جستجوی مقالات مرتبط با کلیدواژه "shape memory alloy" در نشریات گروه "مکانیک"
تکرار جستجوی کلیدواژه «shape memory alloy» در نشریات گروه «فنی و مهندسی»-
Iranian Journal of Mechanical Engineering Transactions of ISME, Volume:23 Issue: 2, Sep 2022, PP 105 -128The current paper presents the free vibration characteristic of axially moving conical shells made of shape memory alloy based on Donnell’s shell theory. The material behavior is simulated based on the Boyd-Lagoudas model. By applying the suitable airy function, the strain compatibility equation, and the Galerkin method, two sets of equations of motion are obtained. The compatibility equation is solved by using the steady-state form of equations and employing the suitable flexural mode shape concerning radial displacement. The effects of moving in the axial direction and using the SMA are investigated with the aid of the frequency responses curves. The phase transformation would decrease the quantity of the critical velocity. The results have been evaluated by means of the available data.Keywords: Conical shell, Axially moving, stability, Shape memory alloy
-
آلیاژهای حافظه دار دسته ای از مواد هوشمند با خاصیت منحصر بفرد حافظه شکلی هستند. خاصیت حافظه شکلی این مواد قابلیتی جالب برای کاربرد به عنوان عملگر در مکانیزم های مختلف ایجاد می نماید. این مواد قابلیت بازیابی طول اولیه با اعمال فرآیندهای حرارتی را دارا می باشند. در این مقاله، به کنترل فازی-PID یک ساختار متضاد با عملگرهایی از جنس سیم آلیاژ حافظه دار پرداخته می شود. مدل برینسون به همراه شرایط تبدیل فاز الهی نیا برای توصیف معادلات انتقال فاز از مارتنزیت به آستنیت و بالعکس استفاده می شود. با ترکیب قانون دوم نیوتن، مدل تبدیل فاز، مدل انتقال حرارت و مدل کرنش سیم، معادلات دیفرانسیلی حاکم بر رفتار مکانیزم مزبور استخراج می گردد. به واسطه دینامیک به شدت غیرخطی و پدیده هیسترزیس این مواد، کنترلر غیرمدل مبنای فازی- PID برای کنترل موقعیت مورد استفاده قرار خواهد گرفت. قوانین فازی به گونه ای تعریف می گردند که ضرایب تناسبی، مشتق گیر و انتگرالی متناسب با خروجی سیستم به روزرسانی شوند. نتایج این تحقیق به هر دو صورت تیوری و عملی مورد ارزیابی قرار خواهند گرفت. نشان داده خواهد شد که تحت کنترلر ارایه شده، خطای تعقیب نسبت به سیگنال مرجع بصورت نمایی به صفر میل خواهد کرد.کلید واژگان: آلیاژ حافظه دار, تبدیل فاز, ساختار متضاد, مدل برینسون, کنترل فازی-PIDShape memory alloys (SMAs) are a special kind of smart materials with an intrinsic shape memory effect. This characteristic brings up SMAs as an actuator in dynamical mechanisms. These materials can recover their initial length under special thermal operations. This paper deals with fuzzy-PID control of contrary mechanisms actuating with a pair of SMA wires. The Brinson model combining with the Elahinia’s conditions are employed to describe the phase transformation models. By combining the Newton second law, transformation models, heat transfer and strain relations, the governing equations of the contrary mechanism is derived. Due to nonlinear behavior of SMA actuators, the non-model-based controllers are preferred compared with the model-based ones. Therefore, the fuzzy-PID control method is employed to control the position of the closed-loop system. The fuzzy rules are defined such that the coefficients of the PID controller are tuned according to the system response. Both numerical and experimental results are provided to illustrate the effectiveness of the proposed approach. It will be shown that under the proposed method, the tracking error will converge to zero asymptotically.Keywords: Shape memory alloy, Phase transformation models, Contrary mechanisms, Brinson model, Fuzzy-PID controller
-
In this paper, nonlinear dynamic analysis of sandwich plate with viscoelastic and flexible core and shape memory alloy embedded composite face sheets is performed. In order to simulate the dynamic behavior of sandwich plate, a higher order global-local theory based on the superposition principle is used. One of the most important advantage of presented theory is considering the thickness variation and transverse shear stresses, which is especially necessary in the study of thick sandwiches with soft core. In order to simulate the behavior of the shape memory alloy (SMA) wires, material properties variation are considered continuously in whole of the plate. In order to accurately investigate the behavior of the shape memory alloy, a written code is using an algorithm for solving the dynamic phase transformation base on modified Brinson model. The kinematic equations of phase transformation of embedded SMA wires are coupled with the equations of motion that leads to the nonlinearity and complexity of the equations. So to solve the equations, a development iterative method based on the formulation of nonlinear transient finite elements method with a dynamic phase transformation algorithm is used. The results show that the vibration amplitude of the sandwich plate is reduced due to energy dissipation because of the phase transformation of the SMA wires. Also, the core of the sandwich plate is considered of viscoelastic material. Due to the specific properties of the viscoelastic materials, the dynamic behavior of the structure and its consequence, the overall damping of the structure is affected. One of the previously unexplored studies is the simultaneous investigation of the damping effect of viscoelastic cores and embedded SMA wires. In other words, in this case, the sandwich plate has two different damping mechanisms with different function and nature that affect each other.Keywords: Sandwich plate, Global-local theory, Dynamic Behavior, Flexible viscoelastic core, Shape Memory Alloy, three-dimensional elasticity correction
-
در این مقاله، ارتعاشات آزاد و اجباری محرک های از جنس آلیاژهای حافظ شکل با در نظر گرفتن اثرات انتقال فاز و اشباع توسط مدل تیر تیموشنکو با شرایط مرزی یکسر گیردار بررسی شده است. پس از استخراج معادلات حرکت از اصل همیلتون، روش مربعات دیفرانسیلی تعمیم یافته برای گسسته سازی معادلات بکار رفته و به دلیل غیر خطی بودن از الگوریتم نگاشت بازگشتی، روش نیوتن رافسون و روش نیومارک حل زمانی آنها بدست آمده است. نتایج نشان می دهند به دلیل تشکیل حلقه های هیسترزیس ارتعاشات میرا شده و در بسیاری از حالات به ناحیه الاستیک در فاز آستنیت محدود می شوند.کلید واژگان: آلیاژهای حافظ شکل, ارتعاشات آزاد و اجباری, تیر تیموشنکو, میرایی هیسترزیس, روش مربعات دیفرانسیلی تعمیم یافتهThis article aims at studying the free and forced vibrations of shape memory alloy beam actuators. The constitutive equations are derived based on a three dimensional phenomenological model which accounts for pseudoelastically and shape memory effect by considering phase transformation strains in the formulation. In the present study, the pseudoelastic deformations are studied. Assuming Timoshenko beam model for the structures with moderate thickness, equations of motion are derived through Hamilton principle, and the obtained partial differential equations are discretized by applying the Generalized Differential Quadrature approach and then are solved incrementally using Newmark integration method. The return mapping algorithm, considering Newton-Raphson iteration procedure, is employed to update phase transformation strains and any related parameters during solution in each time steps. Results show that energy dissipation occurs due to hysteric behavior of SMA beams during vibrations for both free and forced cases. In most cases, the reduction in amplitudes continues till the material behaves like the elastic solids within austenite phase where no dissipation is appeared. Also, it can be observed from the results that the amplitude of damped vibrations is constant for SMA structure. Therefore, it exhibits more stable behavior in comparison with elastic beam with similar harmonic actuations. Consequently, it is concluded that the SMA materials can be applicable to adjust response frequency in addition to their various applications such as in dampers.Keywords: Shape memory alloy, Free, forced vibrations, Timoshenko beam, hysteresis damping, Generalized differential quadrature method
-
در این مطالعه به بررسی ارتعاشات اجباری ورق دایروی تو خالی با لبه های گیردار تحت نیروی هارمونیک پرداخته شده است. میدان جابجایی بر اساس تیوری مرتبه اول تغییر شکل برشی به دست آمده است. معادلات حرکت با استفاده از اصل همیلتون استخراج شده و برای مدل سازی رفتار ماده سوپر الاستیک از مدل، بوید-لاگوداس استفاده شده است. در ادامه برای تحلیل ورق آلیاژ حافظه دار در حالتی که تغییر فاز انجام می شود، برای حل معادلات از روش تفاضلات مربعی، نیومارک و الگوریتم نگاشت برگشتی بهره گرفته شده است. همچنین به منظور صحه گذاری نتایج از مراجع موجود و نرم افزار آباکوس استفاده شده است. نتایج نشان می دهد که تغییر فاز آلیاژ موجب کاهش استحکام ماده می شود و رفتار غیرخطی نرم شوندگی در آلیاژ حاصل می شود.
کلید واژگان: ا رتعاشات اجباری, ورق دایروی توخالی, آلیاژ حافظهدار, سوپرالاستیک, روش تفاضلات مربعیIn this study, the forced vibrations of an annular circular plate with clamped edges under harmonic load is investigated. Analysis of circular plate is based on First-order Shear Deformation Theory (FSDT). The pseudoelastic behavior is simulated by Boyd-Lagoudas constitutive model. The Hamilton’s principle is used to obtain the equations of motion.In the state without phase change (pure austenite) the plate was examined in nonlinear conditions and compared with the existing reference.Differential Quadrature, Newmark methods, and convex cutting plane mapping algorithm are utilized to get the time and frequency responses of the plate. The phase transformation effects are studied on the time and frequency responses of the plate. Also, the harmonic load and the harmonic load, with a constant value are investigated. Then, the accuracy of these results is checked with the available literature and FEM software ABAQUS. The results indicate that the alloy phase transformation leads to reduced material strength and the nonlinear behavior of the alloy.
Keywords: Forced Vibration, Annular circular plate, Shape memory alloy, Pseudoelastic, Differential Quadrature Method -
In this study, the effect of aerodynamic and thermal forces on the flutter stability of an epoxy / fiber-based hybrid nanocomposite beam containing shape memory alloy wires and reinforced by functionally graduated distribution of carbon nanotubes are investigated. Carbon nanotubes help to increase the stiffness of the nanocomposite beam, and the shape memory alloys will increase the flutter stability boundaries by inducing tensile stress in the beam due to the increase in temperature and the aerodynamic pressure. In this study, the Brinson model is supposed to present the properties of shape memory alloy wires, also, the Euler-Bernoulli beam model is assumed to be in line with van-Karmen nonlinear strains. The boundaries of buckling stability and aerothermodynamics flutter have been investigated by studying the natural frequencies of the hybrid nanocomposite beam and the thermal bifurcation points. The primary objective of this study is to examine the impact of carbon nanotubes and shape memory alloy wire on improving the behavior of a composite beam flutter under the effect of airflow and temperature increase, simultaneously. The results showed that applying these two advanced reinforcing materials has a significant impact on increasing the static and dynamic stabilities of hybrid nanocomposite beams in the thermo-aerodynamic environment.
Keywords: Shape Memory Alloy, Carbon Nanotube Reinforcement, Hybrid Nanocomposite Beam, Nonlinear Equation, Aerothermal Flutter -
موتورهای حرارتی جهت تولید انرژی مکانیکی، از گرمای ایجاد شده توسط تاسیسات مختلف، بدون ایجاد آلایندههای زیستمحیطی، بکار میروند. در این مقاله ابتدا، با استفاده از سیمهایی از جنس نایتینول، یک موتور حرارتی طراحی و ساخته میشود. سپس، تاثیر پارامترهای مختلف بر سرعت زاویه ای، گشتاور و مدت زمان دوران موتور بررسی میگردد. نتایج نشان میدهند که افزایش دمای آب گرم یا کاهش دمای آب سرد سبب افزایش سرعت زاویه ای می شوند؛ ولی این تغییرات، مادامی که استحالهها کامل صورت پذیرند، تاثیر چندانی بر گشتاور ندارد. بعلاوه افزایش قطر و تعداد سیم های نایتینول و وجود مهره های کاهنده اصطکاک، افزایش سرعت زاویهای و گشتاور را نتیجه میدهند. همچنین مشاهده شد که کاهش دمای استحاله، به افزایش مدت زمان چرخش و سرعت زاویهای موتور منجر میشود و نیز بیش ترین سرعت دورانی در فاصله معینی از تکیهگاه ثابت ایجاد می شود. برای موتور حاضر، گشتاور و سرعت زاویه ای بیشینه بهترتیب 601/20 نیوتن میلی متر و 58 دور بر دقیقه محاسبه شدهاند.
کلید واژگان: آلیاژ حافظه دار, نایتینول, مبدل انرژی, موتورهای SMA, انرژی گرمایی, انرژی مکانیکیThermal motors are used to generate mechanical energy using heated water produced by different equipment, without environmental pollutions. In this paper, a thermal engine is first designed and manufactured using Nitinol wires. Then, the effects of different parameters on angular velocity, output torque and engine rotation time are investigated. The results show that increasing hot-water temperature and decreasing cold-water temperature increase the angular velocity. However, as long as transformations get completed, these parameters have a neglectable effect on the torque. In addition, increasing the wires’ diameter and number and using the friction-reducer beads, increase the output torque and angular velocity. It is also observed that decreasing the transformation temperature increases the duration of rotation and angular velocity of the engine. The maximum angular velocity is related to a certain position of the fixed constraints. The maximum torque and angular velocity are calculated to be about 20.601 N.mm and 58 rpm respectively.
Keywords: Shape memory alloy, NITINOL, energy converter, SMA motors, Thermal energy, Mechanical energy -
یکی از روش های درمان گرفتگی رگ، جایگذاری استنت خوداتساع در رگ می باشد،استفاده از آلیاژهای حافظه دار در ساخت استنت خوداتساع به دلیل خواص سوپرالاستیک این آلیاژ گسترش یافته است. در این مقاله با جایگذاری استنت آلیاژی حافظه دار در رگ، به بررسی میزان تنش و آسیب وارد به رگ توسط استنت در نرم افزار آباکوس پرداخته شده است. به منظور شبیه سازی رفتار رگ در این کار خواص غیرالاستیک رگ، که شامل نرم شدگی و تغییر شکل پایدار رگ می باشد، در نظر گرفته شده و به منظور شبیه سازی رفتار استنت از مدل ساختاری سوزا استفاده شده است. با استفاده از مدل آسیب که در این مقاله در نظر گرفته شده است میزان آسیب ایجادشده در رگ، که یکی از عوامل گرفتگی مجدد رگ است، بررسی شده است. در صورت استفاده از مدل هایپرالاستیک و بدون درنظرگرفتن آسیب ایجادشده در بافت رگ، بعد از برداشتن استنت تنش و کرنشی در رگ باقی نمی ماند و این نتیجه موجب خطا در پیش بینی رفتار رگ بعد از استنت گذاری می گردد. هم چنین در این مقاله از رگ با هندسه ی واقعی استفاده شده است، بدین وسیله تحلیل مطابقت بیشتری با واقعیت دارد و امکان تعیین نقاط بیشینه تنش و آسیب در رگ فراهم شده است.
کلید واژگان: استنت خوداتساع, آسیب, رگ, آلیاژ حافظه دارOne of the common methods to resolve artery stenosis is the insertion of a shape memory alloy stent in the artery. The use of shape memory alloys in the manufacturing of self-expandable stent has expanded because of the superelastic behavior of this alloy. In this paper, we simulated a shape memory alloy stent insertion in an artery to explore stress and damage effects arising from the stent insertion on the artery by using ABAQUS software. To simulate the mechanical behavior of artery, we considered the effect of the inelastic arterial properties (stress softening and recoverable inelastic deformation) that activated under supraphysiological loading in the stenting process, and to simulate stent behavior, the Souza model is used. These two models were applied in ABAQUS by UMAT codes. By using the damage model, the amount of damage in the artery, which is one of the factors of restenosis, is investigated. Also, in this paper, we have used real diseased artery geometry, which was specified from high-resolution magnetic resonance images, therefore the analysis is more in line with reality and it is possible to determine the location of the maximum stress and damage in the artery.
Keywords: Self-Expandable Stent, Damage, Artery, Shape Memory Alloy -
Louvers are powerful devices for the thermal management of satellites. Nevertheless, the high mass and power consumption and the low reliability of servomotors serving as the actuators of louvers, make the space applications of these technologies very restricted. To tackle this problem, this paper utilizes a shape memory alloy to build a smart servomotor for use in a laboratory louver. The major bottleneck of the use of thermal shape memory alloys is the existence of complex nonlinear hysteretic characteristics in the behavior of these materials. In this paper, a nonlinear autoregressive exogenous model is proposed to predict the nonlinear hysteric behavior of a shape memory alloy. This model is based on a dynamic neural network that its fine function is achieved by a suitable selection of the architecture and the transfer functions of the output and hidden layers. The proposed model is first trained with a batch of test data at the frequency of 0.01 Hz and then validated with another batch of data at the frequency of 0.008 Hz. The training and validation data are obtained from a laboratory louver equipped with a spring of shape memory alloy as the opening actuator of blades. The mean square error of the proposed model for the training and validation data is 1.0325 and 1.0835 degrees, respectively.Keywords: Hysteresis, NARX Model, Dynamic Neural Network, Shape Memory Alloy, Thermal Control Louver
-
This paper presents an investigation into shape memory alloy (SMA) springs considering the effects of geometry changes under small as well as large deformations. Helical springs were fabricated by shape setting of NiTi wires through heat treatment. The products exhibited pseudoelasticity at the ambient temperature, and their force-displacement responses were examined by performing simple tension tests. A model was further proposed to study tension and compression of SMA springs, and it was shown that the consequences of geometrical changes in tension and compression of springs are different. The numerical results of large and small deformation models were verified by experimental tensile results. In order to design a spring with maximum dissipative performance, a designer has three geometric parameters to set: wire diameter, spring diameter, and the number of active coils. The influences of these parameters on dissipated energy were studied in both displacement- and force-control loadings, and a framework for designing SMA springs with the purpose of achieving maximum applicable dissipation was at last developed.Keywords: Shape memory alloy, SMA, Spring, Large deformation, Dissipated energy, Geometric parameters
-
در این مقاله به بررسی اثر آلیاژ حافظه دار بر پاسخ ضربه کم سرعت ورق ساندویچی مستطیلی با رویه های کامپوزیتی و هسته آگزتیکی انعطاف پذیراز طریق ارائه و به کارگیری یک تئوری کلی-محلی هایپربولیک مرتبه بالا جدید پرداخته شده است. برای استخراج نتایجی دقیق با کم ترین خطای ممکن، توزیع غیریکنواخت و وابسته به زمان برای فازهای ماده هوشمند آلیاژ حافظه دار و همچنین جابجایی عرضی برای هسته انعطاف پذیردر نظر گرفته شده است. علاوه بر این به جای استفاده از قانون متداول هرتز از قانون تماس اصلاح شده استفاده گردیده است و قوانین تماس مختلفی برای فازهای بارگذاری و باربرداری در نظر گرفته شده ا ند. آثار سفتی همه لایه ها به همراه ضخامت ورق بر سفتی تماس در نظر گرفته شده است. معادلات حاکم المان محدود غیرخطی حاصل شده با استفاده از یک الگوریتم تکرارشونده در هر گام زمانی حل شدند. نتایج تحلیل حاضر با نتایج تجربی مراجع دیگر مقایسه و صحت نتایج حاضر مورد تایید قرار گرفته است. در انتها اثر هسته آگزتیکی، اثر ضریب پواسون هسته، اثر سیم های آلیاژ حافظه دار و اثر انرژی ضربه زننده بر پاسخ ضربه ورق ساندویچی کامپوزیتی، مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج تحلیل نشان می دهند که هسته آگزتیکی باعث افزایش سفتی ظاهری ناحیه تماس می شود که نتیجه آن افزایش نیروی برخورد و کاهش خیز و مدت زمان برخورد می باشد. همچنین خاصیت سوپر الاستیسیته آلیاژ حافظه دار باعث می شود که این آلیاژ در حین ضربه با تشکیل حلقه هیسترزیس انرژی زیادی را جذب کند که این امر باعث بهبود مقاومت به ضربه ورق ساندویچی و کاهش آسیب ناشی از ضربه می گردد.کلید واژگان: آلیاژ حافظه دار, کسر حجمی مارتنزیت, پاسخ ضربه, ورق ساندویچی کامپوزیتی, هسته آگزتیکی انعطاف پذیرIn this paper, the effect of shape memory alloy on low-velocity impact response of rectangular sandwich plates with composite facesheets and soft auxetic cores is investigated using a new higher-order global–local hyperbolic plate theory. In order to obtain accurate results with the least error, non-uniform and time-dependent distribution for the phases of SMA and the transverse compliance of the soft core are considered. Also, a refined contact law is proposed instead of using the traditional Hertz law and different contact laws are considered for the loading and unloading phases. Stiffness effects of all layers along with the effect of plate thickness on contact stiffness are considered. The obtained nonlinear finite element governing equations are solved by making use of an iterative algorithm at each time step. The results of the present study are compared with the experimental results in other references, and it is proved that the results are valid. Finally, the effect of auxetic core, core Poisson's ratio, SMA wires, and indenter energy on impact response of composite sandwich plat are investigated. The results show that the auxetic core increases the apparent stiffness of the contact area that causes an increase in impact forces and a decrease in the lateral deflection and impact duration. Besides, the SMA can absorb a remarkable portion of the stored impact-induced strain energy due to the superelastic and hysteretic natures of the SMA material, which results in increasing impact strength of the sandwich plate and decreasing the damage caused due to the impact.Keywords: Shape Memory Alloy, Martensite Volume Fraction, Impact Response, Composite Sandwich Plate, Soft Auxetic Core
-
This paper presents an experimental investigation into the compression behavior of shape memory alloy hybrid composites (SMAHC) subjected to quasi-static loading taking into account of rotation effects of shape memory wire in basalt continuous filament (BCF) direct roving epoxy composite. Two types of specimen prepared, the BCF direct roving reinforced epoxy composite filled with shape memory wire and BCF direct roving reinforced epoxy composite without shape memory wire and compression strengths of two specimens per type are analyzed. Specimens were prepared by hand layup at room temperature for curing. For composites specimen four layer BCF direct roving reinforced epoxy composite prepared. The effect of shape memory wire on the maximum load bearing capacity of resultant specimens after quasi static damage was experimentally investigated. Results of compression test for two specimens per type of BCF and SMAHC showed that composite specimens with four layer BCF direct roving reinforced epoxy composite has higher load than SMAHC specimens with rotate wire between second and third layer. It may for weak interface between shape memory wire and matrix due to the discrepancy in compatibility of materials.Keywords: Shape memory alloy, Basalt, Compression, Hybrid composites
-
In the present research, in contrast to the available papers, not only the superelasticity but also the shape memory effects are taken into account in determination of the impact responses. At the same time, in addition to modifying Brinsons model for the shape memory alloys (SMAs), to include new parameters and loading events, and Hertz contact law, distributions of the SMA phases are considered to be both localized and time-dependent. Furthermore, effects of the impact-induced heat generation and mechanical energy on the resulting histories of the martensite phase volume fraction, stress-strain, temperature, lateral deflection, and contact force are investigated. The generated heat in the SMA wires during the impact is determined through using a Helmholtz free energy function including the latent heat of the phase transformation. The resulting governing equations are solved by the finite element method. The nonlinear refined constitutive laws are solved through a return-mapping Newton-Raphson procedure. Results reveal that incorporation of the heat generation effects is significant in medium/high-velocity impacts or when the stress field is almost uniform.Keywords: Shape memory alloy, Impact, Phase transformation, Heat generation, Hybrid composite plate
-
Iranian Journal of Mechanical Engineering Transactions of ISME, Volume:16 Issue: 1, Mar 2015, PP 73 -96Impact responses of rectangular composite plates with embedded shape memory alloy (SMA) wires are investigated in the present research. The plate is assumed to be placed in a thermal environment; so that in contrast to the available researches in the field, the shape memory and ferroelasticity effects have to be considered also in addition to the superelasticity. The governing equations are derived based on a proposed enhanced free energy function and refined constitutive equations with coupled thermoelasticity expressions and solved by the finite element method. The resulting governing equations are solved through an iterative solution scheme, a bridging law, and a special phase transformation tracing algorithm. A special case of the results is verified by the experimental results extracted by the authors. Results showed that the volume change rate, impact-induced temperature rise, and ambient temperature may significantly affect the phase transformations mechanism and the non-linear indentation phenomenon.Keywords: Coupled thermoelasticity impact analysis, Shape memory alloy, Pseudoelasticity, Ferroelasticity, Experimental results
-
امروزه، آلیاژهای حافظه دار به علت توان بالا، حجم کم و سازگاری با بدن انسان، به صورت گسترده در ساخت عملگرها در اندام پروتزی و تجهیزات پزشکی استفاده می-شوند. در این مقاله کنترل فازی یک نمونه واقعی انگشت مصنوعی با استفاده از خواص عملگر های آلیاژ حافظه دار ارائه می شود. بدین منظور ابتدا مدل دینامیکی یک انگشت رباتیک سه درجه آزادی با مفاصل چرخشی که از سیم آلیاژ حافظه دار به عنوان زردپی به منظور جمع شدن هر بند انگشت و یک فنر پیچشی به منظور بازگرداندن هر بند به محل اولیه استفاده می کند، ارائه می شود. پس از شبیه سازی مدل دینامیکی انگشت در محیط سیمولینک نرم افزار متلب، با استفاده از نتایج شبیه سازی و انتخاب بهینه ی پارامترها و ویژگی های سیستم، نمونه ی واقعی انگشت به همراه مدارات کنترلی لازم ساخته شده و مورد آزمایش قرار می گیرد. در انتها به طراحی و پیاده سازی سیستم کنترل فازی برای انگشت پرداخته می شود. تنظیم گین های کنترلر به گونه ای صورت پذیرفته که ولتاژ ورودی به این عملگرها دارای حداقل میزان ماکزیمم پرش و خروجی سیستم دارای حداقل زمان رسیدن به پایداری باشند. نتایج حاصل از آزمایش های عملی، عملکرد مناسب کنترلر فازی طراحی شده در دستیابی به موقعیت هر یک از بندهای انگشت به عنوان خروجی، با خطای کم و دقت بالا را نشان می دهد. همچنین نتایج آزمایشات عملی، اعتبار، دقت بالا و صحت مدل شبیه سازی شده را تایید می نماید.کلید واژگان: انگشت مصنوعی, آلیاژ حافظه دار, شبیه سازی, ساخت نمونه, کنترل فازیShape Memory Alloy (SMA) wires are currently employed in robotics as actuators of prosthetic limbs and medical equipment due to advantages such as reducing the size in the application, high power-to-weight ratio and elimination of complex transmission systems. In this paper, a fuzzy control system has been designed and implemented for an artificial finger using the SMA actuators. This robotic finger has been designed and modeled with three revolute joints and three SMA wires as the tendon in order to adduction each phalange of the finger and torsional springs to restore them to their original positions. The dynamic model of the finger has been simulated in MATLAB/Simulation. Based on the simulation results, optimal choice of parameters and system features has been obtained and a prototype of finger has been built and tested. Gains of the controllers are set so that the current applied to SMA wires has minimum overshoot and the output of the system has minimal time to achieve stability. The comparison between the simulation results and the actual measured data show that the simulated model is accurate.Keywords: Shape memory alloy, artificial finger, Simulation, Fuzzy controller, prototyped sample
-
آلیاژهای حافظه دار کاندیدای بسیار مناسبی در زمینه های مختلف مهندسی هستند. یکی از مزیت های آلیاژهای حافظه دار کرنش بالای این مواد است. علاوه بر این ویژگی، سبکی و رفتار سوپرالاستیک از دیگر ویژگی های این مواد می باشد. همه این مشخصات، آلیاژهای حافظه دار را به عنوان یک گزینه مناسب در زمینه های مهندسی معرفی کرده است. این آلیاژها پدیده غیرخطی هیسترزیس را در خود دارند. وجود هیسترزیس در این مواد، مشکلات استفاده از آن ها به عنوان عملگر موقعیت را افزایش داده است. روش-های مختلفی برای مدلسازی هیسترزیس این مواد ارائه شده است. در این مقاله، مدل تعمیم یافته پرنتل-ایشلینسکی بدلیل سادگی، کارآمدی و دارا بودن معکوس تحلیلی، برای مدلسازی به کار گرفته شده است. مدلسازی هیسترزیس ماده، بر اساس داده های تجربی یکی از مقالات اعتبارسنجی شده است. در بخش کنترل، دو روش کنترلی تناسبی- مشتق گیر- انتگرال گیر و مد لغزشی فازی مقایسه شده اند. روش کنترل مد لغزشی فازی یک روش مناسب برای کنترل سیستم های بدون مدل ریاضی است که می تواند مقاوم بودن سیستم را افزایش دهد. در این مقاله نشان داده شده است که در صورت استفاده از روش فازی این امکان فراهم می شود که به ازای خطا بین ورودی مرجع و پاسخ سیستم، ورودی کنترلی مناسبی به سیستم جهت از بین بردن خطا اعمال گردد، در حالی که در کنترلر تناسبی- مشتق گیر- انتگرال گیر بدلیل ثابت بودن ضرایب کنترلر خطا قابل قبول نمی باشد . نتایج این تحقیق، کارایی روش مد لغزشی فازی نسبت به کنترلر کلاسیک تناسبی- مشتق گیر- انتگرالگیر را نشان می دهد.کلید واژگان: مدل پرنتل, ایشلینسکی تعمیم یافته, آلیاژ حافظه دار, کنترلر مد لغزشی فازیShape memory alloys (SMAs) are suitable candidates in various fields of engineering. One advantage of these alloys is their capabilities in developing high strain and force. In addition to these great features, lightweight and super-elastic behavior are other traits of these materials. These specifications are of such an importance that make SMAs to be suitably used in further engineering applications. However, their intrinsic hysteresis non-linear behavior make their usage as position actuators difficult. Despite this challenge, there are various methods proposed in the literatures to model the hysteresis behavior of such materials. In this paper, a generalized Prandtl- Ishlinskii model, because of its simplicity, efficiency and inverse analytical capability, has been used for modeling the SMA behavior. In addition, the hysteresis modeling has been validated via experimental data of one of the articles. In the control section, however, two control systems consisting PID and fuzzy sliding mode controllers have been used. Fuzzy sliding mode control system is a method that can be used in systems without mathematical model and leads to increase in their robustness. It is shown in this paper that by using this method, it is possible to apply a suitable control input to the system in order to vanish the error signal. However, by using PID controllers, the error signal is not acceptable due to the constant controller coefficients. The results indicate the more efficient performance of fuzzy sliding mode controller with respect to the classical PID controller.Keywords: Generalized Prandtl, Ishlinskii model, Shape memory alloy, fuzzy sliding mode controller
-
This study presents a new approach to control the nonlinear dynamics of an adaptive absorber using shape memory alloy (SMA) element. Shape memory alloys are classified as smart materials that can remember their original shape after deformation. Stress and temperature-induced phase transformations are two typical behaviors of shape memory alloys. Changing the stiffness associated with phase transformations causes these properties of SMA. A thermo-mechanical model (based on the transformation strain which is a measure of strain indicating the phase transformation) is used to constrain the general thermo-mechanical features of the SMA. Here, the one-dimensional SMA model is adopted to calculate both the pseudo-elastic response and the shape memory effects. The dynamic behavior of shape memory alloys is then investigated, and a Newmark method is adopted to analyze the nonlinear dynamic equations. Results demonstrate that the vibration of an initial system can be tuned using the SMA absorber in a wide range of frequencies. Therefore, SMAs as adaptive tuned vibration absorbers provide an excellent performance to control vibrations.Keywords: Shape memory alloy, Vibration absorber, Phase transformation, Nonlinear dynamic
-
در این مقاله ابتدا یک سیم از جنس آلیاژ حافظه دار توسط مدل برینسون مدل سازی شده است. با توجه به کارایی بالای مدل برینسون، این مدل به صورت جزئی در تمام نقاط صفحه دما-تنش مورد بررسی قرار گرفته است. در ادامه یک عملگر دارای آلیاژ حافظه دار که از ترکیب یک سیم آلیاژ حافظه دار با یک فنر خطی تشکیل شده، مدل سازی شده است. از آنجا که در بسیاری از موارد، پارامترهای مختلف عملگرهای آلیاژ حافظه دار از قبیل ضریب سختی فنر در عملگر معرفی شده، نامشخص هستند و یا با تغییر شرایط تغییر می کنند، از یک فیلتر کالمن توسعه یافته جهت تخمین این پارامتر استفاده شده است. در این فیلتر باید حدس اولیه و کوواریانس خطای آن مشخص شود. اما از آن جا که این کوواریانس خطا به درستی قابل تعیین نیست، تاثیر عدم دقت کوواریانس خطای اولیه بر تخمین مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین با توجه به اینکه ممکن است در عمل فنر استفاده شده خطی نباشد، یک بار هم شبیه سازی با فنر غیر خطی انجام شده و تخمین با همان مدل فنر خطی صورت گرفته است. نتایج این تحلیل ها به خوبی نشان می دهد فیلتر کالمن توسعه یافته به خوبی قادر است پارمترهای ثابت و متغیر یک عملگر شامل آلیاژ حافظه دار را با دقت و سرعت بالا تخمین بزند. همچنین این تخمین ها نسبت به خطا در مدل و حدس اولیه به صورت مقاوم عمل می کنند.کلید واژگان: آلیاژ حافظه دار, مدل برینسون, فیلتر کالمن توسعه یافته, تخمین مقاوم پارامترهاIn this paper, at first a Shape Memory Alloy (SMA) actuator is modeled by Brinson model. Due to high efficiency of Brinson model in modeling SMA behavior, this model is studied in detail in all regions of temperature-stress plane. Then, an SMA actuator, that is composed of a SMA wire connected to a linear spring, is modeled. Since in many SMA actuators, some parameters, like spring stiffness in this case, cannot precisely determined or it is changed by the environment situations, an Extended Kalman Filter (EKF) is used to estimate these parameters. In this filter, an initial guess and its error covariance must be determined. But since this error covariance cant be determined precisely, the effect of initial error covariance inaccuracy on the parameter estimation is analyzed. Also, since in actual cases the spring may have nonlinear behavior, a simulation is performed by using a nonlinear spring while the estimation is carried out by using linear spring model. These analyses show that EKF can estimate parameters of an SMA-actuated actuator quickly as well as accurately. Also these estimations are robust against the model and initial guess uncertainty.Keywords: Shape Memory Alloy, Brinson Model, Extended Kalman Filter, Robust Parameter Estimation
-
هدف از انجام این تحقیق، طراحی و مدل سازی یک بال شکل پذیر است که بتواند عملکرد پروازی وسایل نقلیه هوایی را بهبود بخشد. چالش های بسیاری در خصوص توسعه ی این قبیل بال ها وجود دارد. یکی از این چالش ها، انتخاب و یا طراحی مکانیزم تحریک برای تغییر شکل بال است. ازآنجایی که این بال ها باید به اندازه ی کافی سبک باشند تا بتوانند در شرایط پروازی عملکرد خوبی از خود به نمایش بگذارند، لذا لازم است از مکانیزم های تحریک مناسبی در طراحی آن ها استفاده شود. از طرفی، مواد هوشمند و علی الخصوص آلیاژهای حافظه دار، به عنوان دسته ای از مواد هوشمند، برای این کاربرد بسیار مناسب می باشند. لذا در این پژوهش از این مواد برای مکانیزم تحریک بهره گرفته شده است. برای نیل به این هدف، یک مکانیزم جدید به منظور به کارگیری در بال شکل پذیر توسعه داده شده است. مکانیزم ارائه شده به منظور استفاده در بال طراحی و ساخته می شود. این مکانیزم قابلیت ایجاد دو حرکت گال و سوئیپ را به بال می دهد. هم چنین ملاحظات لازم در خصوص طراحی بال با استفاده از مکانیزم پیشنهادی ارائه گردیده است. تحلیل های سیالاتی نشان می دهند عملکرد بال تغییر شکل یافته نسبت به بال تغییر شکل نیافته در رژیم های پروازی خاصی بهبود می یابد.
کلید واژگان: بال شکل پذیر, مواد هوشمند, آلیاژ حافظه دار, طراحی, تحلیل آیرودینامیکیThe scope of the current investigation incorporates the entire process involved in design and development of a Shape Memory Alloy (SMA) actuated wing intended to fulfill morphing missions. At the design step, a two Degree-of-Freedom (DOF) mechanism is designed that is appropriate for morphing wing applications. The mechanism is developed in such a way that it can undergo different two DOF, i.e. gull and sweep, so that the wing can have maneuvers that are more efficient. Smart materials commonly are selected as the actuators due to their suitable thermo-mechanical characteristics. Shape Memory Alloy (SMA) actuators are capable of providing more efficient mechanisms in comparison to the conventional actuators due to their large force/stroke generation, smaller size with high capabilities in limited spaces, and lower weight. As SMA wires have nonlinear hysteresis behavior, their modeling should be implemented in a meticulous way. In this work, after proposing a two DOF morphing wing, an aerodynamic analysis of the whole wing for unmorphed and morphed wings is presented. The results show that the performance of the morphed wing in special flight regimes is improved.
Keywords: Morphing Wing, Smart Materials, Shape Memory Alloy, Design, Aerodynamic Analysis -
رفتار عمومی ترمومکانیکی مواد مرکب تقویت شده با الیاف آلیاژ حافظه دار با استفاده از یک روش تحلیلی میکرومکانیکی سه بعدی به منظور درنظرگرفتن اثر فعال شدن الیاف پیش بینی می شود. کامپوزیت به واسطه این روش میکرومکانیکی می تواند تحت بارگذاری های عمومی مکانیکی شامل بارگذاری عمودی و برشی و همچنین حرارتی قرار بگیرد که نهایتا سبب فعال شدن الیاف آلیاژ حافظه دار در زمینه پلیمری می گردد. با توجه به قابلیت های مدل میکرومکانیکی ارائه شده، آرایش الیاف در زمینه به صورت توزیع مریعی شبیه سازی می گردد. المان حجمی نماینده ی کامپوزیت از دو فاز شامل الیاف آلیاژ حافظه دار و زمینه پلیمری تشکیل می شود و تحت بارگذاری مکانیکی چرخه ای محوری قرار می گیرد. به منظور نمایش اثر فعال شدن الیاف بر پاسخ کلی کامپوزیت، رفتار زمینه پلیمر به صورت الاستیک در نظر گرفته می شود و الیاف آلیاژ حافظه دار به صورت غیرخطی غیرالاستیک بر اساس مدل سه بعدی لاگوداس شبیه سازی می گردد. این مدل قادر پیش بینی اثرات استحاله فاز آلیاژ حافظه دار و رفتار سوپرالاستیک آن ها می باشد. در راستای بسط معادلات ترمومکانیکی آلیاژ حافظه دار در مدل سلول واحد، از روش حل عددی غیرخطی نیوتن- رافسون استفاده می گردد. در قسمت نتایج ابتدا اثرات پارامترهای مهم بر پاسخ ترمومکانیکی کامپوزیت بررسی می گردد و سپس پاسخ های ترمومکانیکی کامپوزیت در دو بازه دمایی زیاد و کم نشان داده می شود و اثر فعال شدن سیم آلیاژ حافظه دار درون کامپوزیت نمایش داده می شود. نتایج بیانگر این نکته می باشند که با افزایش دما کرنش باقیمانده در باربرداری مکانیکی در کامپوزیت کاهش می یابد به گونه ای که هنگامی که دما بالاتر از ناحیه اتمام تشکیل آستنیت باشد کرنش باقیمانده در کامپوزیت به صفر میل می کند. مقایسه نتایج تحقیق حاضر با تحقیقات موجود در دسترس پیشین، تطابق بسیار خوبی را نشان می دهد.
کلید واژگان: آلیاژ حافظه دار, میکرومکانیک, خاصیت حافظه شکلی, کامپوزیت فعال شدهGeneral thermo-mechanical behavior of composites reinforced by shape memory alloy fibers is predicted using a three-dimensional analytical micromechanical method to consider the effect of fibers activation. Composite due to the micromechanical method can be exposed to general normal and shear mechanical and thermal loading which cause to activate the shape memory alloy fibers within polymeric matrix finally. Considering the capabilities of the presented micromechanical model; the fibers arrangement within the matrix is simulated as square distribution. Representative volume element of the composite system consists of two-phases including shape memory alloys fibers and polymeric matrix which is exposed to axial cyclic mechanical loading. In order to display the effect of fiber activation on the overall response of composite, the behavior of polymeric matrix is assumed elastic and shape memory alloy fibers is considered nonlinear inelastic based on 3-D Lagoudas model is simulated. The model is capable to predict the phase transformation and super elastic behavior of shape memory alloys. In order to develop thermo-mechanical equations of the shape memory alloy in the unit cell model, Newton-Raphson nonlinear numerical solution method is used. In the results, the effects of significant parameters on the thermo-mechanical response of composites are investigated and then the composite thermo-mechanical response is demonstrated in the high and low temperature interval and the effect of shape memory alloy wire activation in the composite is addressed. The presented results show that the composite residual strain in mechanical unloading decreases by enhancing temperature. Therefore, the composite residual strain approaches to zero when the temperature is higher than at which austenite transformation finishes. Comparison between the present research results with available previous researches shows good agreement.Keywords: Shape memory alloy, Micromechanics, Shape memory effect, Activated composite
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.