Novel shape memory actuators

• Autorzy: Tobushi H. , Miyamoto K. , Nishimura Y. , Mitsui K.

Warianty tytułu

PL

Nowe aktuatory z elementami z pamięcią kształtu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In order to develop novel shape memory actuators, the torsional deformation of a shape memory alloy (SMA) tape and the actuator models driven by the tape were investigated. The shape memory composite (SMC) belt composed of SMA tapes and a shape memory polymer (SMP) was fabricated, and the three-way bending characteristics were also investigated. The results obtained can be summarized as follows. In the SMA tape subjected to torsion, the martensitic transformation appears along the edge of the tape due to elongation of the edge of the tape and grows to the central part. The fatigue life in both the pulsating torsion and alternating torsion is expressed by a unified relationship of the dissipated work in each cycle. Based on the two-way motion of an opening and closing door model and a solar-powered active blind model driven by two kinds of SMA tape, it is confirmed that the two-way rotary driving actuator with a small and simple mechanism can be developed by using torsion of the SMA-tape. The SMC belt laminated with the SMP tape and SMA tapes was fabricated. The three-way bending movement of the SMC belt was achieved during heating and cooling based on the charac- teristics of the SMA tapes and the SMP tape. The active SMC actuator with various three-dimentional movements can be developed by applying the three-way properties of the SMC.

PL

W pracy zajęto się aktuatorami nowego typu, w których zastosowano stop z pamięcią kształtu (SMA) w postaci skręcającej się taśmy SMA wywołującej ruch aktuatora. Opracowano kompozytowy pas (SMC) z taśm SMA oraz polimeru wykazującego efekt pamięci kształtu (SMP) oraz zbadano charakterystyki takiego kompozytu przy zginaniu trójosiowym. Rezultaty badań pokazały, że taśma SMA poddana skręcaniu doznaje przemiany martenzytycznej wzdłuż krawędzi z powodu jej wydłużania, która stopniowo przechodzi do środkowej części taśmy. Problem wytrzymałości zmęczeniowej taśmy obciążonej jednokierunkowym i naprzemiennym skręcaniem opisano ujednoliconym wyrażeniem określającym pracę dyssypacji na każdy cykl obciążenia. Zbadano model aktuatora dwustronnego działania do otwierania i zamykania drzwi oraz do sterowania przesłony zasilanej energią słoneczną. Potwierdzono skuteczność torsyjnego aktuatora SMA przy utrzymaniu prostoty konstrukcji takiego mechanizmu. Przeanalizowano przestrzenny ruch kompozytowego pasa SMC indukowanego ogrzewaniem i chłodzeniem w zależności od charakterystyk taśm SMA i SMP. Pokazano, że dzięki właściwościom kompozytu SMC różnych w trzech kierunkach, uzyskanie zdolności ruchowej aktuatora w przestrzeni (3D) jest możliwe.

Słowa kluczowe

EN

shape memory alloy; shape memory polymer; composite; actuator; two-way; three-way; tape

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej
• Czasopismo: Journal of Theoretical and Applied Mechanics
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 49 nr 3
• Strony: 927--943
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys.

Twórcy

autor

Tobushi H.

autor

Miyamoto K.

autor

Nishimura Y.

autor

Mitsui K.

• Aichi Institute of Technology, Department of Mechanical Engineering, Toyota, Japan,

Bibliografia

• 1. Browne A.L. et al,, 2009, Programmable shims for manufacturing and assembly lines, U.S. Patent, 7538472 B2, 1-24
• 2. Funakubo H. edit., 1987, Shape Memory Alloys, Gordon and Breach Science, New York
• 3. Lin P.H., Tobushi H., Tanaka K., Lexcellent C., Ikai A., 1995, Recovery stress of TiNi shape memory alloy under constant strain, Arch. Mech., 47, 2, 281-293
• 4. Mabe J.H., Calkins F.T., Ruggeri R.T., 2007, Full-scale flight tests of aircraft morphing structures using SMA actuators, Proc. of SPIE, 6525-65251C, 1-12
• 5. Mabe J.H., Ruggeri R.T., Rosenzweig E., Yu C.J., 2004, Nitinol performance characterization and rotary actuator design, Proc. of SPIE, 5388, 95-109
• 6. Manzo J.E., Garcia E., 2007, Active rigidity smart joint for a bat-wing micro air vehicle, Proc. of ASME IMECE, 231-241
• 7. Otsuka K., Wayman C.M., 1998, Shape Memory Materials, Cambridge University Press, Cambridge
• 8. Pieczyska E.A., Gadaj S.P., Nowacki W.K., Tobushi H., 2006, Phasetransformation fronts evolution for stress- and strain-controlled tension tests in TiNi shape memory alloy, Exp. Mech., 46, 531-542
• 9. Sterzl T., Winzek B., Mennicken M., Nagelsdiek R., Keul H., Hocker H., Quandt E., 2003, Bistable shape memory thin film actuators, Proc. of SPIE, 5053, 101-109
• 10. Tobushi H., Hayashi S., Hoshio K., Makino Y., Miwa N., 2006, Bending actuation characteristics of shape memory composite with SMA and SMP, J. Intell. Mater. Syst. Struct., 17, 1075-1081
• 11. Tobushi H., Hayashi S., Sugimoto Y., Date K., 2010, Fabrication and two-way deformation of shape memory composite with SMA and SMP, Mater. Sci. Forum, 638-642, 2189-2194
• 12. Tobushi H., Pieczyska E.A., Nowacki W.K., Sakuragi T., Sugimoto Y., 2009, Torsional deformation and rotary driving characteristics of SMA thin strip, Arch. Mech., 61, 3-4, 241-257
• 13. Tobushi H., Sakuragi T., Sugimoto Y., 2008, Deformation and rotary driving characteristics of a shape-memory alloy thin strip element, Mater. Trans., 49, 1, 151-157