Kaip formos atminties lydinio (SMA) laidai integruojami į šildymo plokštes, kad būtų kompensuojamas aktyvus lygumas?

Tačiau nesvarbu, kaip kruopščiai ji yra apdirbta ir šlifuota, kaitinimo plokštė šiek tiek iškraipys, kai ji įkais. Įprasti korekcijos metodai yra pagrįsti pasyviu tarpikliu arba struktūriniu standinimu, kurį galima pritaikyti tik tam tikrai darbo temperatūrai. Alternatyva – į plokštelės konstrukciją implantuoti mažus laidus iš formos atminties lydinio medžiagų, kurios kaitinant jėga susispaudžia, leidžiant aktyviai koreguoti šiluminį lenkimą plačiame temperatūrų diapazone.

SMA šildymo plokščių lygumo kompensavimas yra paradigmos pokytis nuo statinės korekcijos prie termiškai reaguojančios konstrukcijos valdymo.

Nuo pasyvaus lygumo valdymo iki aktyvios šiluminės kompensacijos
Įprasta plokščių konstrukcija reiškia, kad plokštumas pasiekiamas esant vienai etaloninei temperatūrai. Kai vyksta šildymas:

Šiluminiai gradientai susidaro per plokštės storį

Diferencialinis išsiplėtimas sukelia lenkimą aukštyn arba žemyn

Didelio ploto-plokštelės: mechaniniai apribojimai, iškraipymo sustiprinimas

Pasyvaus dizaino sprendimais siekiama sumažinti šias pasekmes:

Medžiagos pasirinkimas su atitinkamu šiluminiu plėtimu

Sustiprintos konstrukcijos, briaunoti arba koriuoti

Darbinė šlifavimo temperatūra

Tačiau šie metodai iš esmės yra statiški ir negali dinamiškai reaguoti šilumos ciklo metu.

Formos atminties lydinių integravimas į šildymo plokštes
Formos atminties lydiniai (SMA), ypač nikelio -titano (nitinolis), yra tiesioginis būdas įtraukti adaptyvaus atsako mechanizmą į plokštelės struktūrą.

SMA laidų įterptosios konstrukcijos
Suprojektuoti plonų SMA laidų raštai įterpiami į plokštelę arba už jos. Šie kabeliai yra tokie:

Gamyboje įtemptas-

Termiškai aktyvuojamas esant tam tikroms pereinamojo laikotarpio temperatūroms

paskirstytas zonose, atitinkančiose numatomos šiluminės deformacijos modelius

SMA laidai reaguoja į temperatūros pokyčius konstrukcijoje realiu laiku-, kai plokštelė įkaista.

Aktyvi plokštumo kompensavimo sistema
Jis veikia remiantis nitinolio fazės kaitos elgesiu.

Šilumos susitraukimas
Nitinolis gali būti pakeistas iš martensito į austenito fazę grįžtamai. Taikant šilumą:

Esant tam tikrai transformacijos temperatūrai, medžiaga patiria fazių pokytį.

Kristalų struktūra pertvarkoma į trumpesnę, didesnės energijos formą

Susitraukimo jėga sukuriama žymiai

Tipiškos našumo savybės yra šios:

Atkuriama deformacija iki 8 proc.

Sukuriami įtempiai, viršijantys 500 MPa

Transformacijos temperatūra tiksliai reguliuojama naudojant lydinio sudėtį ir apdorojimą

Terminis nusilenkimo atsakomosios priemonės
Kai plokštelė pradeda spontaniškai deformuotis dėl šilumos gradientų:

Vienu metu kaitinama SMA viela, implantuota esminėmis kryptimis.

Vielos susitraukia ir patiria tempimo įtampą

Mechaninės apkrovos plokštės konstrukcijai suteikiamos priešingomis kryptimis.

Grynosios deformacijos sumažinimas arba kompensavimas

Plokštelėje yra dirbtinių raumenų, kurie lankstosi prieš šilumą ir nuolat pertvarko, kaip pasiskirsto mechaninis įtempis, nenaudojant išorinių plokštelės pavarų.

Pasyvus išmaniosios struktūros elgesys
Svarbi SMA pagrindu veikiančių kompensavimo sistemų savybė yra aktyvaus elektrinio valdymo trūkumas.

Šiluminė savaime{0}}reguliuojanti sistema
Skirtingai nuo jutiklių valdomų pavarų, SMA laidai elgiasi taip:

Pasyvūs termomechaniniai komponentai

Temperatūros{0}}pavaros

Fizinės uždarojo ciklo{0}}reagavimo sistemos

SMA aktyvavimui nereikia išorinio maitinimo šaltinio ar grįžtamojo ryšio valdiklio. Kompensacija pasiekiama tik terminiu poveikiu, kai naudojamas įprastas plokštelės darbas.

Projektavimo sudėtingumas ir baigtinių elementų optimizavimas
SMA lygumo kompensavimo efektyvumas labai priklauso nuo geometrinės ir mechaninės konstrukcijos.

Modelių iššūkių optimizavimas
SMA laidų išdėstymas turi būti tinkamai parengtas, kad atitiktų:

Erdviniai terminiai gradientai ant plokštelės

Tikėtini deformacijos mechanizmai apkrovus

Medžiagos standumo pasiskirstymas .

Veikimo temperatūros profiliai

Tai sukelia labai sudėtingą daugiafizikos projektavimo iššūkį, kurį sudaro:

Šiluminis modeliavimas

Konstrukcinių deformacijų modeliavimas

SMA medžiagų fazių perėjimo elgsena

Ilgalaikio nuovargio prognozė ciklinio šildymo metu

Baigtinių elementų analizė (FEA) paprastai naudojama ieškant geriausių būdų, kaip nukreipti ir įtempti laidus.

Integracija į didelio tikslumo{0}} termines sistemas
SMA{0}}patobulintos plokštelės yra ypač svarbios toms programoms, kurioms reikalinga aukšto lygio kontrolė.

Naudojimas pažangiojoje gamyboje
Galimi naudojimo scenarijai:

Nano{0}}įspaudų litografija

Puslaidininkinių plokštelių apdorojimas

Tiksliųjų optinių komponentų liejimas

Pažangus kompozicinis laminavimas

Mikrostruktūrinių paviršių replikacija

Netgi iškraipymas mikrometro lygyje gali labai pabloginti šių procesų rezultato kokybę.

Medžiagų ir sistemų apribojimai
Nepaisant didelio SMA pažado, jo integravimas sukelia įvairių inžinerinių apribojimų.

Terminis dviračių stabilumas
Pasikartojantys fazių perėjimai gali sukelti:

Histerezė kinta lėtai

Ilgaamžių{0}}laidų konstrukcijų nuovargis

Transformacijos temperatūros dreifas

Integracijos sudėtingumas
Norėdami įdėti SMA laidus, jums reikia:

Tikslus maršrutizavimas plokštelės struktūroje

Elektrinis ir terminis atskyrimas nuo šildymo elementų

Mechaninis suderinamumas su plėtimosi elgesiu

Stiprus inkaravimas, kad būtų išvengta vielos migracijos

Temperatūros diapazonas derinimui
Eksploatavimo aplinkybės turi būti tinkamai suderintos su transformacijos temperatūromis, kad būtų užtikrinta, jog kompensacija vyksta tinkamame šiluminiame lange.

Privalumai, palyginti su tradiciniais lygumo kontrolės metodais
SMA pagrįstas kompensavimas turi keletą unikalių pranašumų, palyginti su pasyviomis arba aktyviai valdomomis sistemomis.

Pagrindiniai privalumai
Nuolatinės temperatūros korekcija{0}}priklauso

Nereikia jokios išorinės valdymo sistemos.

Paskirstytas valdymas plačiuose regionuose

Galimas struktūrinio perprojektavimo sumažinimas

Prisitaikanti reakcija realiomis šilumos sąlygomis

Tai veda į visiškai naują termiškai protingų konstrukcinių konstrukcijų klasę.

Tiksliosios šiluminės inžinerijos ateities perspektyvos
Šildymo plokščių projektavimas naudojant SMA medžiagas yra ankstyvas išmaniųjų šiluminės įrangos konstrukcijų kūrimo pavyzdys.

Tolimesni pokyčiai numatomi: tobulėjant modeliavimo technikoms ir medžiagų apdorojimui.

Kelių{0}}zonų SMA pavarų tinklai

Hibridinės SMA ir hidraulinės kompensavimo sistemos

Adaptyvus plokštumo optimizavimas realiuoju laiku-tik medžiagai

Santrauka
Formos atminties lydinių įtraukimas į kaitinimo plokštes yra vienas iš svarbių šiluminės{0}}konstrukcijų inžinerijos pasiekimų. Ištirta galimybė aktyviai priešintis mechaninėms deformacijoms dėl šiluminio plėtimosi įterpiant Nitinolio laidus į gerai suplanuotus modelius, nereikalaujant išorinių valdymo sistemų.

Formos atminties lydinio SMA kaitinimo plokštės lygumo korekcijos idėja iliustruoja galingą išmaniųjų medžiagų ir tikslaus šiluminio dizaino derinį, dėl kurio susidaro paviršiai, kurie patys{0}}ištaiso savo iškraipymus veikimo metu.

Šis metodas paverčia plokštę iš pasyvaus konstrukcinio elemento į reaktyviąją mechaninę sistemą, kurios plokštumas visą laiką išlaikomas veikiant vidinei šilumai{0}}. Vystantis plėtrai, plokštiausius būsimų gamybos sistemų šiluminius paviršius gali išlaikyti nematomi, šiluma{2}}varomi raumenys, tyliai veikiantys pačioje konstrukcijoje.