందున, ఆస్టెనైట్ దశ ఏర్పడటం ప్రారంభమవుతుంది మరియు (\(\dot{\xi}\)) సమీకరణం (3) యొక్క ఇచ్చిన విలువగా తీసుకోబడుతుంది.కాబట్టి, వోల్టేజ్ మార్పు రేటు (\(\dot{\sigma}\)) సంయుక్తంగా \(\dot{\epsilon}, \dot{T}\) మరియు \(\dot{\xi}\) ద్వారా ఫార్ములా (1)లో ఇచ్చిన దానికి సమానంగా నియంత్రించబడుతుంది.ఇది ఫిగ్. 4a, bలో చూపిన విధంగా, తాపన చక్రంలో సమయం-మారుతున్న ఒత్తిడి మరియు ఫోర్స్ మ్యాప్‌లలో గమనించిన ప్రవణత మార్పులను వివరిస్తుంది.
(a) SMA-ఆధారిత డైవాలరేట్ యాక్యుయేటర్‌లో ఉష్ణోగ్రత పంపిణీ మరియు ఒత్తిడి-ప్రేరిత జంక్షన్ ఉష్ణోగ్రతను చూపే అనుకరణ ఫలితం.వైర్ ఉష్ణోగ్రత తాపన దశలో ఆస్టెనైట్ పరివర్తన ఉష్ణోగ్రతను దాటినప్పుడు, సవరించిన ఆస్టెనైట్ పరివర్తన ఉష్ణోగ్రత పెరగడం ప్రారంభమవుతుంది మరియు అదేవిధంగా, వైర్ రాడ్ ఉష్ణోగ్రత శీతలీకరణ దశలో మార్టెన్సిటిక్ పరివర్తన ఉష్ణోగ్రతను దాటినప్పుడు, మార్టెన్సిటిక్ పరివర్తన ఉష్ణోగ్రత తగ్గుతుంది.యాక్చుయేషన్ ప్రక్రియ యొక్క విశ్లేషణాత్మక నమూనా కోసం SMA.(సిమ్యులింక్ మోడల్ యొక్క ప్రతి ఉపవ్యవస్థ యొక్క వివరణాత్మక వీక్షణ కోసం, అనుబంధ ఫైల్ యొక్క అనుబంధ విభాగాన్ని చూడండి.)
7V ఇన్‌పుట్ వోల్టేజ్ (10 సెకను వార్మప్ సైకిల్స్ మరియు 15 సెకను కూల్ డౌన్ సైకిల్స్) యొక్క రెండు చక్రాల కోసం వేర్వేరు పారామీటర్ డిస్ట్రిబ్యూషన్‌ల విశ్లేషణ ఫలితాలు చూపబడతాయి.(ac) మరియు (e) కాలక్రమేణా పంపిణీని వర్ణిస్తుంది, మరోవైపు, (d) మరియు (f) ఉష్ణోగ్రతతో పంపిణీని వివరిస్తాయి.సంబంధిత ఇన్‌పుట్ పరిస్థితుల కోసం, గరిష్టంగా గమనించిన ఒత్తిడి 106 MPa (345 MPa కంటే తక్కువ, వైర్ దిగుబడి బలం), శక్తి 150 N, గరిష్ట స్థానభ్రంశం 270 µm మరియు కనిష్ట మార్టెన్‌సిటిక్ వాల్యూమ్ భిన్నం 0.91.మరోవైపు, ఒత్తిడిలో మార్పు మరియు ఉష్ణోగ్రతతో మార్టెన్‌సైట్ వాల్యూమ్ భిన్నంలో మార్పు హిస్టెరిసిస్ లక్షణాలకు సమానంగా ఉంటుంది.
అదే వివరణ ఆస్టెనైట్ దశ నుండి మార్టెన్‌సైట్ దశకు ప్రత్యక్ష పరివర్తన (శీతలీకరణ)కు వర్తిస్తుంది, ఇక్కడ SMA వైర్ ఉష్ణోగ్రత (T) మరియు ఒత్తిడి-మార్పు చేసిన మార్టెన్‌సైట్ దశ (\(M_f^{\prime}\ )) యొక్క ముగింపు ఉష్ణోగ్రత అద్భుతమైనది.అంజీర్ న.4d,f రెండు డ్రైవింగ్ సైకిల్‌ల కోసం SMA వైర్ (T) యొక్క ఉష్ణోగ్రతలో మార్పు యొక్క విధిగా SMA వైర్‌లోని ప్రేరేపిత ఒత్తిడి (\(\ సిగ్మా\)) మరియు మార్టెన్‌సైట్ (\(\xi\)) యొక్క వాల్యూమ్ భిన్నాన్ని చూపుతుంది.అంజీర్ న.మూర్తి 3a ఇన్‌పుట్ వోల్టేజ్ పల్స్‌పై ఆధారపడి సమయంతో పాటు SMA వైర్ యొక్క ఉష్ణోగ్రతలో మార్పును చూపుతుంది.ఫిగర్ నుండి చూడగలిగినట్లుగా, సున్నా వోల్టేజ్ మరియు తదుపరి ఉష్ణప్రసరణ శీతలీకరణ వద్ద ఉష్ణ మూలాన్ని అందించడం ద్వారా వైర్ యొక్క ఉష్ణోగ్రత పెరుగుతూనే ఉంటుంది.వేడి చేసే సమయంలో, SMA వైర్ ఉష్ణోగ్రత (T) ఒత్తిడి-సరిదిద్దబడిన ఆస్టెనైట్ న్యూక్లియేషన్ ఉష్ణోగ్రత (\(A_s^{\prime}\))ను దాటినప్పుడు ఆస్టెనైట్ దశకు మార్టెన్‌సైట్ యొక్క పునఃపరివర్తన ప్రారంభమవుతుంది.ఈ దశలో, SMA వైర్ కంప్రెస్ చేయబడుతుంది మరియు యాక్యుయేటర్ శక్తిని ఉత్పత్తి చేస్తుంది.అలాగే శీతలీకరణ సమయంలో, SMA వైర్ (T) యొక్క ఉష్ణోగ్రత ఒత్తిడి-మార్పు చేసిన మార్టెన్‌సైట్ దశ (\(M_s^{\prime}\)) యొక్క న్యూక్లియేషన్ ఉష్ణోగ్రతను దాటినప్పుడు, ఆస్టెనైట్ దశ నుండి మార్టెన్‌సైట్ దశకు సానుకూల మార్పు ఉంటుంది.డ్రైవ్ ఫోర్స్ తగ్గుతుంది.
SMA ఆధారంగా బైమోడల్ డ్రైవ్ యొక్క ప్రధాన గుణాత్మక అంశాలను అనుకరణ ఫలితాల నుండి పొందవచ్చు.వోల్టేజ్ పల్స్ ఇన్‌పుట్ విషయంలో, జూల్ హీటింగ్ ఎఫెక్ట్ కారణంగా SMA వైర్ యొక్క ఉష్ణోగ్రత పెరుగుతుంది.మెటీరియల్ ప్రారంభంలో పూర్తిగా మార్టెన్సిటిక్ దశలో ఉన్నందున, మార్టెన్‌సైట్ వాల్యూమ్ భిన్నం (\(\xi\)) యొక్క ప్రారంభ విలువ 1కి సెట్ చేయబడింది.వైర్ వేడెక్కడం కొనసాగుతుండగా, SMA వైర్ యొక్క ఉష్ణోగ్రత ఒత్తిడి-సరిదిద్దబడిన ఆస్టెనైట్ న్యూక్లియేషన్ ఉష్ణోగ్రత \(A_s^{\prime}\) కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది, దీని ఫలితంగా మార్టెన్‌సైట్ వాల్యూమ్ భిన్నం మూర్తి 4cలో చూపిన విధంగా తగ్గుతుంది.అదనంగా, అంజీర్ లో.4e సమయం లో యాక్యుయేటర్ యొక్క స్ట్రోక్స్ పంపిణీని చూపిస్తుంది మరియు అంజీర్లో.5 - సమయం విధిగా చోదక శక్తి.సంబంధిత సమీకరణాల వ్యవస్థలో ఉష్ణోగ్రత, మార్టెన్‌సైట్ వాల్యూమ్ భిన్నం మరియు వైర్‌లో అభివృద్ధి చెందే ఒత్తిడి ఉంటాయి, దీని ఫలితంగా SMA వైర్ మరియు యాక్చుయేటర్ ద్వారా ఉత్పన్నమయ్యే శక్తి తగ్గిపోతుంది.అంజీర్లో చూపిన విధంగా.4d,f, ఉష్ణోగ్రతతో వోల్టేజ్ వైవిధ్యం మరియు ఉష్ణోగ్రతతో మార్టెన్‌సైట్ వాల్యూమ్ భిన్నం 7 V వద్ద అనుకరణ సందర్భంలో SMA యొక్క హిస్టెరిసిస్ లక్షణాలకు అనుగుణంగా ఉంటాయి.
డ్రైవింగ్ పారామితుల పోలిక ప్రయోగాలు మరియు విశ్లేషణాత్మక గణనల ద్వారా పొందబడింది.వైర్లు 10 సెకన్ల పాటు 7 V యొక్క పల్సెడ్ ఇన్‌పుట్ వోల్టేజ్‌కి లోబడి, రెండు చక్రాల ద్వారా 15 సెకన్ల (శీతలీకరణ దశ) వరకు చల్లబడతాయి.పిన్నేట్ కోణం \(40^{\circ}\)కి సెట్ చేయబడింది మరియు ప్రతి ఒక్క పిన్ లెగ్‌లో SMA వైర్ యొక్క ప్రారంభ పొడవు 83mmకి సెట్ చేయబడింది.(ఎ) లోడ్ సెల్‌తో చోదక శక్తిని కొలవడం (బి) థర్మల్ ఇన్‌ఫ్రారెడ్ కెమెరాతో వైర్ ఉష్ణోగ్రతను పర్యవేక్షించడం.
డ్రైవ్ ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన శక్తిపై భౌతిక పారామితుల ప్రభావాన్ని అర్థం చేసుకోవడానికి, ఎంచుకున్న భౌతిక పారామితులకు గణిత నమూనా యొక్క సున్నితత్వం యొక్క విశ్లేషణ నిర్వహించబడింది మరియు పారామితులు వాటి ప్రభావం ప్రకారం ర్యాంక్ చేయబడ్డాయి.మొదట, మోడల్ పారామితుల యొక్క నమూనా ఏకరీతి పంపిణీని అనుసరించే ప్రయోగాత్మక రూపకల్పన సూత్రాలను ఉపయోగించి చేయబడింది (సున్నితత్వ విశ్లేషణపై అనుబంధ విభాగం చూడండి).ఈ సందర్భంలో, మోడల్ పారామితులలో ఇన్‌పుట్ వోల్టేజ్ (\(V_{in}\)), ప్రారంభ SMA వైర్ పొడవు (\(l_0\)), ట్రయాంగిల్ యాంగిల్ (\(\alpha\)), బయాస్ స్ప్రింగ్ స్థిరాంకం (\( K_x\ )), ఉష్ణప్రసరణ ఉష్ణ బదిలీ గుణకం (\(h_T\)) మరియు ఏకరీతి శాఖల సంఖ్య (n) ఉంటాయి.తదుపరి దశలో, గరిష్ట కండరాల బలం అధ్యయన రూపకల్పన అవసరంగా ఎంపిక చేయబడింది మరియు బలంపై ప్రతి సెట్ వేరియబుల్స్ యొక్క పారామెట్రిక్ ప్రభావాలు పొందబడ్డాయి.సెన్సిటివిటీ విశ్లేషణ కోసం సుడిగాలి ప్లాట్లు అంజీర్ 6aలో చూపిన విధంగా ప్రతి పరామితికి సహసంబంధ గుణకాల నుండి తీసుకోబడ్డాయి.
(ఎ) మోడల్ పారామితుల యొక్క సహసంబంధ గుణకం విలువలు మరియు పై మోడల్ పారామితుల యొక్క 2500 ప్రత్యేక సమూహాల గరిష్ట అవుట్‌పుట్ శక్తిపై వాటి ప్రభావం సుడిగాలి ప్లాట్‌లో చూపబడింది.గ్రాఫ్ అనేక సూచికల ర్యాంక్ సహసంబంధాన్ని చూపుతుంది.\(V_{in}\) అనేది ధనాత్మక సహసంబంధం ఉన్న ఏకైక పరామితి మరియు అత్యధిక ప్రతికూల సహసంబంధం ఉన్న పరామితి \(l_0\) అని స్పష్టంగా ఉంది.గరిష్ట కండరాల బలంపై వివిధ కలయికలలోని వివిధ పారామితుల ప్రభావం (బి, సి)లో చూపబడింది.\(K_x\) 400 నుండి 800 N/m వరకు మరియు n పరిధులు 4 నుండి 24 వరకు ఉంటాయి. వోల్టేజ్ (\(V_{in}\)) 4V నుండి 10Vకి మార్చబడింది, వైర్ పొడవు (\(l_{0} \)) 40 నుండి 100 మిమీకి మార్చబడింది మరియు తోక \0 నుండి 100 mm వరకు మార్చబడింది (\) \c – 6 కోణం (\) ci }\).
అంజీర్ న.6a పీక్ డ్రైవ్ ఫోర్స్ డిజైన్ అవసరాలతో ప్రతి పరామితికి వివిధ సహసంబంధ గుణకాల యొక్క సుడిగాలి ప్లాట్‌ను చూపుతుంది.అంజీర్ నుండి.6a వోల్టేజ్ పరామితి (\(V_{in}\)) గరిష్ట అవుట్‌పుట్ శక్తికి నేరుగా సంబంధించినదని మరియు ఉష్ణప్రసరణ ఉష్ణ బదిలీ గుణకం (\(h_T\)), జ్వాల కోణం (\ (\alpha\)) , స్థానభ్రంశం స్ప్రింగ్ స్థిరాంకం ( \(K_x\)) ప్రతికూలంగా సంబంధం కలిగి ఉన్నట్లు చూడవచ్చు (\(l) వైర్ యొక్క అవుట్‌పుట్ బలం (\) మరియు బ్రాంచ్ యొక్క ప్రారంభ సంఖ్య (\) యొక్క ప్రారంభ సంఖ్య n) ప్రత్యక్ష సహసంబంధం విషయంలో బలమైన విలోమ సహసంబంధాన్ని చూపుతుంది, వోల్టేజ్ సహసంబంధ గుణకం యొక్క అధిక విలువ విషయంలో (\(V_ {in}\)) ఈ పరామితి పవర్ అవుట్‌పుట్‌పై అత్యధిక ప్రభావాన్ని చూపుతుందని సూచిస్తుంది.మరొక సారూప్య విశ్లేషణ అంజీర్ 6b, cలో చూపిన విధంగా, రెండు గణన ఖాళీల యొక్క విభిన్న కలయికలలో వేర్వేరు పారామితుల ప్రభావాన్ని మూల్యాంకనం చేయడం ద్వారా గరిష్ట శక్తిని కొలుస్తుంది.\(V_{in}\) మరియు \(l_0\), \(\alpha\) మరియు \(l_0\) ఒకే విధమైన నమూనాలను కలిగి ఉన్నాయి మరియు గ్రాఫ్ \(V_{in}\) మరియు \(\alpha\ ) మరియు \(\alpha\) ఒకే విధమైన నమూనాలను కలిగి ఉన్నట్లు చూపిస్తుంది.\(l_0\) యొక్క చిన్న విలువలు అధిక పీక్ శక్తులకు దారితీస్తాయి.ఇతర రెండు ప్లాట్లు మూర్తి 6aకి అనుగుణంగా ఉంటాయి, ఇక్కడ n మరియు \(K_x\) ప్రతికూలంగా పరస్పర సంబంధం కలిగి ఉంటాయి మరియు \(V_{in}\) సానుకూలంగా పరస్పర సంబంధం కలిగి ఉంటాయి.ఈ విశ్లేషణ డ్రైవింగ్ సిస్టమ్ యొక్క అవుట్‌పుట్ ఫోర్స్, స్ట్రోక్ మరియు సామర్థ్యాన్ని అవసరాలు మరియు అనువర్తనానికి అనుగుణంగా ఉండేలా ప్రభావితం చేసే పారామితులను నిర్వచించడానికి మరియు సర్దుబాటు చేయడానికి సహాయపడుతుంది.
ప్రస్తుత పరిశోధన పని N స్థాయిలతో క్రమానుగత డ్రైవ్‌లను పరిచయం చేస్తుంది మరియు పరిశోధిస్తుంది.అంజీర్ 7aలో చూపిన విధంగా రెండు-స్థాయి సోపానక్రమంలో, మొదటి స్థాయి యాక్యుయేటర్ యొక్క ప్రతి SMA వైర్‌కు బదులుగా, అంజీర్‌లో చూపిన విధంగా ద్విపద అమరిక సాధించబడుతుంది.9e.అంజీర్ న.7c రేఖాంశ దిశలో మాత్రమే కదిలే ఒక కదిలే చేయి (సహాయక చేయి) చుట్టూ SMA వైర్ ఎలా గాయపడిందో చూపిస్తుంది.అయినప్పటికీ, ప్రాథమిక కదిలే చేయి 1వ దశ బహుళ-దశల యాక్యుయేటర్ యొక్క కదిలే చేయి వలెనే కదులుతుంది.సాధారణంగా, \(N-1\) స్టేజ్ SMA వైర్‌ని మొదటి-దశ డ్రైవ్‌తో భర్తీ చేయడం ద్వారా N-స్టేజ్ డ్రైవ్ సృష్టించబడుతుంది.ఫలితంగా, ప్రతి శాఖ మొదటి దశ డ్రైవ్‌ను అనుకరిస్తుంది, వైర్‌ను కలిగి ఉన్న శాఖ మినహా.ఈ విధంగా, ప్రాథమిక డ్రైవ్‌ల శక్తుల కంటే అనేక రెట్లు అధికంగా ఉండే శక్తులను సృష్టించే సమూహ నిర్మాణాలు ఏర్పడతాయి.ఈ అధ్యయనంలో, ప్రతి స్థాయికి, Fig. 7dలో పట్టిక ఆకృతిలో చూపిన విధంగా, 1 m మొత్తం ప్రభావవంతమైన SMA వైర్ పొడవు పరిగణనలోకి తీసుకోబడింది.ప్రతి యూనిమోడల్ డిజైన్‌లోని ప్రతి వైర్ ద్వారా కరెంట్ మరియు ప్రతి SMA వైర్ సెగ్మెంట్‌లోని ప్రిస్ట్రెస్ మరియు వోల్టేజ్ ప్రతి స్థాయిలో ఒకే విధంగా ఉంటాయి.మా విశ్లేషణాత్మక నమూనా ప్రకారం, అవుట్‌పుట్ శక్తి స్థాయితో సానుకూలంగా సంబంధం కలిగి ఉంటుంది, అయితే స్థానభ్రంశం ప్రతికూలంగా పరస్పర సంబంధం కలిగి ఉంటుంది.అదే సమయంలో, స్థానభ్రంశం మరియు కండరాల బలం మధ్య వర్తకం జరిగింది.అంజీర్లో చూసినట్లుగా.7b, అత్యధిక సంఖ్యలో లేయర్‌లలో గరిష్ట శక్తిని సాధించినప్పుడు, అతి పెద్ద స్థానభ్రంశం అత్యల్ప పొరలో గమనించబడుతుంది.క్రమానుగత స్థాయి \(N=5\)కి సెట్ చేయబడినప్పుడు, 2 గమనించిన స్ట్రోక్‌లతో 2.58 kN యొక్క గరిష్ట కండర శక్తి కనుగొనబడింది \(\upmu\)m.మరోవైపు, మొదటి దశ డ్రైవ్ 277 \(\upmu\)m స్ట్రోక్ వద్ద 150 N శక్తిని ఉత్పత్తి చేస్తుంది.బహుళ-స్థాయి యాక్యుయేటర్‌లు నిజమైన జీవసంబంధమైన కండరాలను అనుకరించగలవు, ఇక్కడ ఆకృతి మెమరీ మిశ్రమాలపై ఆధారపడిన కృత్రిమ కండరాలు ఖచ్చితమైన మరియు సున్నితమైన కదలికలతో గణనీయంగా అధిక శక్తులను ఉత్పత్తి చేయగలవు.ఈ సూక్ష్మీకరించిన డిజైన్ యొక్క పరిమితులు ఏమిటంటే, సోపానక్రమం పెరిగేకొద్దీ, కదలిక బాగా తగ్గిపోతుంది మరియు డ్రైవ్ తయారీ ప్రక్రియ యొక్క సంక్లిష్టత పెరుగుతుంది.
(ఎ) రెండు-దశల (\(N=2\)) లేయర్డ్ షేప్ మెమరీ అల్లాయ్ లీనియర్ యాక్యుయేటర్ సిస్టమ్ బైమోడల్ కాన్ఫిగరేషన్‌లో చూపబడింది.మొదటి దశ లేయర్డ్ యాక్యుయేటర్‌లోని SMA వైర్‌ను మరొక సింగిల్ స్టేజ్ లేయర్డ్ యాక్యుయేటర్‌తో భర్తీ చేయడం ద్వారా ప్రతిపాదిత మోడల్ సాధించబడుతుంది.(సి) రెండవ దశ మల్టీలేయర్ యాక్యుయేటర్ యొక్క వికృతమైన కాన్ఫిగరేషన్.(బి) స్థాయిల సంఖ్యను బట్టి బలగాల పంపిణీ మరియు స్థానభ్రంశం వివరించబడింది.యాక్యుయేటర్ యొక్క పీక్ ఫోర్స్ గ్రాఫ్‌లోని స్కేల్ స్థాయితో సానుకూలంగా సంబంధం కలిగి ఉందని కనుగొనబడింది, అయితే స్ట్రోక్ స్కేల్ స్థాయితో ప్రతికూలంగా సంబంధం కలిగి ఉంటుంది.ప్రతి వైర్‌లోని కరెంట్ మరియు ప్రీ-వోల్టేజ్ అన్ని స్థాయిలలో స్థిరంగా ఉంటాయి.(d) పట్టిక ట్యాప్‌ల సంఖ్య మరియు ప్రతి స్థాయిలో SMA వైర్ (ఫైబర్) పొడవును చూపుతుంది.వైర్ల లక్షణాలు ఇండెక్స్ 1 ద్వారా సూచించబడతాయి మరియు ద్వితీయ శాఖల సంఖ్య (ప్రాధమిక లెగ్‌కు అనుసంధానించబడినది) సబ్‌స్క్రిప్ట్‌లోని అతిపెద్ద సంఖ్య ద్వారా సూచించబడుతుంది.ఉదాహరణకు, స్థాయి 5 వద్ద, \(n_1\) అనేది ప్రతి ద్విపద నిర్మాణంలో ఉన్న SMA వైర్ల సంఖ్యను సూచిస్తుంది మరియు \(n_5\) సహాయక కాళ్ల సంఖ్యను సూచిస్తుంది (ఒకటి ప్రధాన కాలుకు కనెక్ట్ చేయబడింది).
దశ పరివర్తనతో సంబంధం ఉన్న క్రిస్టల్ నిర్మాణంలో స్థూల మార్పులతో కూడిన థర్మోమెకానికల్ లక్షణాలపై ఆధారపడి ఉండే షేప్ మెమరీతో SMAల ప్రవర్తనను మోడల్ చేయడానికి అనేక మంది పరిశోధకులు వివిధ పద్ధతులను ప్రతిపాదించారు.నిర్మాణాత్మక పద్ధతుల సూత్రీకరణ అంతర్గతంగా సంక్లిష్టమైనది.అత్యంత సాధారణంగా ఉపయోగించే దృగ్విషయ నమూనా తనకా28చే ప్రతిపాదించబడింది మరియు ఇంజనీరింగ్ అప్లికేషన్‌లలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతుంది.తనకా [28] ప్రతిపాదించిన దృగ్విషయ నమూనా మార్టెన్‌సైట్ యొక్క వాల్యూమ్ భిన్నం ఉష్ణోగ్రత మరియు ఒత్తిడి యొక్క ఘాతాంక విధి అని ఊహిస్తుంది.తరువాత, లియాంగ్ మరియు రోజర్స్29 మరియు బ్రిన్సన్30 ఒక నమూనాను ప్రతిపాదించారు, దీనిలో దశ పరివర్తన డైనమిక్స్ వోల్టేజ్ మరియు ఉష్ణోగ్రత యొక్క కొసైన్ ఫంక్షన్‌గా భావించబడింది, మోడల్‌కు స్వల్ప మార్పులతో.బెకర్ మరియు బ్రిన్సన్ ఏకపక్ష లోడ్ పరిస్థితులు మరియు పాక్షిక పరివర్తనాల క్రింద SMA పదార్థాల ప్రవర్తనను రూపొందించడానికి దశ రేఖాచిత్రం ఆధారిత గతి నమూనాను ప్రతిపాదించారు.బెనర్జీ32 బెక్కర్ మరియు బ్రిన్సన్31 ఫేజ్ డయాగ్రామ్ డైనమిక్స్ మెథడ్‌ని ఉపయోగించి ఎలహినియా మరియు అహ్మదీయన్33చే అభివృద్ధి చేయబడిన ఒక డిగ్రీ ఫ్రీడమ్ మానిప్యులేటర్‌ని అనుకరించారు.దశ రేఖాచిత్రాలపై ఆధారపడిన గతి పద్ధతులు, ఉష్ణోగ్రతతో పాటు వోల్టేజ్‌లో నాన్‌మోనోటోనిక్ మార్పును పరిగణనలోకి తీసుకుంటాయి, ఇంజనీరింగ్ అప్లికేషన్‌లలో అమలు చేయడం కష్టం.ఎలాఖినియా మరియు అహ్మదీయన్‌లు ఇప్పటికే ఉన్న దృగ్విషయ నమూనాల యొక్క ఈ లోపాలపై దృష్టిని ఆకర్షిస్తారు మరియు ఏదైనా సంక్లిష్టమైన లోడింగ్ పరిస్థితులలో షేప్ మెమరీ ప్రవర్తనను విశ్లేషించడానికి మరియు నిర్వచించడానికి విస్తరించిన దృగ్విషయ నమూనాను ప్రతిపాదించారు.
SMA వైర్ యొక్క నిర్మాణ నమూనా ఒత్తిడి (\(\ సిగ్మా\)), స్ట్రెయిన్ (\(\epsilon\)), ఉష్ణోగ్రత (T), మరియు SMA వైర్ యొక్క మార్టెన్‌సైట్ వాల్యూమ్ భిన్నం (\(\xi\)) ఇస్తుంది.దృగ్విషయ నిర్మాణ నమూనా మొదట తనకా28చే ప్రతిపాదించబడింది మరియు తరువాత లియాంగ్29 మరియు బ్రిన్సన్30చే స్వీకరించబడింది.సమీకరణం యొక్క ఉత్పన్నం రూపాన్ని కలిగి ఉంటుంది:
ఇక్కడ E అనేది \(\ డిస్ప్లేస్టైల్ E=\xi E_M + (1-\xi )E_A\) మరియు \(E_A\) మరియు \(E_M\) ఉపయోగించి పొందబడిన దశ ఆధారిత SMA యంగ్ యొక్క మాడ్యులస్, యంగ్ యొక్క మాడ్యులస్‌ను సూచించేవి వరుసగా ఆస్టెనిటిక్ మరియు మార్టెన్‌సిటిక్ దశలు, మరియు \T యొక్క గుణకం \\\\\ని గుణకం ద్వారా సూచించబడతాయి.దశ పరివర్తన సహకారం అంశం \(\Omega = -E \epsilon _L\) మరియు \(\epsilon _L\) అనేది SMA వైర్‌లో గరిష్టంగా రికవరీ చేయగల స్ట్రెయిన్.
దశ డైనమిక్స్ సమీకరణం లియాంగ్ 29 అభివృద్ధి చేసిన కొసైన్ ఫంక్షన్‌తో సమానంగా ఉంటుంది మరియు తనకా28 ప్రతిపాదించిన ఎక్స్‌పోనెన్షియల్ ఫంక్షన్‌కు బదులుగా బ్రిన్సన్30 చేత స్వీకరించబడింది.దశ పరివర్తన నమూనా అనేది ఎలాఖినియా మరియు అహ్మదీయన్ 34 ప్రతిపాదించిన మోడల్ యొక్క పొడిగింపు మరియు లియాంగ్ 29 మరియు బ్రిన్సన్ 30 అందించిన దశ పరివర్తన పరిస్థితుల ఆధారంగా సవరించబడింది.ఈ దశ పరివర్తన నమూనా కోసం ఉపయోగించే పరిస్థితులు సంక్లిష్ట థర్మోమెకానికల్ లోడ్‌ల క్రింద చెల్లుబాటు అవుతాయి.ప్రతి క్షణంలో, కాన్‌స్టిట్యూటివ్ ఈక్వేషన్‌ను మోడల్ చేసేటప్పుడు మార్టెన్‌సైట్ వాల్యూమ్ భిన్నం యొక్క విలువ లెక్కించబడుతుంది.
తాపన పరిస్థితులలో మార్టెన్‌సైట్‌ను ఆస్టెనైట్‌గా మార్చడం ద్వారా వ్యక్తీకరించబడిన పాలక పునఃపరివర్తన సమీకరణం క్రింది విధంగా ఉంది:
ఇక్కడ \(\xi\) అనేది మార్టెన్‌సైట్ యొక్క వాల్యూమ్ భిన్నం, \(\xi _M\) అనేది వేడి చేయడానికి ముందు పొందిన మార్టెన్‌సైట్ యొక్క వాల్యూమ్ భిన్నం, \(\డిస్‌ప్లేస్టైల్ a_A = \pi /(A_f – A_s)\), \ ( \ డిస్‌ప్లేస్టైల్ b_A = -a_A/C_A\) మరియు \(C_A అనువర్తనం, పారా S_A, ఉష్ణోగ్రత – పారామితి \) మరియు \(A_f\) – ఆస్టెనైట్ దశ యొక్క ప్రారంభం మరియు ముగింపు, వరుసగా, ఉష్ణోగ్రత.
ప్రత్యక్ష పరివర్తన నియంత్రణ సమీకరణం, శీతలీకరణ పరిస్థితులలో మార్టెన్‌సైట్‌గా ఆస్టెనైట్ యొక్క దశ రూపాంతరం ద్వారా ప్రాతినిధ్యం వహిస్తుంది:
ఇక్కడ \(\xi _A\) అనేది శీతలీకరణకు ముందు పొందిన మార్టెన్‌సైట్ యొక్క వాల్యూమ్ భిన్నం, \(\displaystyle a_M = \pi /(M_s – M_f)\), \(\displaystyle b_M = -a_M/C_M\) మరియు \ (C_M \) – కర్వ్ ఫిట్టింగ్ పారామితులు, T – SMA వైర్‌లు, ప్రారంభ ఉష్ణోగ్రతలు వరుసగా.
సమీకరణాలు (3) మరియు (4) వేరు చేయబడిన తర్వాత, విలోమ మరియు ప్రత్యక్ష పరివర్తన సమీకరణాలు క్రింది రూపానికి సరళీకరించబడతాయి:
ఫార్వర్డ్ మరియు బ్యాక్‌వర్డ్ పరివర్తన సమయంలో \(\eta _{\sigma}\) మరియు \(\eta _{T}\) వేర్వేరు విలువలను తీసుకుంటాయి.\(\eta _{\sigma}\) మరియు \(\eta _{T}\)తో అనుబంధించబడిన ప్రాథమిక సమీకరణాలు ఉత్పన్నం చేయబడ్డాయి మరియు అదనపు విభాగంలో వివరంగా చర్చించబడ్డాయి.
SMA వైర్ యొక్క ఉష్ణోగ్రతను పెంచడానికి అవసరమైన ఉష్ణ శక్తి జూల్ తాపన ప్రభావం నుండి వస్తుంది.SMA వైర్ ద్వారా గ్రహించబడిన లేదా విడుదల చేయబడిన ఉష్ణ శక్తి పరివర్తన యొక్క గుప్త వేడి ద్వారా సూచించబడుతుంది.SMA వైర్‌లోని ఉష్ణ నష్టం బలవంతపు ఉష్ణప్రసరణ కారణంగా సంభవిస్తుంది మరియు రేడియేషన్ యొక్క అతితక్కువ ప్రభావంతో, ఉష్ణ శక్తి సమతుల్య సమీకరణం క్రింది విధంగా ఉంటుంది:
\(m_{wire}\) అనేది SMA వైర్ యొక్క మొత్తం ద్రవ్యరాశి, \(c_{p}\) అనేది SMA యొక్క నిర్దిష్ట ఉష్ణ సామర్థ్యం, ​​\(V_{in}\) అనేది వైర్‌కి వర్తించే వోల్టేజ్, \(R_{ohm} \ ) – దశ-ఆధారిత ప్రతిఘటన SMA, ఇలా నిర్వచించబడింది;\(R_{ohm} = (l/A_{cross})[\xi r_M + (1-\xi )r_A]\ ) ఇక్కడ \(r_M\) మరియు \(r_A\) వరుసగా మార్టెన్‌సైట్ మరియు ఆస్టెనైట్‌లలో SMA ఫేజ్ రెసిస్టివిటీ, \(A_{c}\) అనేది \(A_{c}\) అనేది \(A_{c}\) అనేది \(A_{c}\) యొక్క మొత్తం వైర్ యొక్క వైర్ \\వైర్ యొక్క పరివర్తన యొక్క గుప్త వేడి, T మరియు \(T_{\infty}\) వరుసగా SMA వైర్ మరియు పర్యావరణం యొక్క ఉష్ణోగ్రతలు.
షేప్ మెమరీ అల్లాయ్ వైర్ యాక్టివేట్ అయినప్పుడు, వైర్ కంప్రెస్ అవుతుంది, బైమోడల్ డిజైన్‌లోని ప్రతి శాఖలో ఫైబర్ ఫోర్స్ అని పిలువబడే శక్తిని సృష్టిస్తుంది.SMA వైర్‌లోని ప్రతి స్ట్రాండ్‌లోని ఫైబర్‌ల శక్తులు కలిసి అంజీర్ 9eలో చూపిన విధంగా కండరాల శక్తిని ప్రేరేపిస్తాయి.బయాసింగ్ స్ప్రింగ్ ఉన్నందున, Nth మల్టీలేయర్ యాక్యుయేటర్ యొక్క మొత్తం కండరాల శక్తి:
\(N = 1\) ను సమీకరణం (7)గా మార్చడం ద్వారా, మొదటి దశ బైమోడల్ డ్రైవ్ ప్రోటోటైప్ యొక్క కండరాల బలాన్ని ఈ క్రింది విధంగా పొందవచ్చు:
ఇక్కడ n అనేది ఏకరీతి కాళ్ల సంఖ్య, \(F_m\) అనేది డ్రైవ్ ద్వారా ఉత్పన్నమయ్యే కండర శక్తి, \(F_f\) అనేది SMA వైర్‌లోని ఫైబర్ బలం, \(K_x\) అనేది బయాస్ దృఢత్వం.వసంతం, \(\alpha\) అనేది త్రిభుజం యొక్క కోణం, \(x_0\) అనేది SMA కేబుల్‌ను ప్రీ-టెన్షన్డ్ స్థానంలో ఉంచడానికి బయాస్ స్ప్రింగ్ యొక్క ప్రారంభ ఆఫ్‌సెట్ మరియు \(\Delta x\) అనేది యాక్యుయేటర్ ట్రావెల్.
Nవ దశ యొక్క SMA వైర్‌పై వోల్టేజ్ (\(\సిగ్మా\)) మరియు స్ట్రెయిన్ (\(\epsilon\)) ఆధారంగా డ్రైవ్ యొక్క మొత్తం స్థానభ్రంశం లేదా కదలిక (\(\Delta x\)), డ్రైవ్ సెట్ చేయబడింది (అంజీర్ చూడండి. అవుట్‌పుట్ యొక్క అదనపు భాగం):
కైనమాటిక్ సమీకరణాలు డ్రైవ్ డిఫార్మేషన్ (\(\epsilon\)) మరియు డిస్ ప్లేస్‌మెంట్ లేదా డిస్ ప్లేస్‌మెంట్ (\(\Delta x\)) మధ్య సంబంధాన్ని అందిస్తాయి.ప్రారంభ Arb వైర్ పొడవు (\(l_0\)) మరియు వైర్ పొడవు (l) యొక్క విధిగా Arb వైర్ యొక్క వైకల్యం ఏ సమయంలోనైనా t ఒక ఏకరీతి శాఖలో క్రింది విధంగా ఉంటుంది:
ఇక్కడ \(l = \sqrt{l_0^2 +(\Delta x_1)^2 – 2 l_0 (\Delta x_1) \cos \alpha _1}\) కొసైన్ ఫార్ములాను \(\Delta\)ABB 'లో వర్తింపజేయడం ద్వారా పొందబడుతుంది, ఇది మూర్తి 8లో చూపబడింది. ta x\), మరియు \(\alpha _1\) అనేది మూర్తి 8లో చూపిన విధంగా \(\alpha \), సమీకరణం (11) నుండి సమయాన్ని వేరు చేయడం ద్వారా మరియు l విలువను భర్తీ చేయడం ద్వారా, స్ట్రెయిన్ రేటును ఇలా వ్రాయవచ్చు:
ఇక్కడ \(l_0\) అనేది SMA వైర్ యొక్క ప్రారంభ పొడవు, l అనేది ఒక యూనిమోడల్ బ్రాంచ్‌లో ఎప్పుడైనా t వైర్ యొక్క పొడవు, \(\epsilon\) అనేది SMA వైర్‌లో అభివృద్ధి చేయబడిన వైకల్యం మరియు \(\alpha \) అనేది త్రిభుజం యొక్క కోణం , \(\Delta x\) అనేది డ్రైవ్ ఆఫ్‌సెట్ (Figure 8లో చూపిన విధంగా).
అన్ని n సింగిల్-పీక్ స్ట్రక్చర్‌లు (\(n=6\) ఈ చిత్రంలో) ఇన్‌పుట్ వోల్టేజ్‌గా \(V_{in}\)తో సిరీస్‌లో కనెక్ట్ చేయబడ్డాయి.స్టేజ్ I: జీరో వోల్టేజ్ పరిస్థితులలో బిమోడల్ కాన్ఫిగరేషన్‌లో SMA వైర్ యొక్క స్కీమాటిక్ రేఖాచిత్రం స్టేజ్ II: రెడ్ లైన్ ద్వారా చూపిన విధంగా SMA వైర్ విలోమ మార్పిడి కారణంగా కంప్రెస్ చేయబడిన చోట నియంత్రిత నిర్మాణం చూపబడుతుంది.
భావన యొక్క రుజువుగా, ప్రయోగాత్మక ఫలితాలతో అంతర్లీన సమీకరణాల యొక్క అనుకరణ ఉత్పన్నాన్ని పరీక్షించడానికి SMA-ఆధారిత బైమోడల్ డ్రైవ్ అభివృద్ధి చేయబడింది.బిమోడల్ లీనియర్ యాక్యుయేటర్ యొక్క CAD మోడల్ అంజీర్‌లో చూపబడింది.9a.మరోవైపు, అంజీర్లో.బిమోడల్ స్ట్రక్చర్‌తో రెండు-ప్లేన్ SMA-ఆధారిత యాక్యుయేటర్‌ని ఉపయోగించి భ్రమణ ప్రిస్మాటిక్ కనెక్షన్ కోసం ప్రతిపాదించబడిన కొత్త డిజైన్‌ను 9c చూపిస్తుంది.అల్టిమేకర్ 3 ఎక్స్‌టెండెడ్ 3డి ప్రింటర్‌లో సంకలిత తయారీని ఉపయోగించి డ్రైవ్ భాగాలు రూపొందించబడ్డాయి.భాగాలు 3D ప్రింటింగ్ కోసం ఉపయోగించే పదార్థం పాలికార్బోనేట్, ఇది వేడి నిరోధక పదార్థాలకు అనుకూలంగా ఉంటుంది, ఇది బలమైనది, మన్నికైనది మరియు అధిక గాజు పరివర్తన ఉష్ణోగ్రత (110-113 \(^{\circ }\) C) కలిగి ఉంటుంది.అదనంగా, Dynalloy, Inc. ఫ్లెక్సినాల్ షేప్ మెమరీ అల్లాయ్ వైర్ ప్రయోగాలలో ఉపయోగించబడింది మరియు ఫ్లెక్సినాల్ వైర్‌కు సంబంధించిన మెటీరియల్ లక్షణాలు అనుకరణలలో ఉపయోగించబడ్డాయి.బహుళ SMA వైర్లు Fig. 9b, dలో చూపిన విధంగా, బహుళస్థాయి యాక్యుయేటర్‌ల ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన అధిక బలాలను పొందేందుకు కండరాల యొక్క ద్విపద అమరికలో ఉండే ఫైబర్‌లుగా అమర్చబడి ఉంటాయి.
మూర్తి 9aలో చూపిన విధంగా, కదిలే చేయి SMA వైర్ ద్వారా ఏర్పడిన తీవ్రమైన కోణాన్ని కోణం (\(\alpha\)) అంటారు.ఎడమ మరియు కుడి క్లాంప్‌లకు టెర్మినల్ క్లాంప్‌లు జోడించబడి, SMA వైర్ కావలసిన బిమోడల్ కోణంలో ఉంచబడుతుంది.స్ప్రింగ్ కనెక్టర్‌పై ఉంచబడిన బయాస్ స్ప్రింగ్ పరికరం SMA ఫైబర్‌ల సంఖ్య (n) ప్రకారం వివిధ బయాస్ స్ప్రింగ్ ఎక్స్‌టెన్షన్ గ్రూపులను సర్దుబాటు చేయడానికి రూపొందించబడింది.అదనంగా, కదిలే భాగాల స్థానం రూపొందించబడింది, తద్వారా SMA వైర్ బలవంతంగా ఉష్ణప్రసరణ శీతలీకరణ కోసం బాహ్య వాతావరణంలో బహిర్గతమవుతుంది.వేరు చేయగలిగిన అసెంబ్లీ యొక్క ఎగువ మరియు దిగువ ప్లేట్లు బరువును తగ్గించడానికి రూపొందించిన ఎక్స్‌ట్రూడెడ్ కటౌట్‌లతో SMA వైర్‌ను చల్లగా ఉంచడంలో సహాయపడతాయి.అదనంగా, CMA వైర్ యొక్క రెండు చివరలు క్రింప్ ద్వారా వరుసగా ఎడమ మరియు కుడి టెర్మినల్‌లకు స్థిరంగా ఉంటాయి.ఎగువ మరియు దిగువ ప్లేట్ల మధ్య క్లియరెన్స్‌ని నిర్వహించడానికి కదిలే అసెంబ్లీకి ఒక చివరన ప్లంగర్ జతచేయబడుతుంది.SMA వైర్ యాక్టివేట్ అయినప్పుడు నిరోధించే శక్తిని కొలవడానికి కాంటాక్ట్ ద్వారా సెన్సార్‌కు నిరోధించే శక్తిని వర్తింపజేయడానికి కూడా ప్లంగర్ ఉపయోగించబడుతుంది.
బిమోడల్ కండర నిర్మాణం SMA శ్రేణిలో విద్యుత్తుతో అనుసంధానించబడి ఇన్‌పుట్ పల్స్ వోల్టేజ్ ద్వారా శక్తిని పొందుతుంది.వోల్టేజ్ పల్స్ చక్రంలో, వోల్టేజ్ వర్తించినప్పుడు మరియు SMA వైర్ ఆస్టెనైట్ యొక్క ప్రారంభ ఉష్ణోగ్రత కంటే వేడి చేయబడినప్పుడు, ప్రతి స్ట్రాండ్‌లోని వైర్ యొక్క పొడవు తగ్గించబడుతుంది.ఈ ఉపసంహరణ కదిలే చేయి సబ్‌అసెంబ్లీని సక్రియం చేస్తుంది.అదే చక్రంలో వోల్టేజ్ సున్నా అయినప్పుడు, వేడిచేసిన SMA వైర్ మార్టెన్‌సైట్ ఉపరితలం యొక్క ఉష్ణోగ్రత కంటే తక్కువగా చల్లబడుతుంది, తద్వారా దాని అసలు స్థానానికి తిరిగి వస్తుంది.సున్నా ఒత్తిడి పరిస్థితులలో, SMA వైర్ మొదట నిష్క్రియాత్మకంగా బయాస్ స్ప్రింగ్ ద్వారా డీట్విన్డ్ మార్టెన్‌సిటిక్ స్థితికి చేరుకుంటుంది.SMA వైర్ పాస్ అయ్యే స్క్రూ, SMA వైర్‌కు వోల్టేజ్ పల్స్‌ను వర్తింపజేయడం ద్వారా సృష్టించబడిన కుదింపు కారణంగా కదులుతుంది (SPA ఆస్టెనైట్ దశకు చేరుకుంటుంది), ఇది కదిలే లివర్ యొక్క యాక్చుయేషన్‌కు దారితీస్తుంది.SMA వైర్ ఉపసంహరించబడినప్పుడు, బయాస్ స్ప్రింగ్ స్ప్రింగ్‌ను మరింత సాగదీయడం ద్వారా వ్యతిరేక శక్తిని సృష్టిస్తుంది.ప్రేరణ వోల్టేజ్‌లో ఒత్తిడి సున్నా అయినప్పుడు, బలవంతంగా ఉష్ణప్రసరణ శీతలీకరణ కారణంగా SMA వైర్ పొడవుగా మరియు దాని ఆకారాన్ని మారుస్తుంది, డబుల్ మార్టెన్సిటిక్ దశకు చేరుకుంటుంది.
ప్రతిపాదిత SMA-ఆధారిత లీనియర్ యాక్యుయేటర్ సిస్టమ్ ద్విపద కాన్ఫిగరేషన్‌ను కలిగి ఉంది, దీనిలో SMA వైర్లు కోణీయంగా ఉంటాయి.(a) ప్రోటోటైప్ యొక్క CAD నమూనాను వర్ణిస్తుంది, ఇది ప్రోటోటైప్ కోసం కొన్ని భాగాలు మరియు వాటి అర్థాలను ప్రస్తావిస్తుంది, (b, d) అభివృద్ధి చెందిన ప్రయోగాత్మక నమూనాను సూచిస్తుంది35.(బి) ఎలక్ట్రికల్ కనెక్షన్‌లు మరియు బయాస్ స్ప్రింగ్‌లు మరియు స్ట్రెయిన్ గేజ్‌లతో ప్రోటోటైప్ యొక్క అగ్ర వీక్షణను చూపుతుంది, (డి) సెటప్ యొక్క దృక్కోణ వీక్షణను చూపుతుంది.(e) SMA వైర్‌లతో కూడిన లీనియర్ యాక్చుయేషన్ సిస్టమ్ యొక్క రేఖాచిత్రం ఎప్పుడైనా t, ఫైబర్ మరియు కండరాల బలం యొక్క దిశ మరియు గమనాన్ని చూపుతుంది.(సి) రెండు-ప్లేన్ SMA-ఆధారిత యాక్యుయేటర్‌ని అమలు చేయడానికి 2-DOF భ్రమణ ప్రిస్మాటిక్ కనెక్షన్ ప్రతిపాదించబడింది.చూపినట్లుగా, లింక్ దిగువ డ్రైవ్ నుండి ఎగువ చేతికి సరళ చలనాన్ని ప్రసారం చేస్తుంది, ఇది భ్రమణ కనెక్షన్‌ను సృష్టిస్తుంది.మరోవైపు, ప్రిజమ్‌ల జంట యొక్క కదలిక బహుళస్థాయి మొదటి దశ డ్రైవ్ యొక్క కదలిక వలె ఉంటుంది.
SMA ఆధారంగా బైమోడల్ డ్రైవ్ యొక్క పనితీరును అంచనా వేయడానికి అంజీర్ 9bలో చూపిన నమూనాపై ప్రయోగాత్మక అధ్యయనం నిర్వహించబడింది.మూర్తి 10aలో చూపినట్లుగా, ప్రయోగాత్మక సెటప్ SMA వైర్‌లకు ఇన్‌పుట్ వోల్టేజ్‌ని సరఫరా చేయడానికి ప్రోగ్రామబుల్ DC విద్యుత్ సరఫరాను కలిగి ఉంటుంది.అంజీర్లో చూపిన విధంగా.10b, గ్రాఫ్‌టెక్ GL-2000 డేటా లాగర్‌ని ఉపయోగించి నిరోధించే శక్తిని కొలవడానికి పైజోఎలెక్ట్రిక్ స్ట్రెయిన్ గేజ్ (PACEline CFT/5kN) ఉపయోగించబడింది.తదుపరి అధ్యయనం కోసం హోస్ట్ ద్వారా డేటా రికార్డ్ చేయబడింది.స్ట్రెయిన్ గేజ్‌లు మరియు ఛార్జ్ యాంప్లిఫైయర్‌లకు వోల్టేజ్ సిగ్నల్‌ను ఉత్పత్తి చేయడానికి స్థిరమైన విద్యుత్ సరఫరా అవసరం.టేబుల్ 2లో వివరించిన విధంగా పైజోఎలెక్ట్రిక్ ఫోర్స్ సెన్సార్ మరియు ఇతర పారామితుల యొక్క సున్నితత్వం ప్రకారం సంబంధిత సిగ్నల్‌లు పవర్ అవుట్‌పుట్‌లుగా మార్చబడతాయి. వోల్టేజ్ పల్స్ వర్తించినప్పుడు, SMA వైర్ యొక్క ఉష్ణోగ్రత పెరుగుతుంది, దీని వలన SMA వైర్ కుదించబడుతుంది, దీని వలన యాక్యుయేటర్ శక్తిని ఉత్పత్తి చేస్తుంది.7 V యొక్క ఇన్పుట్ వోల్టేజ్ పల్స్ ద్వారా కండరాల బలం యొక్క అవుట్పుట్ యొక్క ప్రయోగాత్మక ఫలితాలు అంజీర్లో చూపబడ్డాయి.2a.
(ఎ) యాక్యుయేటర్ ద్వారా ఉత్పన్నమయ్యే శక్తిని కొలవడానికి ప్రయోగంలో SMA- ఆధారిత లీనియర్ యాక్యుయేటర్ సిస్టమ్‌ను ఏర్పాటు చేశారు.లోడ్ సెల్ నిరోధించే శక్తిని కొలుస్తుంది మరియు 24 V DC విద్యుత్ సరఫరా ద్వారా శక్తిని పొందుతుంది.GW Instek ప్రోగ్రామబుల్ DC విద్యుత్ సరఫరాను ఉపయోగించి కేబుల్ మొత్తం పొడవులో 7 V వోల్టేజ్ డ్రాప్ వర్తించబడింది.SMA వైర్ వేడి కారణంగా తగ్గిపోతుంది మరియు కదిలే చేయి లోడ్ సెల్‌ను సంప్రదిస్తుంది మరియు నిరోధించే శక్తిని ప్రయోగిస్తుంది.లోడ్ సెల్ GL-2000 డేటా లాగర్‌కి కనెక్ట్ చేయబడింది మరియు తదుపరి ప్రాసెసింగ్ కోసం డేటా హోస్ట్‌లో నిల్వ చేయబడుతుంది.(బి) కండరాల బలాన్ని కొలిచే ప్రయోగాత్మక సెటప్ యొక్క భాగాల గొలుసును చూపే రేఖాచిత్రం.
షేప్ మెమరీ మిశ్రమాలు థర్మల్ ఎనర్జీ ద్వారా ఉత్తేజితమవుతాయి, కాబట్టి ఆకార మెమరీ దృగ్విషయాన్ని అధ్యయనం చేయడానికి ఉష్ణోగ్రత ఒక ముఖ్యమైన పరామితి అవుతుంది.ప్రయోగాత్మకంగా, అంజీర్ 11aలో చూపినట్లుగా, థర్మల్ ఇమేజింగ్ మరియు ఉష్ణోగ్రత కొలతలు ఒక ప్రోటోటైప్ SMA-ఆధారిత డైవాలరేట్ యాక్యుయేటర్‌పై నిర్వహించబడ్డాయి.ప్రోగ్రామబుల్ DC మూలం మూర్తి 11bలో చూపిన విధంగా ప్రయోగాత్మక సెటప్‌లోని SMA వైర్‌లకు ఇన్‌పుట్ వోల్టేజ్‌ని వర్తింపజేస్తుంది.SMA వైర్ యొక్క ఉష్ణోగ్రత మార్పును అధిక రిజల్యూషన్ LWIR కెమెరా (FLIR A655sc) ఉపయోగించి నిజ సమయంలో కొలుస్తారు.తదుపరి పోస్ట్-ప్రాసెసింగ్ కోసం డేటాను రికార్డ్ చేయడానికి హోస్ట్ రీసెర్చ్ఐఆర్ సాఫ్ట్‌వేర్‌ను ఉపయోగిస్తుంది.వోల్టేజ్ పల్స్ వర్తించినప్పుడు, SMA వైర్ యొక్క ఉష్ణోగ్రత పెరుగుతుంది, దీని వలన SMA వైర్ తగ్గిపోతుంది.అంజీర్ న.7V ఇన్‌పుట్ వోల్టేజ్ పల్స్ కోసం SMA వైర్ ఉష్ణోగ్రత మరియు సమయ ప్రయోగాత్మక ఫలితాలను మూర్తి 2b చూపిస్తుంది.