形状记忆合金变刚度软作动器设计

软体材料作动器具有良好的目标抓取适应性,为实现软作动器结构的轻量化,保证抓取与承载能力,采用形状记忆合金丝作为驱动元件,设计出一种可变刚度的软作动器。首先,基于形状记忆合金(shape memory alloy,简称SMA)一维本构关系建立了作动器的弯曲变形力学模型;其次,通过实验对力与变形之间的关系进行了验证,弯曲变形与理论结果一致;最后,通过回弹结构的动力学设计,使得该作动器能够在恢复阶段快速回到初始形态。实验结果显示,加热用于变刚度的形状记忆合金丝可显著提升作动器的负载能力,从而达到变刚度的效果。

形状记忆合金丝致动器新型电热方法及其建模与实验研究

针对较粗形状记忆合金(SMA)丝致动器电阻小、通电加热困难的问题,提出一种在SMA丝表面缠绕漆包线的新型复合加热方法。采用集总参数法,并将螺旋缠绕的漆包线与SMA丝之间复杂的热交换过程简化描述为等效热导率,建立了该电热驱动过程的热力学模型。该模型所得的计算结果与实验测试结果的对比分析表明,所建立的热力学模型可以准确地描述该电热驱动方法的加热和冷却过程。实验还进一步表明,漆包线和SMA丝同时通电加热,可大幅提高SMA丝致动器的升温速率。

形状记忆合金复合纱线及其面料驱动性能

为研究开发高性能纺织基人工肌肉,设计并制备了以镍钛合金为芯丝、聚酰亚胺纤维为外包纤维的热驱动复合纱线致动器。利用该复合包芯纱成功制备了一种形状可编程的机织物致动器,并初步探索了复合纱线及其织物的力学性能和热驱动特性。研究结果表明:复合纱线及其织物受热驱动后将恢复到初始线性状态,加载的温度越高,形状记忆复合纱线的模量越大,回复应力也越大;该纱线具有良好的电加热和热稳定性能,加载的电流和电压越大,纱线温度越高,达到稳定态的时间越短;纱线在5 V电压下能在6.2 s内完成驱动。该复合织物致动器具有耐高温、形状可编程的特性,可实现不同模式的驱动。

形状记忆合金作动器的设计及优化

采用Ｂｒｉｓｉｏｎ［１］等提出的ＳＭＡ材料的本构关系，分析了形状记忆合金作动器在三种热交换方式（自然冷却、强制冷却和采用半导体热泵技术）下的动力特性，同时研究了ＳＭＡ丝在恒载和载荷变化时对完成正逆相变所用时间的影响。

磁控形状记忆合金作动器设计及其控制效果

为探索磁控形状记忆合金(MSMA)可作为一种在振动控制领域中可推荐的新型智能驱动材料,在对其力学性能的研究中,给出其输出控制力的变化规律,继后自行研制MSMA作动器,确定MSMA材料的外形尺寸、变形恢复装置、磁路设计等重要的因素。建立平面直径为80m单层球面网壳结构,按照三种方案设置基于MSMA作动器的控制元件,并应用反应谱计算了竖向地震荷载作用下的响应,通过和无控结构的响应进行对比分析取得MSMA的控制效果。结果表明,MSMA主动控制元件对大跨网壳结构的振动控制效果很明显,是一种理想的智能驱动材料,有着广阔的应用前景。

形状记忆合金作动器的动力响应特性

采用Brinson等提出的形状记忆合金 (SMA)材料的本构模型 ,分析了SMA作动器在三种热交换方式 (自由冷却、强制冷却和采用半导体热泵技术 )下的动力响应特性 ,同时还研究了不同荷载作用下SMA作动器完成正逆相变所需要的时间 ,并且简单讨论了影响作动器响应特性的几个因素和改进方法。

磁控形状记忆合金伸缩作动器设计及参数分析

该文基于磁控形状记忆合金(MSMA)材料自主设计了一种磁控形状记忆合金伸缩作动器,并阐述其原理。通过建立有限元模型,并对MSMA相对空气导磁率、导磁片的相对导磁率及电流等参数进行了分析。研究表明:当MSMA相对空气导磁率为30、电流大小为3 A时,MSMA棒中心线磁场的均匀性较好;而导磁片的相对导磁率对其均匀性影响较小。设计出了一种新型磁控形状记忆合金伸缩作动器,达到了从理论上充分掌握MSMA棒轴向磁场强度及均匀性,并间接地保证了磁控形状记忆合金伸缩作动器具有较优的控制力。

磁控形状记忆合金主动控制系统及试验研究

对磁控形状记忆合金材料进行了磁力学性能试验研究,建立了预加压力-磁场-应变等磁力学本构模型;系统地分析了磁控形状记忆合金作动器的工作原理和构造方法,并进行了相应的磁场-作动性能试验研究,得出了磁控形状记忆合金作动器的本构模型,集成和开发了主动控制系统,并对一凯威特型模型结构进行了相应的控制性能试验。结果表明,研发的磁控形状记忆合金主动控制系统可有效控制网壳结构的地震响应。

磁控形状记忆合金主动控制系统及其试验研究

对磁控形状记忆合金材料进行了磁力学性能试验研究，建立了预加压力-磁场-应变等磁力学本构模型；系统地分析了磁控形状记忆合金作动器的工作原理和构造方法，并进行了相应的磁场-作动性能试验研究，得出了磁控形状记忆合金作动器的静／动力本构模型，集成和开发了主动控制系统，并对一凯威特型模型结构进行了相应的控制性能试验。结果表明，研发的磁控形状记忆合金主动控制系统可有效控制网壳结构的地震响应。

采用锆粉加热纸的形状记忆合金保险机构

针对目前引信形状记忆合金保险机构存在的响应慢及结构复杂等问题,提出了采用锆粉加热纸的形状记忆合金保险机构。该保险机构由外壳、电点火头、点火头盂、锆粉加热纸、记忆合金薄片和石棉纸6种零件组成,形成独立器件,加热纸剂量为毫克级,加热纸对记忆合金薄片接触加热,使其发生逆相变从而回复变形,解除对被保险机构的约束。测试与试验表明,通电点火后的10ms内保险机构动作,位移量2.2mm,具有结构简单、尺寸小、相应较快、动作可靠等优点可用于引信延期解除保险机构。

一种压电形状记忆合金复合材料的建模

提出了一个全新概念的压电陶瓷形状记忆合金(piezo-SMA)复合材料,作为一种新的驱动材料,它具有驱动速度快和应变大的特点。为了验证该观点,构造了一种基于Eshelby公式的新模型,在公式中运用了线性压电本构方程和SMA超弹性等式。由应力和电场诱发的应变,可产生两种简单的压电形状记忆合金(piezo-SMA)复合材料,一维串联模型和一维并联模型复合材料。该模型表明,一维并联强化结构提供的由偏应力和在其他复合结构的外加电场诱导下产生最高应变力。