O ṣeun fun lilo si Nature.com.Ẹya ẹrọ aṣawakiri ti o nlo ni atilẹyin CSS lopin.Fun iriri ti o dara julọ, a ṣeduro pe ki o lo ẹrọ aṣawakiri imudojuiwọn kan (tabi mu Ipo Ibamu ṣiṣẹ ni Internet Explorer).Lakoko, lati rii daju pe atilẹyin tẹsiwaju, a yoo ṣe aaye naa laisi awọn aza ati JavaScript.
A lo awọn oṣere ni ibi gbogbo ati ṣẹda išipopada iṣakoso nipasẹ lilo agbara inudidun to pe tabi iyipo lati ṣe awọn iṣẹ ṣiṣe lọpọlọpọ ni iṣelọpọ ati adaṣe ile-iṣẹ.Awọn iwulo fun yiyara, kere ati awọn awakọ ti o munadoko diẹ sii ni wiwa ĭdàsĭlẹ ni apẹrẹ awakọ.Awọn awakọ Alloy Memory Apẹrẹ (SMA) nfunni ni nọmba awọn anfani lori awọn awakọ aṣa, pẹlu ipin agbara-si-iwuwo giga.Ninu iwe afọwọkọ yii, oluṣeto orisun SMA ti o ni iyẹ-meji ti ni idagbasoke ti o ṣajọpọ awọn anfani ti awọn iṣan iyẹ ti awọn ọna ṣiṣe ti ibi ati awọn ohun-ini alailẹgbẹ ti SMA.Iwadi yii ṣawari ati faagun awọn oṣere SMA ti tẹlẹ nipasẹ ṣiṣe idagbasoke awoṣe mathematiki ti oṣere tuntun ti o da lori eto okun waya SMA bimodal ati idanwo rẹ ni idanwo.Ti a ṣe afiwe si awọn awakọ ti a mọ ti o da lori SMA, agbara imuṣiṣẹ ti awakọ tuntun jẹ o kere ju awọn akoko 5 ti o ga julọ (to 150 N).Pipadanu iwuwo ti o baamu jẹ nipa 67%.Awọn abajade ti itupalẹ ifamọ ti awọn awoṣe mathematiki jẹ iwulo fun yiyi awọn aye apẹrẹ ati agbọye awọn ipilẹ bọtini.Iwadi yii siwaju ṣe afihan awakọ ipele Nth pupọ-pupọ ti o le ṣee lo lati mu ilọsiwaju siwaju sii.SMA-orisun dipvalerate isan actuators ni kan jakejado ibiti o ti ohun elo, lati ile adaṣiṣẹ to konge oògùn ifijiṣẹ awọn ọna šiše.
Awọn ọna ṣiṣe ti ibi, gẹgẹbi awọn ẹya iṣan ti awọn osin, le mu ọpọlọpọ awọn oṣere arekereke ṣiṣẹ.Awọn ẹran-ọsin ni awọn ẹya iṣan oriṣiriṣi, kọọkan n ṣiṣẹ idi kan pato.Bibẹẹkọ, pupọ julọ eto ti iṣan ẹran ara mammalian le pin si awọn ẹka gbooro meji.Ni afiwe ati penate.Ninu awọn iṣan ati awọn irọra miiran, gẹgẹbi orukọ ṣe imọran, iṣan ti o ni afiwe ni awọn okun iṣan ni afiwe si tendoni aarin.Ẹwọn ti awọn okun iṣan ti wa ni ila ati iṣẹ-ṣiṣe ti a ti sopọ nipasẹ awọn ohun elo asopọ ti o wa ni ayika wọn.Botilẹjẹpe a sọ pe awọn iṣan wọnyi ni irin-ajo nla kan (kikuru ipin ogorun), agbara iṣan gbogbogbo wọn ni opin pupọ.Ni idakeji, ni iṣan triceps ọmọ malu2 (gastrocnemius ti ita (GL) 3, medial gastrocnemius (GM) 4 ati soleus (SOL)) ati extensor femoris (quadriceps) 5,6 penate isan iṣan ti a ri ni iṣan kọọkan7.Ninu eto pinnate, awọn okun iṣan ti o wa ninu musculature bipennate wa ni ẹgbẹ mejeeji ti tendoni aarin ni awọn igun oblique (awọn igun pinnate).Pennate wa lati ọrọ Latin “penna”, eyiti o tumọ si “pen”, ati, bi o ṣe han ninu ọpọtọ.1 ni irisi bi iye.Awọn okun ti awọn iṣan penate jẹ kukuru ati igun si ọna gigun ti iṣan.Nitori eto pinnate, iṣipopada gbogbogbo ti awọn iṣan wọnyi ti dinku, eyiti o yori si ipadabọ ati awọn paati gigun ti ilana kikuru.Ni apa keji, imuṣiṣẹ ti awọn iṣan wọnyi nyorisi agbara iṣan gbogbogbo ti o ga julọ nitori ọna ti a ṣe iwọn agbegbe agbekọja ti ẹkọ iṣe-ara.Nitoribẹẹ, fun agbegbe agbegbe ti a fi fun, awọn iṣan penate yoo ni okun sii ati pe yoo ṣe awọn agbara ti o ga ju awọn iṣan lọ pẹlu awọn okun ti o jọra.Awọn ipa ti ipilẹṣẹ nipasẹ awọn okun kọọkan n ṣe awọn ipa iṣan ni ipele macroscopic ninu iṣan iṣan naa.Ni afikun, o ni iru awọn ohun-ini alailẹgbẹ bii isunmọ iyara, aabo lodi si ibajẹ fifẹ, timutimu.O ṣe iyipada ibatan laarin titẹ sii okun ati iṣelọpọ agbara iṣan nipa lilo awọn ẹya alailẹgbẹ ati idiju jiometirika ti iṣeto okun ti o ni nkan ṣe pẹlu awọn laini iṣan ti iṣe.
Afihan jẹ awọn aworan atọka ti awọn aṣa adaṣe ti o da lori SMA ti o wa ni ibatan si faaji iṣan bimodal, fun apẹẹrẹ (a), ti o nsoju ibaraenisepo ti agbara tactile ninu eyiti ohun elo ti o ni ọwọ ti o ṣiṣẹ nipasẹ awọn onirin SMA ti gbe sori ẹrọ alagbeka adase onisẹpo meji9,10., (b) Robotic prosthesis orbital prosthesis pẹlu antagonistically gbe SMA orisun omi-kojọpọ orbital prosthesis.Ipo ti oju prosthetic jẹ iṣakoso nipasẹ ifihan agbara kan lati inu iṣan ocular ti eye11, (c) Awọn olutọpa SMA jẹ apẹrẹ fun awọn ohun elo ti o wa labẹ omi nitori iṣeduro igbohunsafẹfẹ giga wọn ati bandiwidi kekere.Ni yi iṣeto ni, SMA actuators ti wa ni lo lati ṣẹda igbi išipopada nipa kikopa awọn ronu ti eja, (d) SMA actuators ti wa ni lo lati ṣẹda a micro pipe ayewo robot ti o le lo awọn inch alajerun išipopada opo, dari nipasẹ awọn ronu ti SMA onirin inu ikanni 10, (e) fihan awọn itọsọna ti isunki isan awọn okun ati ti o npese contractile agbara ni gastrocnna seto iṣan ti okun okun SMA ni gastrocnnami S. .
Awọn olutọpa ti di apakan pataki ti awọn ọna ṣiṣe ẹrọ nitori ọpọlọpọ awọn ohun elo wọn.Nitorinaa, iwulo fun awọn awakọ ti o kere, yiyara ati daradara siwaju sii di pataki.Pelu awọn anfani wọn, awọn awakọ ibile ti fihan lati jẹ gbowolori ati akoko-n gba lati ṣetọju.Hydraulic ati pneumatic actuators jẹ eka ati gbowolori ati pe o wa labẹ aṣọ, awọn iṣoro lubrication ati ikuna paati.Ni idahun si ibeere, idojukọ wa lori idagbasoke idiyele-doko, iwọn-iṣapeye ati awọn oṣere ilọsiwaju ti o da lori awọn ohun elo ọlọgbọn.Iwadi ti nlọ lọwọ n wo alloy iranti apẹrẹ (SMA) awọn oṣere ti o fẹlẹfẹlẹ lati pade iwulo yii.Awọn oluṣe akoso jẹ alailẹgbẹ ni pe wọn ṣajọpọ ọpọlọpọ awọn adaṣe ọtọtọ sinu awọn ọna ṣiṣe iwọn iwọn geometrically eka lati pese iṣẹ ṣiṣe ti o pọ si ati gbooro.Ni idi eyi, iṣan iṣan ara eniyan ti a ṣe apejuwe loke pese apẹẹrẹ ti o dara julọ ti o dara julọ ti iru iṣẹ-ṣiṣe multilayered.Iwadi lọwọlọwọ ṣe apejuwe awakọ SMA ti ọpọlọpọ-ipele pẹlu ọpọlọpọ awọn eroja awakọ kọọkan (awọn okun SMA) ti o ni ibamu si awọn iṣalaye okun ti o wa ninu awọn iṣan bimodal, eyiti o mu iṣẹ ṣiṣe awakọ gbogbogbo dara si.
Idi akọkọ ti oluṣeto ni lati ṣe agbejade iṣelọpọ agbara ẹrọ bii agbara ati gbigbe nipasẹ yiyipada agbara itanna.Awọn ohun elo iranti apẹrẹ jẹ kilasi ti awọn ohun elo "ọlọgbọn" ti o le mu apẹrẹ wọn pada ni awọn iwọn otutu giga.Labẹ awọn ẹru giga, ilosoke ninu iwọn otutu ti okun waya SMA nyorisi imularada apẹrẹ, ti o mu ki iwuwo agbara imuṣiṣẹ ti o ga julọ ni akawe si ọpọlọpọ awọn ohun elo imudani taara taara.Ni akoko kanna, labẹ awọn ẹru ẹrọ, awọn SMA di brittle.Labẹ awọn ipo kan, fifuye iyipo le fa ati tu silẹ agbara ẹrọ, nfihan awọn iyipada apẹrẹ hysteri ti o yipada.Awọn ohun-ini alailẹgbẹ wọnyi jẹ ki SMA jẹ apẹrẹ fun awọn sensosi, gbigbọn gbigbọn ati ni pataki actuators12.Pẹlu eyi ni lokan, ọpọlọpọ awọn iwadii ti wa sinu awọn awakọ ti o da lori SMA.O yẹ ki o ṣe akiyesi pe awọn oṣere ti o da lori SMA ti ṣe apẹrẹ lati pese itusilẹ ati iṣipopada iyipo fun ọpọlọpọ awọn ohun elo13,14,15.Botilẹjẹpe a ti ni idagbasoke diẹ ninu awọn oṣere iyipo, awọn oniwadi nifẹ paapaa si awọn oṣere laini.Awọn olutọpa laini wọnyi le pin si awọn oriṣi mẹta ti awọn onisẹpo: iwọn kan, iṣipopada ati awọn adaṣe iyatọ 16.Ni ibẹrẹ, awọn awakọ arabara ni a ṣẹda ni apapo pẹlu SMA ati awọn awakọ aṣa miiran.Ọkan iru apẹẹrẹ ti SMA-orisun arabara laini actuator ni lilo okun waya SMA kan pẹlu mọto DC lati pese agbara iṣẹjade ti o wa ni ayika 100 N ati iṣipopada pataki17.
Ọkan ninu awọn idagbasoke akọkọ ni awọn awakọ ti o da lori SMA patapata ni awakọ afiwera SMA.Lilo awọn okun onirin SMA pupọ, awakọ ti o ni ibamu ti SMA jẹ apẹrẹ lati mu agbara agbara ti awakọ pọ si nipa gbigbe gbogbo awọn okun waya SMA18 ni afiwe.Ni afiwe asopọ ti actuators ko nikan nilo diẹ agbara, sugbon tun idinwo awọn wu agbara ti a nikan waya.Alailanfani miiran ti awọn oṣere orisun SMA jẹ irin-ajo to lopin ti wọn le ṣaṣeyọri.Lati yanju iṣoro yii, a ṣẹda tan ina okun SMA kan ti o ni tan ina rọ ti o yipada lati mu iṣipopada pọ si ati ṣaṣeyọri iṣipopada laini, ṣugbọn ko ṣe ipilẹṣẹ awọn agbara giga19.Awọn ẹya abuku rirọ ati awọn aṣọ fun awọn roboti ti o da lori awọn ohun elo iranti apẹrẹ ti ni idagbasoke ni akọkọ fun imudara ipa20,21,22.Fun awọn ohun elo nibiti o ti nilo awọn iyara to gaju, awọn ifasoke ti nfa iwapọ ni a ti royin nipa lilo awọn SMA fiimu tinrin fun awọn ohun elo ti o wakọ micropump23.Awọn igbohunsafẹfẹ drive ti awọn tinrin fiimu SMA awo jẹ bọtini kan ifosiwewe ni šakoso awọn iyara ti awọn iwakọ.Nitorinaa, awọn mọto laini SMA ni esi ti o ni agbara ti o dara julọ ju orisun omi SMA tabi awọn ẹrọ ọpá.Robotik rirọ ati imọ-ẹrọ mimu jẹ awọn ohun elo meji miiran ti o lo awọn oṣere ti o da lori SMA.Fun apẹẹrẹ, lati ropo adaṣe boṣewa ti a lo ninu dimole aaye 25 N, a ṣe agbekalẹ ohun elo iranti alloy parallel actuator 24.Ni ọran miiran, SMA ẹrọ asọ ti a ṣe da lori okun waya kan pẹlu matrix ifibọ ti o lagbara lati ṣe agbejade agbara fifa ti o pọju ti 30 N. Nitori awọn ohun-ini ẹrọ wọn, awọn SMA tun lo lati ṣe awọn oṣere ti o jọmọ awọn iyalẹnu ti ibi.Ọkan iru idagbasoke bẹẹ pẹlu roboti sẹẹli 12 kan ti o jẹ biomimetic ti ohun alumọni ti o dabi ala-ilẹ pẹlu SMA lati ṣe agbejade išipopada sinusoidal si ina26,27.
Gẹgẹbi a ti sọ tẹlẹ, opin wa si agbara ti o pọju ti o le gba lati ọdọ awọn oniṣẹ orisun SMA ti o wa tẹlẹ.Lati koju ọrọ yii, iwadi yii ṣe afihan ilana iṣan bimodal biomimetic.Ìṣó nipa apẹrẹ iranti alloy waya.O pese eto isọdi ti o pẹlu ọpọlọpọ awọn okun waya alloy iranti apẹrẹ.Titi di oni, ko si awọn oṣere ti o da lori SMA pẹlu iru faaji kan ti a ti royin ninu awọn iwe-iwe.Eto alailẹgbẹ ati aramada ti o da lori SMA ni idagbasoke lati ṣe iwadi ihuwasi ti SMA lakoko titete iṣan bimodal.Ti a ṣe afiwe si awọn oṣere ti o da lori SMA ti o wa tẹlẹ, ibi-afẹde ti iwadii yii ni lati ṣẹda oṣere dipvalerate biomimetic lati ṣe ipilẹṣẹ awọn ipa ti o ga ni pataki ni iwọn kekere kan.Ti a ṣe afiwe si awọn awakọ awakọ onisẹpo aṣa ti a lo ninu adaṣe ile HVAC ati awọn eto iṣakoso, apẹrẹ awakọ bimodal ti o da lori SMA dinku iwuwo ti ẹrọ awakọ nipasẹ 67%.Ni atẹle yii, awọn ọrọ “isan” ati “wakọ” ni a lo ni paarọ.Iwadi yii ṣe iwadii simulation multiphysics ti iru awakọ kan.Ihuwasi ẹrọ ti iru awọn ọna ṣiṣe ni a ti ṣe iwadi nipasẹ idanwo ati awọn ọna itupalẹ.Agbara ati awọn ipinpinpin iwọn otutu ni a ṣe iwadii siwaju ni foliteji titẹ sii ti 7 V. Lẹhinna, a ṣe itupalẹ parametric lati ni oye dara dara si ibatan laarin awọn ipilẹ bọtini ati agbara iṣelọpọ.Lakotan, awọn oluṣe adaṣe ti ni ero ati awọn ipa ipele ipele ti a ti dabaa bi agbegbe iwaju ti o pọju fun awọn oṣere ti kii ṣe oofa fun awọn ohun elo prosthetic.Gẹgẹbi awọn abajade ti awọn iwadii ti a mẹnuba, lilo faaji ipele-ẹyọkan n ṣe agbejade awọn ipa o kere ju mẹrin si marun ti o ga ju awọn oniṣẹ orisun SMA ti o royin.Ni afikun, agbara awakọ kanna ti ipilẹṣẹ nipasẹ awakọ ipele-ọpọ-ipele pupọ ti han lati jẹ diẹ sii ju igba mẹwa ti awọn awakọ orisun SMA ti aṣa.Iwadi na ṣe ijabọ awọn ipilẹ bọtini nipa lilo itupalẹ ifamọ laarin awọn oriṣiriṣi awọn aṣa ati awọn oniyipada titẹ sii.Ipari ibẹrẹ ti waya SMA (\(l_0 \)), igun pinnate (\(\ alpha \)) ati nọmba awọn okun ẹyọkan (n) ni okun kọọkan ni ipa odi to lagbara lori titobi agbara awakọ.agbara, nigba ti input foliteji (agbara) wa ni titan lati daadaa ni ibamu.
Waya SMA ṣe afihan ipa iranti apẹrẹ (SME) ti a rii ninu idile nickel-titanium (Ni-Ti) ti awọn alloy.Ni deede, awọn SMA ṣe afihan awọn ipele ti o gbẹkẹle iwọn otutu meji: ipele iwọn otutu kekere ati ipele iwọn otutu giga kan.Awọn ipele mejeeji ni awọn ohun-ini alailẹgbẹ nitori wiwa ti awọn ẹya gara ti o yatọ.Ni ipele austenite (iwọn otutu giga) ti o wa loke iwọn otutu iyipada, ohun elo naa ṣe afihan agbara giga ati pe o jẹ aiṣedeede labẹ fifuye.Alloy huwa bi irin alagbara, irin, ki o ni anfani lati withstand ti o ga actuation titẹ.Ni anfani ti ohun-ini yii ti awọn alloys Ni-Ti, awọn onirin SMA ti wa ni isunmọ lati ṣe adaṣe kan.Awọn awoṣe itupalẹ ti o yẹ ni idagbasoke lati loye awọn oye ipilẹ ti ihuwasi gbona ti SMA labẹ ipa ti ọpọlọpọ awọn aye ati awọn geometries pupọ.Adehun ti o dara ni a gba laarin esiperimenta ati awọn abajade itupalẹ.
Iwadi idanwo kan ni a ṣe lori apẹrẹ ti o han ni Ọpọtọ 9a lati ṣe iṣiro iṣẹ ṣiṣe ti awakọ bimodal ti o da lori SMA.Meji ninu awọn ohun-ini wọnyi, agbara ti ipilẹṣẹ nipasẹ awakọ (agbara iṣan) ati iwọn otutu ti okun waya SMA (iwọn otutu SMA), ni iwọn idanwo.Bi awọn foliteji iyato posi pẹlú gbogbo ipari ti awọn waya ninu awọn drive, awọn iwọn otutu ti awọn waya posi nitori awọn Joule alapapo ipa.Foliteji titẹ sii ni a lo ni awọn akoko 10-s meji (ti o han bi awọn aami pupa ni Ọpọtọ. 2a, b) pẹlu akoko itutu agbaiye 15-s laarin iyipo kọọkan.Agbara idinamọ ni a ṣe iwọn nipa lilo iwọn igara piezoelectric, ati pinpin iwọn otutu ti okun waya SMA ni a ṣe abojuto ni akoko gidi nipa lilo kamẹra LWIR giga-giga ijinle sayensi (wo awọn abuda ti ẹrọ ti a lo ninu Table 2).fihan pe lakoko ipele foliteji giga, iwọn otutu ti okun waya pọ si monotonically, ṣugbọn nigbati ko ba si lọwọlọwọ ti nṣàn, iwọn otutu ti okun waya tẹsiwaju lati ṣubu.Ninu iṣeto idanwo lọwọlọwọ, iwọn otutu ti okun waya SMA silẹ lakoko ipele itutu agbaiye, ṣugbọn o tun wa loke iwọn otutu ibaramu.Lori ọpọtọ.2e fihan aworan ti iwọn otutu lori okun waya SMA ti o ya lati kamẹra LWIR.Lori awọn miiran ọwọ, ni ọpọtọ.2a ṣe afihan agbara ìdènà ti ipilẹṣẹ nipasẹ ẹrọ awakọ.Nigbati agbara iṣan ba kọja agbara mimu-pada sipo ti orisun omi, apa gbigbe, bi o ṣe han ni Nọmba 9a, bẹrẹ lati gbe.Ni kete ti imuṣiṣẹ bẹrẹ, apa gbigbe wa sinu olubasọrọ pẹlu sensọ, ṣiṣẹda agbara ara, bi o ṣe han ni ọpọtọ.2c, d.Nigbati iwọn otutu ti o pọ julọ ba sunmọ \ (84 \, ^ {\circ} hbox {C} \), agbara ti o pọju ti o pọju jẹ 105 N.
Aworan naa fihan awọn abajade esiperimenta ti iwọn otutu ti okun waya SMA ati agbara ti ipilẹṣẹ nipasẹ SMA-orisun bimodal actuator lakoko awọn iyipo meji.Foliteji igbewọle ti wa ni lilo ni meji 10 keji waye (ti o han bi pupa aami) pẹlu kan 15 keji itura akoko laarin kọọkan ọmọ.SMA waya ti a lo fun awọn adanwo jẹ 0.51 mm diamita Flexinol waya lati Dynalloy, Inc. (a) Awọn aworan fihan awọn esiperimenta agbara gba lori meji cycles, (c, d) fihan meji ominira apeere ti awọn igbese ti gbigbe apa actuators on a PACEline CFT / 5kN piezoelectric transducer agbara, (b) awọn aworan ti fihan gbogbo awọn iwọn otutu Scycle Scycle, (b) awọn aworan ti awọn meji fihan awọn iwọn otutu ti o pọju Scycle Scycle. SMA waya nipa lilo FLIR ResearchIR software LWIR kamẹra.Awọn paramita jiometirika ti a gba sinu akọọlẹ ninu awọn idanwo ni a fun ni tabili.ọkan.
Awọn abajade kikopa ti awoṣe mathematiki ati awọn abajade esiperimenta ni a ṣe afiwe labẹ ipo ti foliteji titẹ sii ti 7V, bi o ṣe han ni Fig.5.Gẹgẹbi awọn abajade ti itupalẹ parametric ati lati yago fun iṣeeṣe ti gbigbona ti okun waya SMA, agbara ti 11.2 W ti pese si oṣere naa.Ipese agbara DC ti a ṣe eto ni a lo lati pese 7V bi foliteji titẹ sii, ati pe lọwọlọwọ ti 1.6A ti wọn kọja okun waya naa.Agbara ti ipilẹṣẹ nipasẹ awakọ ati iwọn otutu ti SDR pọ si nigbati o ba lo lọwọlọwọ.Pẹlu foliteji titẹ sii ti 7V, agbara iṣelọpọ ti o pọju ti o gba lati awọn abajade simulation ati awọn abajade esiperimenta ti ọmọ akọkọ jẹ 78 N ati 96 N, lẹsẹsẹ.Ninu ọmọ keji, agbara iṣelọpọ ti o pọju ti simulation ati awọn abajade esiperimenta jẹ 150 N ati 105 N, lẹsẹsẹ.Iyatọ laarin awọn wiwọn ipa occlusion ati data esiperimenta le jẹ nitori ọna ti a lo lati wiwọn agbara ifasilẹ.Awọn esiperimenta ti o han ni ọpọtọ.5a ni ibamu si wiwọn agbara titiipa, eyiti o jẹ wiwọn nigbati ọpa awakọ wa ni olubasọrọ pẹlu PACEline CFT/5kN piezoelectric transducer, bi o ṣe han ni ọpọtọ.2s.Nitorinaa, nigbati ọpa awakọ ko ba ni ifọwọkan pẹlu sensọ agbara ni ibẹrẹ ti agbegbe itutu agbaiye, agbara lẹsẹkẹsẹ di odo, bi a ṣe han ni 2d.Ni afikun, awọn paramita miiran ti o ni ipa lori dida agbara ni awọn akoko atẹle ni awọn iye ti akoko itutu agbaiye ati iyeida ti gbigbe ooru convective ni ọmọ iṣaaju.Lati ọpọtọ.2b, o le rii pe lẹhin akoko itutu agba keji 15, okun waya SMA ko de iwọn otutu yara ati nitorinaa ni iwọn otutu ibẹrẹ ti o ga julọ (\ (40 \, ^ {\ cir } hbox {C} \)) ni ọna wiwakọ keji ni akawe si pẹlu ọmọ akọkọ (\ (25 \, ^{\circ} hbox {C}\)).Bayi, akawe pẹlu awọn akọkọ ọmọ, awọn iwọn otutu ti SMA waya nigba keji alapapo ọmọ Gigun ni ibẹrẹ austenite otutu (\(A_s \)) sẹyìn ati ki o duro ni orilede akoko gun, Abajade ni wahala ati agbara.Ni apa keji, awọn pinpin iwọn otutu lakoko alapapo ati awọn iyipo itutu agbaiye ti a gba lati awọn adanwo ati awọn iṣeṣiro ni ibajọra agbara giga si awọn apẹẹrẹ lati itupalẹ iwọn otutu.Iṣiro afiwera ti data gbona okun waya SMA lati awọn adanwo ati awọn iṣeṣiro ṣe afihan iduroṣinṣin lakoko alapapo ati awọn iyipo itutu agbaiye ati laarin awọn ifarada itẹwọgba fun data esiperimenta.Iwọn otutu ti o pọju ti okun waya SMA, ti a gba lati awọn abajade ti kikopa ati awọn idanwo ti ọmọ akọkọ, jẹ \ (89 \, ^ {\circ } hbox {C} \) ati \ (75 \, ^ {\circ } \ hbox {C } \, lẹsẹsẹ), ati ninu awọn keji ọmọ awọn ti o pọju iwọn otutu ti SMA waya SMA \ (94 \ , ^ {\ circ } \ hbox ) \ (94 \ , ^ h) \ hbox {C} \).Awoṣe ti o ni idagbasoke ipilẹ jẹri ipa ti ipa iranti apẹrẹ.Ipa ti rirẹ ati gbigbona ko ṣe akiyesi ni atunyẹwo yii.Ni ojo iwaju, awoṣe naa yoo ni ilọsiwaju lati ni itan-iṣoju iṣoro ti okun waya SMA, ti o jẹ ki o dara julọ fun awọn ohun elo imọ-ẹrọ.Agbara iṣelọpọ awakọ ati awọn igbero iwọn otutu SMA ti o gba lati inu bulọọki Simulink wa laarin awọn ifarada iyọọda ti data esiperimenta labẹ ipo ti pulse foliteji titẹ sii ti 7 V. Eyi jẹrisi deede ati igbẹkẹle ti awoṣe mathematiki idagbasoke.
Awoṣe mathematiki ni idagbasoke ni agbegbe MathWorks Simulink R2020b nipa lilo awọn idogba ipilẹ ti a ṣalaye ni apakan Awọn ọna.Lori ọpọtọ.3b ṣe afihan aworan atọka Àkọsílẹ ti awoṣe math Simulink.A ṣe apẹrẹ awoṣe fun pulse foliteji titẹ sii 7V bi o ṣe han ni aworan 2a, b.Awọn iye ti awọn paramita ti a lo ninu simulation ti wa ni akojọ ni Table 1. Awọn abajade ti kikopa ti awọn ilana igba diẹ ni a gbekalẹ ni Awọn nọmba 1 ati 1. Awọn nọmba 3a ati 4. Ni ọpọtọ.4a, b ṣe afihan foliteji ti a fa ni okun waya SMA ati agbara ti ipilẹṣẹ nipasẹ oṣere bi iṣẹ ti akoko. Nigba yiyipada iyipada (alapapo), nigbati SMA waya otutu, \ (T <A_s^{\prime}\) (wahala-títúnṣe austenite alakoso ibere otutu), awọn oṣuwọn ti ayipada ti martensite iwọn didun ida (\(\dot{\xi} \)) yoo jẹ odo. Nigba yiyipada iyipada (alapapo), nigbati SMA waya otutu, \ (T <A_s^{\prime}\) (wahala-títúnṣe austenite alakoso ibere otutu), awọn oṣuwọn ti ayipada ti martensite iwọn didun ida (\(\dot{\ xi}\)) yoo jẹ odo. Во время обратного превращения (нагрева), когда температура проволоки SMA, \(T < A_s^{\prime} \) цированная напряжением), скорость изменения объемной доли мартенсита (\(\dot{\ xi}\)) будет равно нулю. Lakoko iyipada iyipada (alapapo), nigbati iwọn otutu ti okun waya SMA, \ (T <A_s^{\prime} \) (wahala-iyipada austenite ibẹrẹ iwọn otutu), oṣuwọn iyipada ti ida iwọn didun martensite (\(\dot{\ xi})) yoo jẹ odo.在 反向 转变 (加热) 过程 中 \ \ \ \ \ (t 奥 奥 氏体 奥 氏体 温度 温度 温度 的 的 变化率 变化率 \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 零 零 为)) 将 为 为.在 反向 转变（加热） 中 ， 当 当 当 线 温度 \ (t)
(a) Abajade kikopa ti n ṣafihan pinpin iwọn otutu ati iwọn otutu isunmọ ti wahala ni ipasẹ divalerate ti o da lori SMA.Nigbati iwọn otutu waya ba kọja iwọn otutu iyipada austenite ni ipele alapapo, iwọn otutu iyipada austenite ti a yipada bẹrẹ lati pọ si, ati bakanna, nigbati iwọn otutu okun waya ba kọja iwọn otutu iyipada martensitic ni ipele itutu agbaiye, iwọn otutu iyipada martensitic dinku.SMA fun analitikali modeli ti actuation ilana.(Fun iwo alaye ti eto-apapọ kọọkan ti awoṣe Simulink kan, wo apakan afikun ti faili afikun.)
Awọn abajade ti itupalẹ fun awọn ipinpinpin paramita oriṣiriṣi ni a fihan fun awọn akoko meji ti foliteji titẹ sii 7V (awọn akoko igbona iṣẹju 10 ati awọn akoko itutu 15 iṣẹju keji).Lakoko (ac) ati (e) ṣe afihan pinpin lori akoko, ni apa keji, (d) ati (f) ṣe afihan pinpin pẹlu iwọn otutu.Fun awọn ipo igbewọle oniwun, aapọn akiyesi ti o pọju jẹ 106 MPa (kere ju 345 MPa, agbara ikore okun waya), agbara jẹ 150 N, iṣipopada ti o pọju jẹ 270 µm, ati ida iwọn didun martensitic ti o kere ju jẹ 0.91.Ni apa keji, iyipada ninu aapọn ati iyipada ninu ida iwọn didun ti martensite pẹlu iwọn otutu jẹ iru awọn abuda hysteresis.
Alaye kanna kan si iyipada taara (itutu agbaiye) lati apakan austenite si ipele martensite, nibiti iwọn otutu waya SMA (T) ati iwọn otutu ipari ti aapọn-atunṣe martensite alakoso (\ (M_f ^ {\ prime} \ )) jẹ dara julọ.Lori ọpọtọ.4d, f fihan iyipada ninu aapọn ti a fa (\ (\ sigma \)) ati ida iwọn didun ti martensite (\ (\ xi \)) ni okun waya SMA gẹgẹbi iṣẹ ti iyipada ni iwọn otutu ti okun waya SMA (T), fun awọn wiwakọ mejeeji.Lori ọpọtọ.Olusin 3a fihan iyipada ninu iwọn otutu ti okun waya SMA pẹlu akoko ti o da lori pulse foliteji titẹ sii.Gẹgẹbi a ti le rii lati nọmba naa, iwọn otutu ti okun waya n tẹsiwaju lati pọ si nipasẹ ipese orisun ooru ni foliteji odo ati itutu agbaiye atẹle.Lakoko alapapo, iyipada ti martensite si apakan austenite bẹrẹ nigbati iwọn otutu okun waya SMA (T) kọja iwọn otutu nucleation austenite ti a ṣatunṣe wahala (\(A_s ^ {\ prime} \)).Lakoko ipele yii, okun waya SMA ti wa ni fisinuirindigbindigbin ati pe oṣere n ṣe ipilẹṣẹ agbara.Paapaa lakoko itutu agbaiye, nigbati iwọn otutu ti okun waya SMA (T) ba kọja iwọn otutu iparun ti aapọn-atunṣe martensite (\ (M_s ^ {\ prime} \)) iyipada rere wa lati apakan austenite si apakan martensite.awọn drive agbara dinku.
Awọn aaye agbara akọkọ ti awakọ bimodal ti o da lori SMA ni a le gba lati awọn abajade simulation.Ninu ọran titẹ titẹ pulse foliteji, iwọn otutu ti okun waya SMA pọ si nitori ipa alapapo Joule.Iye ibẹrẹ ti ida iwọn didun martensite (\(\ xi \)) ti ṣeto si 1, niwọn igba ti ohun elo ti wa lakoko ni ipele martensite ni kikun.Bi awọn waya tẹsiwaju lati ooru soke, awọn iwọn otutu ti SMA waya koja wahala-atunse austenite nucleation otutu \ (A_s^{\ NOMBA} \), Abajade ni idinku ninu martensite iwọn didun ida, bi o han ni Figure 4c.Ni afikun, ni ọpọtọ.4e fihan pinpin awọn ọpọlọ ti actuator ni akoko, ati ni ọpọtọ.5 – ipa iwakọ bi iṣẹ kan ti akoko.Eto ti o ni ibatan ti awọn idogba pẹlu iwọn otutu, ida iwọn didun martensite, ati aapọn ti o ndagba ninu okun waya, ti o fa idinku ti okun waya SMA ati agbara ti ipilẹṣẹ nipasẹ oluṣeto.Bi o han ni ọpọtọ.4d,f, iyatọ foliteji pẹlu iwọn otutu ati iyatọ ida iwọn didun martensite pẹlu iwọn otutu ni ibamu si awọn abuda hysteresis ti SMA ninu ọran ti afarawe ni 7 V.
Ifiwera ti awọn paramita awakọ ni a gba nipasẹ awọn idanwo ati awọn iṣiro itupalẹ.Awọn onirin naa wa labẹ foliteji igbewọle pulsed ti 7 V fun awọn aaya 10, lẹhinna tutu si isalẹ fun awọn aaya 15 (ipele itutu agbaiye) lori awọn iyipo meji.Igun pinnate ti ṣeto si \(40^{\circ}\) ati ipari ibẹrẹ ti waya SMA ni ẹsẹ pinna kọọkan ti ṣeto si 83mm.(a) Wiwọn agbara awakọ pẹlu sẹẹli fifuye (b) Mimojuto iwọn otutu waya pẹlu kamẹra infurarẹẹdi gbona kan.
Lati le loye ipa ti awọn aye ti ara lori agbara ti a ṣe nipasẹ awakọ, itupalẹ ti ifamọ ti awoṣe mathematiki si awọn aye ti ara ti a yan, ati awọn aye ti wa ni ipo ni ibamu si ipa wọn.Ni akọkọ, iṣapẹẹrẹ ti awọn paramita awoṣe ni a ṣe ni lilo awọn ilana apẹrẹ idanwo ti o tẹle pinpin iṣọkan kan (wo Abala Afikun lori Ayẹwo Ifamọ).Ni idi eyi, awọn paramita awoṣe pẹlu foliteji titẹ sii (\(V_{in}\)), ipari okun waya SMA akọkọ (\(l_0 \)), igun onigun mẹta (\(\ alpha \)), ibakan orisun omi ojuṣaaju (\( K_x \ )), olùsọdipúpọ gbigbe ooru convective (\ (h_T \)) ati nọmba awọn ẹka unimodal (n).Ni igbesẹ ti nbọ, agbara iṣan ti o ga julọ ni a yan gẹgẹbi ibeere apẹrẹ iwadi ati awọn ipa parametric ti ṣeto kọọkan ti awọn oniyipada lori agbara ni a gba.Awọn igbero efufu nla fun itupalẹ ifamọ ni a yo lati awọn olusọdipúpọ ibamu fun paramita kọọkan, bi a ṣe han ni aworan 6a.
(a) Awọn iye isọdiwọn ibamu ti awọn awoṣe awoṣe ati ipa wọn lori agbara iṣelọpọ ti o pọju ti awọn ẹgbẹ alailẹgbẹ 2500 ti awọn awoṣe awoṣe ti o wa loke ni a fihan ninu idite efufu nla.Aworan naa fihan ibamu ipo ti awọn olufihan pupọ.O han gbangba pe \(V_{in}\) nikan ni paramita ti o ni isọdọmọ rere, ati pe \(l_0 \) jẹ paramita ti o ni ibamu odi ti o ga julọ.Ipa ti awọn oriṣiriṣi oriṣiriṣi ni awọn akojọpọ oriṣiriṣi lori agbara iṣan ti o ga julọ ni a fihan ni (b, c).\(K_x \) awọn sakani lati 400 si 800 N/m ati n awọn sakani lati 4 si 24. Foliteji (\(V_{in} \)) yipada lati 4V si 10V, ipari waya (\(l_{0 } \)) ti yipada lati 40 si 100 mm, ati pe igun iru ( \ (\ aled ^ 6 \) ).
Lori ọpọtọ.6a ṣe afihan idite efufu kan ti ọpọlọpọ awọn iyeida ibamu fun paramita kọọkan pẹlu awọn ibeere apẹrẹ agbara awakọ tente oke.Lati ọpọtọ.6a o le ṣee ri pe awọn foliteji paramita (\(V_{in} \)) ti wa ni taara jẹmọ si awọn ti o pọju o wu agbara, ati awọn convective ooru gbigbe olùsọdipúpọ (\ (h_T \)), iná igun (\ ( \ alpha \)) , nipo orisun omi ibakan ( \ (K_x \))) ti wa ni odi ibamu pẹlu awọn ti o wu agbara ati awọn ni ibẹrẹ ipari ti awọn ẹka (\) nimo (l_) S ti awọn ẹka (\) ati awọn ẹka ti o lagbara (\) nimo ni awọn ẹka akọkọ (\)) Ibaṣepọ ẹsẹ Ni ọran ti ibaramu taara Ni ọran ti iye ti o ga julọ ti iye iwọn foliteji ibamu (\(V_ {in}\)) tọkasi pe paramita yii ni ipa ti o ga julọ lori iṣelọpọ agbara.Itupalẹ ti o jọra miiran ṣe iwọn agbara ti o ga julọ nipasẹ ṣiṣe iṣiro ipa ti awọn aye oriṣiriṣi ni awọn akojọpọ oriṣiriṣi ti awọn aaye iṣiro meji, bi a ṣe han ni aworan 6b, c.\(V_{in} \) àti \(l_0 \), \(\ alpha\) àti \(l_0 \) ní irú àwọn àwòṣe kan náà, àwòrán náà sì fi hàn pé \(V_{in}Awọn iye ti o kere ju ti \(l_0 \) ṣe abajade awọn ipa ti o ga julọ.Awọn igbero meji miiran wa ni ibamu pẹlu Nọmba 6a, nibiti n ati \ (K_x \) ti ni ibatan ni odi ati pe \(V_{in} \) ti ni ibatan daadaa.Onínọmbà yii ṣe iranlọwọ lati ṣalaye ati ṣatunṣe awọn aye ti o ni ipa nipasẹ eyiti agbara iṣelọpọ, ọpọlọ ati ṣiṣe ti eto awakọ le ṣe deede si awọn ibeere ati ohun elo.
Iṣẹ iwadii lọwọlọwọ ṣafihan ati ṣe iwadii awọn awakọ akosoagbasomode pẹlu awọn ipele N.Ni awọn ipele meji-ipele, bi o ṣe han ni Ọpọtọ. 7a, nibiti dipo okun waya SMA kọọkan ti oluṣeto ipele akọkọ, eto bimodal ti waye, bi a ṣe han ni ọpọtọ.9e.Lori ọpọtọ.7c fihan bi okun waya SMA ṣe jẹ ọgbẹ ni ayika apa gbigbe (apa iranlọwọ) ti o lọ nikan ni itọsọna gigun.Sibẹsibẹ, apa gbigbe akọkọ tẹsiwaju lati gbe ni ọna kanna bi apa gbigbe ti ipele 1st oluṣe ipele pupọ.Ni deede, awakọ ipele N ni a ṣẹda nipasẹ rirọpo waya SMA ipele \ (N-1 \) pẹlu awakọ ipele akọkọ.Bi abajade, ẹka kọọkan n ṣe apẹẹrẹ awakọ ipele akọkọ, ayafi ti ẹka ti o mu okun waya funrararẹ.Ni ọna yii, awọn ẹya itẹ-ẹiyẹ le ṣe agbekalẹ ti o ṣẹda awọn ipa ti o pọ ni igba pupọ ju awọn ipa ti awọn awakọ akọkọ lọ.Ninu iwadi yii, fun ipele kọọkan, apapọ ipari okun waya SMA ti o munadoko ti 1 m ni a ṣe sinu iroyin, bi a ṣe han ni ọna kika tabular ni 7d.Awọn lọwọlọwọ nipasẹ kọọkan waya ni kọọkan unimodal oniru ati awọn Abajade prestress ati foliteji ni kọọkan SMA waya apa ni o wa kanna ni kọọkan ipele.Gẹgẹbi awoṣe atupalẹ wa, agbara ti o wu jade ni ibamu pẹlu ipele ti o daadaa, lakoko ti iṣipopada naa ni ibamu ni odi.Ni akoko kanna, iṣowo kan wa laarin iṣipopada ati agbara iṣan.Bi a ti ri ninu ọpọtọ.7b, lakoko ti o pọju agbara ti waye ni nọmba ti o tobi julọ ti awọn ipele, iyipada ti o tobi julọ ni a ṣe akiyesi ni ipele ti o kere julọ.Nigbati a ṣeto ipele logalomomoise si \(N=5 \), agbara iṣan ti o ga julọ ti 2.58 kN ni a rii pẹlu awọn ikọlu 2 ti a ṣe akiyesi \(\upmu \) m.Ni apa keji, awakọ ipele akọkọ n ṣe ipilẹṣẹ agbara ti 150 N ni ikọlu ti 277 \ (\upmu \) m.Awọn oṣere ipele-ọpọlọpọ ni anfani lati ṣe afiwe awọn iṣan ti ibi gidi, nibiti awọn iṣan atọwọda ti o da lori awọn ohun elo iranti apẹrẹ ni anfani lati ṣe ipilẹṣẹ awọn ipa ti o ga ni pataki pẹlu awọn agbeka deede ati ti o dara julọ.Awọn idiwọn ti apẹrẹ miniaturized yii ni pe bi awọn ilana ṣe pọ si, iṣipopada naa dinku pupọ ati idiju ti ilana iṣelọpọ awakọ pọ si.
(a) Apẹrẹ meji-ipele (\(N=2 \)) eto imuṣeto laini apẹrẹ iranti ti o fẹlẹfẹlẹ ti han ni iṣeto bimodal kan.Awoṣe ti a dabaa jẹ aṣeyọri nipasẹ rirọpo okun waya SMA ni ipele akọkọ ti o ni ipele ti o ni ipele akọkọ pẹlu oluṣeto ipele ipele kan ṣoṣo miiran.(c) Iṣeduro ti o bajẹ ti ipele keji multilayer actuator.(b) Pipin awọn ipa ati awọn iṣipopada ti o da lori nọmba awọn ipele jẹ apejuwe.A ti rii pe agbara ti o ga julọ ti oṣere naa ni ibamu daadaa pẹlu ipele iwọn lori iwọn, lakoko ti ikọlu naa ti ni ibamu ni odi pẹlu ipele iwọn.Awọn ti isiyi ati ami-foliteji ni kọọkan waya wa ibakan ni gbogbo awọn ipele.(d) Tabili naa fihan nọmba awọn titẹ ati ipari ti okun waya SMA (fiber) ni ipele kọọkan.Awọn abuda ti awọn okun jẹ itọkasi nipasẹ atọka 1, ati nọmba awọn ẹka ile-iwe keji (ọkan ti o sopọ si ẹsẹ akọkọ) jẹ itọkasi nipasẹ nọmba ti o tobi julọ ninu ṣiṣe alabapin naa.Fun apẹẹrẹ, ni ipele 5, \(n_1 \) n tọka si nọmba awọn onirin SMA ti o wa ninu eto bimodal kọọkan, ati pe \(n_5 \) n tọka si nọmba awọn ẹsẹ iranlọwọ (ọkan ti o sopọ mọ ẹsẹ akọkọ).
Awọn ọna oriṣiriṣi ni a ti dabaa nipasẹ ọpọlọpọ awọn oniwadi lati ṣe awoṣe ihuwasi ti awọn SMA pẹlu iranti apẹrẹ, eyiti o dale lori awọn ohun-ini thermomechanical ti o tẹle awọn iyipada macroscopic ninu ilana gara ti o ni nkan ṣe pẹlu iyipada alakoso.Iṣagbekalẹ ti awọn ọna apilẹṣẹ jẹ idiju inherently.Awoṣe phenomenological ti o wọpọ julọ ni a dabaa nipasẹ Tanaka28 ati pe o jẹ lilo pupọ ni awọn ohun elo ẹrọ.Awoṣe phenomenological ti Tanaka [28] dabaa pe ida iwọn didun ti martensite jẹ iṣẹ alapin ti iwọn otutu ati wahala.Nigbamii, Liang ati Rogers29 ati Brinson30 dabaa awoṣe kan ninu eyiti awọn agbara iyipada alakoso ni a ro pe o jẹ iṣẹ cosine ti foliteji ati iwọn otutu, pẹlu awọn iyipada diẹ si awoṣe naa.Becker ati Brinson dabaa aworan atọka alakoso kan ti o da awoṣe kainetik lati ṣe awoṣe ihuwasi ti awọn ohun elo SMA labẹ awọn ipo ikojọpọ lainidii ati awọn iyipada apa kan.Banerjee32 nlo ọna kika aworan ipele Bekker ati Brinson31 lati ṣe afiwe iwọn ẹyọkan ti afọwọyi ominira ti o dagbasoke nipasẹ Elahinia ati Ahmadian33.Awọn ọna kinetic ti o da lori awọn aworan atọka alakoso, eyiti o ṣe akiyesi iyipada nonmonotonic ninu foliteji pẹlu iwọn otutu, nira lati ṣe ni awọn ohun elo ẹrọ.Elakhinia ati Ahmadian fa ifojusi si awọn ailagbara wọnyi ti awọn awoṣe iyalẹnu ti o wa tẹlẹ ati gbero awoṣe iyalẹnu ti o gbooro lati ṣe itupalẹ ati ṣalaye ihuwasi iranti apẹrẹ labẹ awọn ipo ikojọpọ eka eyikeyi.
Awọn awoṣe igbekale ti SMA waya yoo fun wahala (\ (\ sigma \)), igara (\ (\ epsilon \)), otutu (T), ati martensite iwọn didun ida (\ (\ xi \)) ti SMA waya.Awoṣe idawọle phenomenological ni akọkọ dabaa nipasẹ Tanaka28 ati lẹhinna gba nipasẹ Liang29 ati Brinson30.Itọsẹ idogba naa ni fọọmu naa:
ibi ti E ti wa ni awọn ipele ti o gbẹkẹle SMA Young ká modulus gba lilo \ (\ displaystyle E = \ xi E_M + (1-\xi ) E_A \) ati \ (E_A \) ati \ (E_M \) nsoju Young ká modulus ni o wa austenitic ati martensitic awọn ipele, lẹsẹsẹ, ati awọn olùsọdipúpọ ti gbona imugboroosi ti wa ni ipoduduro nipasẹ \ (T).Awọn ifosiwewe idasi iyipada alakoso jẹ \ (\ Omega = -E \ epsilon _L \) ati \ (\ epsilon _L \) jẹ igara ti o le gba pada ti o pọju ninu okun waya SMA.
Idogba agbara alakoso ni ibamu pẹlu iṣẹ cosine ti o dagbasoke nipasẹ Liang29 ati lẹhinna gba nipasẹ Brinson30 dipo iṣẹ alapin ti Tanaka28 dabaa.Awoṣe iyipada alakoso jẹ itẹsiwaju ti awoṣe ti a dabaa nipasẹ Elakhinia ati Ahmadian34 ati pe o da lori awọn ipo iyipada alakoso ti a fun nipasẹ Liang29 ati Brinson30.Awọn ipo ti a lo fun awoṣe iyipada alakoso yii wulo labẹ awọn ẹru thermomechanical eka.Ni akoko kọọkan, iye ida iwọn didun ti martensite jẹ iṣiro nigbati o ba n ṣe adaṣe idogba idawọle.
Idogba isọdọtun ti iṣakoso, ti a fihan nipasẹ iyipada ti martensite si austenite labẹ awọn ipo alapapo, jẹ atẹle yii:
nibiti \ (\xi \) jẹ ida iwọn didun ti martensite, \ (\xi _M \) jẹ ida iwọn didun ti martensite ti a gba ṣaaju alapapo, \ (\ displaystyle a_A = \ pi / (A_f – A_s) \), \ ( \ displaystyle b_A = -a_A/C_A \) ati \ (\ xi _M \) ati \ (C_A \ MA \ A \ A \ \ MA ( \ A \ temps T_), ati S_ (C_A \) m iwọn otutu T_, S. f \) - ibẹrẹ ati ipari ti apakan austenite, lẹsẹsẹ, iwọn otutu.
Idogba iṣakoso iyipada taara, ti o jẹ aṣoju nipasẹ iyipada alakoso austenite si martensite labẹ awọn ipo itutu agbaiye, jẹ:
nibiti \ (\xi _A \) jẹ ida iwọn didun ti martensite ti a gba ṣaaju itutu agbaiye, \ (\ displaystyle a_M = \ pi / (M_s – M_f) \), \ (\ displaystyle b_M = -a_M/C_M \) ati \ ( C_M \) – ekoro fitting paramita, T – SMA SMA iwọn otutu, ik (M_s – M_s) mar
Lẹhin ti awọn idogba (3) ati (4) ti ṣe iyatọ, awọn idogba onidaji ati iyipada taara jẹ irọrun si fọọmu atẹle:
Lakoko iyipada siwaju ati sẹhin \(\eta _{\sigma} \) ati \ (\eta _{T} \) gba awọn iye oriṣiriṣi.Awọn idogba ipilẹ ti o ni nkan ṣe pẹlu \ (\eta _{\sigma} \) ati \ (\eta _{T} \) ti jẹyọ ati jiroro ni kikun ni apakan afikun.
Agbara igbona ti o nilo lati gbe iwọn otutu ti okun waya SMA wa lati ipa alapapo Joule.Agbara gbigbona ti o gba tabi tu silẹ nipasẹ okun waya SMA jẹ aṣoju nipasẹ ooru wiwaba ti iyipada.Pipadanu ooru ninu okun waya SMA jẹ nitori ipadanu ti a fi agbara mu, ati fun ipa aibikita ti itankalẹ, idogba iwọntunwọnsi agbara ooru jẹ bi atẹle:
Nibiti \(m_{waya} \) ti wa ni apapọ ibi-apapọ ti SMA waya, \(c_{p}\) ni pato ooru agbara ti SMA, \(V_{in} \) ni awọn foliteji loo si awọn waya, \ (R_{ohm} \ ) – alakoso-ti o gbẹkẹle resistance SMA, telẹ bi;\(R_{ohm} = (l/A_{agbelebu})[\xi r_M + (1-\xi )r_A]\ ) nibiti \(r_M \ ) ati \(r_A \) ti wa ni SMA alakoso resistivity ni martensite ati austenite, lẹsẹsẹ, \(A_{c}\) ni awọn dada agbegbe ti \ (A_{c}\) jẹ awọn dada agbegbe ti awọn SMA a waya apẹrẹ.Ooru wiwaba ti waya, T ati \(T_{\ infty}\) jẹ awọn iwọn otutu ti waya SMA ati ayika, lẹsẹsẹ.
Nigbati okun waya alloy iranti apẹrẹ kan ba ṣiṣẹ, okun waya n rọ, ṣiṣẹda agbara ni ẹka kọọkan ti apẹrẹ bimodal ti a pe ni agbara okun.Awọn ipa ti awọn okun ni okun kọọkan ti okun waya SMA papọ ṣẹda agbara iṣan lati ṣiṣẹ, bi a ṣe han ni 9e.Nitori wiwa orisun omi aitọ, apapọ agbara iṣan ti Nth multilayer actuator jẹ:
Fidipo \ (N = 1 \) sinu idogba (7), agbara iṣan ti ipele akọkọ apẹrẹ bimodal drive le ṣee gba bi atẹle:
nibiti n jẹ nọmba awọn ẹsẹ unimodal, \ (F_m \) jẹ agbara iṣan ti a ṣe nipasẹ awakọ, \ (F_f \) jẹ okun okun ni okun waya SMA, \ (K_x \) jẹ lile abosi.orisun omi, \ (\ alpha \) ni igun onigun mẹta, \(x_0 \) jẹ aiṣedeede ibẹrẹ ti orisun omi aiṣojuuwọn lati di okun USB SMA mu ni ipo ti o ti ṣaju, ati \ (\Delta x \) ni irin-ajo actuator.
Awọn lapapọ nipo tabi ronu ti awọn drive (\ (\ Delta x \)) da lori awọn foliteji (\ (\ sigma \)) ati igara (\ (\ epsilon \)) lori SMA waya ti awọn ipele Nth, awọn drive ti ṣeto si (wo ọpọtọ. afikun apa ti awọn o wu):
Awọn idogba kinematic funni ni ibatan laarin abuku wakọ (\ (\epsilon \)) ati iṣipopada tabi iṣipopada (\(\Delta x \)).Ibajẹ ti okun waya Arb gẹgẹbi iṣẹ ti ipari okun waya Arb akọkọ (\(l_0 \)) ati ipari waya (l) nigbakugba t ni ẹka unimodal kan jẹ bi atẹle:
ibi ti \ (l = \sqrt{l_0^2 +(\Delta x_1)^2 – 2 l_0 (\Delta x_1) \cos \ alpha _1} \) ti wa ni gba nipa lilo awọn cosine agbekalẹ ni \ (\ Delta \) ABB ', bi o han ni Figure 8. Fun igba akọkọ ipele drive (\ (N = 1 \ D)) x (\ (N = 1 \ D)) x (\ (N = 1 \ el\) x. (\ alpha _1 \) jẹ \ (\ alpha \) gẹgẹbi a ṣe han ninu Bi o ṣe han ni Nọmba 8, nipa iyatọ akoko lati Idogba (11) ati paarọ iye l, oṣuwọn igara le jẹ kikọ bi:
ibi ti \ (l_0 \) ni ibẹrẹ ipari ti SMA waya, l jẹ awọn ipari ti awọn waya ni eyikeyi akoko t ninu ọkan unimodal eka, \ (\ epsilon \) ni awọn abuku ni idagbasoke ninu SMA waya, ati \ (\ Alpha \) awọn igun ti awọn onigun mẹta, \ (\ Delta x \) ni awọn drive aiṣedeede (bi o han ni Figure 8).
Gbogbo awọn ẹya ti o ga julọ (\(n=6 \) ninu eeya yii) ni a so pọ pẹlu \(V_{in} \) gẹgẹbi foliteji titẹ sii.Ipele I: Aworan atọka ti okun waya SMA ni iṣeto bimodal labẹ awọn ipo foliteji odo Ipele II: Ilana iṣakoso kan han nibiti okun waya SMA ti wa ni fisinuirindigbindigbin nitori iyipada onidakeji, bi a ṣe han nipasẹ laini pupa.
Gẹgẹbi ẹri ti imọran, awakọ bimodal ti o da lori SMA ti ni idagbasoke lati ṣe idanwo itọsi afarawe ti awọn idogba abẹlẹ pẹlu awọn abajade idanwo.Awoṣe CAD ti oluṣe laini laini bimodal jẹ afihan ni ọpọtọ.9a.Lori awọn miiran ọwọ, ni ọpọtọ.9c ṣe afihan apẹrẹ tuntun ti a dabaa fun asopọ prismatic yiyipo nipa lilo adaṣe ti o da lori SMA ọkọ ofurufu meji pẹlu eto bimodal kan.Awọn paati awakọ naa jẹ iṣelọpọ ni lilo iṣelọpọ aropo lori itẹwe 3D ti o gbooro sii Ultimaker.Ohun elo ti a lo fun titẹ sita 3D ti awọn paati jẹ polycarbonate eyiti o dara fun awọn ohun elo sooro ooru bi o ti lagbara, ti o tọ ati pe o ni iwọn otutu iyipada gilasi giga (110-113 \ (^{\circ}) C).Ni afikun, Dynalloy, Inc Flexinol apẹrẹ iranti alloy waya ti a lo ninu awọn idanwo, ati awọn ohun elo ti o ni ibamu pẹlu okun waya Flexinol ni a lo ninu awọn iṣeṣiro.Awọn okun onirin SMA lọpọlọpọ ti wa ni idayatọ bi awọn okun ti o wa ninu eto bimodal ti awọn iṣan lati gba awọn agbara giga ti a ṣe nipasẹ awọn oṣere multilayer, bi a ṣe han ni aworan 9b, d.
Bi o han ni Figure 9a, awọn ńlá igun akoso nipasẹ awọn movable apa SMA waya ni a npe ni igun (\ (\ alpha \)).Pẹlu awọn dimole ebute ti a so si apa osi ati awọn dimole ọtun, okun waya SMA ti wa ni idaduro ni igun bimodal ti o fẹ.Ẹrọ orisun omi aiṣedeede ti o waye lori asopo orisun omi jẹ apẹrẹ lati ṣatunṣe awọn ẹgbẹ ifaagun orisun omi ti o yatọ gẹgẹbi nọmba (n) ti awọn okun SMA.Ni afikun, ipo ti awọn ẹya gbigbe ni a ṣe apẹrẹ ki okun waya SMA ti han si agbegbe ita fun itutu agbaiye fi agbara mu.Awọn apẹrẹ oke ati isalẹ ti apejọ ti o yọkuro ṣe iranlọwọ lati jẹ ki okun waya SMA jẹ ki o tutu pẹlu awọn gige gige ti a ṣe apẹrẹ lati dinku iwuwo.Ni afikun, awọn opin mejeeji ti okun waya CMA ti wa ni titunse si apa osi ati awọn ebute ọtun, lẹsẹsẹ, nipasẹ ọna abọ.Plunger ti wa ni asopọ si opin kan ti apejọ gbigbe lati ṣetọju kiliaransi laarin awọn apẹrẹ oke ati isalẹ.Plunger naa tun lo lati lo agbara ìdènà si sensọ nipasẹ olubasọrọ kan lati wiwọn agbara ìdènà nigbati okun SMA ti ṣiṣẹ.
Ẹya iṣan bimodal SMA ti sopọ ni itanna ni jara ati agbara nipasẹ foliteji pulse titẹ sii.Lakoko ọmọ pulse foliteji, nigbati foliteji ba lo ati okun waya SMA ti gbona loke iwọn otutu ibẹrẹ ti austenite, ipari ti okun waya ni okun kọọkan ti kuru.Iyọkuro yii n mu apa agbeka ṣiṣẹ.Nigba ti foliteji ti a zeroed ni kanna ọmọ, awọn kikan SMA waya ti a tutu ni isalẹ awọn iwọn otutu ti awọn martensite dada, nitorina pada si awọn oniwe-atilẹba ipo.Labẹ awọn ipo aapọn odo, okun waya SMA ni akọkọ palolo ni nà nipasẹ orisun omi aiṣedeede lati de ipo martensitic detwinned.Dabaru naa, nipasẹ eyiti okun waya SMA ti n kọja, n gbe nitori titẹkuro ti a ṣẹda nipasẹ lilo pulse foliteji si okun waya SMA (SPA ti de ipele austenite), eyiti o yori si imuṣiṣẹ ti lefa gbigbe.Nigbati okun waya SMA ba ti yọkuro, orisun omi aiṣedeede ṣẹda ipa titako nipa didan orisun omi siwaju.Nigbati aapọn ninu foliteji ifasilẹ naa di odo, okun waya SMA pọ si ati yi apẹrẹ rẹ pada nitori itutu agbaiye ti a fi agbara mu, de ipele martensitic ilọpo meji.
Eto amuṣiṣẹ laini laini orisun SMA ti a dabaa ni iṣeto bimodal ninu eyiti awọn onirin SMA ti wa ni igun.(a) n ṣe afihan awoṣe CAD ti apẹrẹ, eyiti o mẹnuba diẹ ninu awọn paati ati awọn itumọ wọn fun apẹrẹ, (b, d) jẹ aṣoju apẹrẹ idanwo ti o dagbasoke35.Lakoko ti (b) ṣe afihan iwo oke ti apẹrẹ pẹlu awọn asopọ itanna ati awọn orisun aibikita ati awọn iwọn igara ti a lo, (d) ṣe afihan wiwo irisi ti iṣeto naa.(e) Aworan ti eto imuṣiṣẹ laini pẹlu awọn okun SMA ti a gbe bimodally ni eyikeyi akoko t, ti o nfihan itọsọna ati ipa ti okun ati agbara iṣan.(c) A 2-DOF iyipo prismatic asopọ ti a ti dabaa fun a ran awọn meji-ofurufu SMA-orisun actuator.Gẹgẹbi a ṣe han, ọna asopọ n ṣe agbejade iṣipopada laini lati awakọ isalẹ si apa oke, ṣiṣẹda asopọ iyipo.Ni apa keji, gbigbe ti bata prisms jẹ kanna bi iṣipopada ti awakọ ipele akọkọ multilayer.
Iwadi idanwo kan ni a ṣe lori apẹrẹ ti o han ni aworan 9b lati ṣe iṣiro iṣẹ ṣiṣe ti awakọ bimodal ti o da lori SMA.Gẹgẹbi a ṣe han ni Nọmba 10a, iṣeto idanwo ni ipese agbara DC ti eto lati pese foliteji titẹ sii si awọn onirin SMA.Bi o han ni ọpọtọ.10b, Iwọn igara piezoelectric kan (PACEline CFT/5kN) ni a lo lati wiwọn agbara ìdènà nipa lilo olutọpa data Graphtec GL-2000.Awọn data ti wa ni igbasilẹ nipasẹ agbalejo fun iwadi siwaju sii.Awọn wiwọn igara ati awọn amplifiers idiyele nilo ipese agbara igbagbogbo lati gbe ifihan agbara foliteji kan.Awọn ifihan agbara ti o baamu ti wa ni iyipada sinu awọn iṣelọpọ agbara ni ibamu si ifamọ ti sensọ agbara piezoelectric ati awọn paramita miiran bi a ti ṣalaye ninu Table 2. Nigbati a ba lo pulse foliteji kan, iwọn otutu ti okun waya SMA pọ si, nfa okun waya SMA lati rọpọ, eyiti o fa ki oluṣeto agbara.Awọn abajade esiperimenta ti iṣelọpọ agbara iṣan nipasẹ pulse foliteji titẹ sii ti 7 V jẹ afihan ni ọpọtọ.2a.
(a) Eto imuṣiṣẹ laini ti o da lori SMA ni a ṣeto ni idanwo lati wiwọn agbara ti ipilẹṣẹ nipasẹ oṣere naa.Ẹrọ fifuye naa ṣe iwọn agbara idinamọ ati pe o ni agbara nipasẹ ipese agbara 24 V DC.Ilọkuro foliteji 7 V kan ni a lo pẹlu gbogbo ipari ti okun naa ni lilo ipese agbara DC ti eto GW Instek kan.SMA waya isunki nitori ooru, ati awọn movable apa kan si awọn fifuye cell ati ki o ṣiṣẹ a ìdènà agbara.Ẹya fifuye naa ni asopọ si oluṣamulo data GL-2000 ati pe o ti fipamọ data naa sori agbalejo fun sisẹ siwaju.(b) Aworan ti o nfihan pq awọn paati ti iṣeto idanwo fun wiwọn agbara iṣan.
Awọn alloy iranti apẹrẹ jẹ itara nipasẹ agbara gbona, nitorinaa iwọn otutu di paramita pataki fun kikọ ẹkọ iṣẹlẹ iranti apẹrẹ.Ni idanwo, bi o ṣe han ni Ọpọtọ 11a, aworan igbona ati awọn wiwọn iwọn otutu ni a ṣe lori apẹrẹ SMA-orisun divalerate actuator.Orisun DC ti eto kan lo foliteji titẹ sii si awọn okun waya SMA ni iṣeto idanwo, bi o ṣe han ni Nọmba 11b.Iyipada iwọn otutu ti okun waya SMA ni iwọn ni akoko gidi nipa lilo kamẹra LWIR ti o ga (FLIR A655sc).Olugbalejo naa nlo sọfitiwia ResearchIR lati ṣe igbasilẹ data fun sisẹ-ifiweranṣẹ siwaju.Nigbati a ba lo pulse foliteji, iwọn otutu ti okun waya SMA pọ si, nfa okun waya SMA lati dinku.Lori ọpọtọ.Olusin 2b fihan esiperimenta ti SMA waya otutu dipo akoko fun a 7V input polusi.
Akoko ifiweranṣẹ: Oṣu Kẹsan-28-2022