二维射流冲击形状记忆合金驱动器的瞬态传热

用数值和实验两种方法对射流冷却、加热形状记忆合金驱动器进行研究.控制方程采用守恒形式和标准二维不可压缩k-ε紊流模型,流体和固体的耦合边界上采用与形状记忆合金相关的动、静边界条件两种形式分别进行计算,并比较了两种边界条件下射流换热效果.分析了射流速度、射流周期对换热的影响,设计了一套交变射流的实验装置,并对射流加热和冷却形状记忆合金驱动器进行了实验研究.结果表明:静边界条件下形状记忆合金驱动器温度稍高于动边界条件;射流速度越大、射流周期越长,形状记忆合金温度和形变的波动范围也就越大;实验数据与数值计算的结果吻合较好.研究结果对于以形状记忆合金作为热驱动元件的设计具有一定的指导意义.     

磁控形状记忆合金执行器工作原理及其应用

磁控形状记忆合金是一种在磁场控制下可产生较大变形并具有形状记忆功能的新型功能材料。在阐述该种材料磁控特性的基础上,论述了磁控形状记忆合金执行器的工作原理,并以所研制的蠕动型磁控形状记忆合金直线电机为例,介绍了其设计方法与试验结果。     

1-1型OPCM驱动元件的研究

研究了具有压电正交异性特性的片状压电复合材料及其压电正交异性复合材料 (Ortho tropicPiezoelectricCompositeMaterials ,简称OPCM )驱动元件的构造机理、性能 压电正交异性复合材料在相互垂直的两主方向上呈现出明显的压电特性差异 ,作为驱动片 ,片状压电正交异性复合材料在相互垂直的两主方向表现出相反的变形 ,该特性符合一般工程材料的变形规律 它在对结构的形状和位移控制以及在自适应结构中作为驱动元件较之常规的压电驱动材料有其独特的优点 实测表明 :OPCM驱动元件的纵向诱导应变是PZT驱动元件的 1.2 8倍 ,OPCM驱动元件的纵向诱导应变是其横向诱导应变的 1.30倍 ,且方向相反 ,显示出压电正交异性复合材料驱动元件产生横向负向诱导应变的优越效能     

表面粘贴SMA薄层的复合悬臂梁的弯曲变形分析

根据形状记忆合金的一维热力学本构关系,建立了粘贴预拉伸SMA薄层的复合悬臂粱弯曲变形的模型。分析了在不同温度下,SMA相交恢复力驱动粱而产生的弯曲变形,并进行了实验研究。     

SMA动作器结构变形的主动控制

根据机翼结构变形控制中主动控制的设计思想和形状记忆合金(SMA)弹簧的特性,设计了一种新型的SMA弹簧动作器,将其应用到机翼骨架结构中.利用ADAMS软件对机翼主动控制进行仿真,对驱动位置进行优化设计.仿真结果表明:该设计实现了机翼骨架结构的主动变形控制,减轻了结构的重量,为无人机的主动控制设计提供了一种新的方法.     

机器人SMA轴承夹持器研究与设计

形状记忆合金（ＳｈａｐｅＭｅｍｏｒｙＡｌｌｏｙ）是一种新型的功能材料。我们研制的ＳＭＡ轴承夹持器表明，用ＳＭＡ做驱动元件在一些场合中能代替传统的驱动元件（如电机、油压或气压活塞），且结构简单、重量轻、操作方便，非常适合于在小负荷、高速、高精度的机器人装配作业中使用。本文介绍了ＳＭＡ螺旋弹簧元件的性能测试实验；ＳＭＡ螺旋弹簧的设计方法；差动式ＳＭＡ轴承夹持器的结构和工作原理。最后在ＳＣＡＲＡ机器人上完成了轴承装配作业的联机实验。     

基于K-型热电偶与热成像仪的SMA丝温度精确测量研究

由于形状记忆合金(SMA)丝相变过程中潜热效应的影响以及环境温度、驱动参数强度的不同,传统的热电偶测温方法无法精确测量SMA丝在加热过程中的真实温度,对SMA丝的实时驱动控制造成了极大的困难。为了精确测量SMA丝的实时温度,提出了一种基于红外热像仪校准的热电偶测温方法。实验结果与理论分析吻合良好。     

S42F8-DN25型形状记忆合金疏水阀的性能分析

利用形状记忆合金的功能特性设计了一种卧式结构的热静力型蒸汽疏水阀;分析了这种疏水阀的密封性能、TiNi形状记忆合金的驱动特性及驱动元件动态响应。     

MSMA直线驱动器的数学模型及控制系统

针对新型功能材料磁控形状记忆合金(Magnetically Controlled Shape Memory Alloy简称MSMA)在磁场作用下变形量大、动态响应频率高、功率密度大和机电能量转换效率高的特点,提出了一种基于MSMA材料的新型直线驱动器及其控制系统的设计方案,在分析了其工作原理的基础上,建立了系统的动力学模型,并进行了分析计算;给出了MSMA驱动器的样机和实验结果,实验结果表明:模型的正确性和实用性,为MSMA材料在智能系统中的应用提供了理论和实验基础。     

NiTi合金材料力学性能的测试与分析

采用一种新型的形状记忆合金（SMA）性能综合测试系统，对TiNi合金丝相变过程中的有关力学性能和电学性能进行测试与分析，得到其自由状态下的相变温度，约束状态下回复力随温度增加的曲线及其超弹性迟滞回线。为智能结构中SMA元件的设计提供参考和依据。     

超细片层NbTi/TiNi记忆合金复合材料的制备与功能特性

基于NbTi-TiNi共晶型相变,经成分分析,通过电弧熔炼制备几种具有NbTi和TiNi记忆合金铸态双相组织的NbTiNi合金。这种合金是一种原位自生的NbTi/TiNi记忆合金复合材料,具有复合比可控(通过调整Ni或Nb含量)、可逆马氏体相变温度可调(通过调整Ti/Ni比例)的特点。通过对其辅以常规的锻造、拔丝等大变形工艺加工,使NbTi和TiNi组元细化至微米级别,进一步得到复合组元比表面大、分布均匀、界面强度高的超细片层NbTi/TiNi记忆合金复合丝材料。通过热膨胀仪和万能拉伸试验机对其进行热膨胀和力学性能测试。结果表明,该复合材料不但具有很高的屈服强度(超过1.6 GPa),还具有负膨胀点记忆效应、应变软模效应等新功能特性。     

镍钛形状记忆合金线坯连续定向凝固温度场的数值模拟

连续定向凝固过程中结晶器的温度分布对固-液界面位置和形状具有重要影响.在建立三维物理模型以及确定材料热物性参数、边界条件与冷却水对流换热系数计算方法的基础上,采用ANSYS有限元软件对不同参数组合条件下镍钛形状记忆合金线坯连续定向凝固的稳态温度场进行了数值模拟.研究结果表明,在所给定的模型及各种参数条件下,镍钛形状记忆合金在结晶器内可以完成凝固过程,且固-液界面呈平直状,具备了进行连续定向凝固制备的基本条件.     

考虑温度记忆效应的形状记忆合金本构模型

近年来在形状记忆合金（Shape Memory Alloy,SMA）中发现的由于不完全马氏体逆相变引起的温度记忆效应,在智能材料与结构等领域具有潜在的应用价值,建立克服现存SMA本构模型不能考虑SMA温度记忆效应这一局限性的SMA本构模型具有理论和工程实际意义．本文在前期研究的基础上,基于作者提出的形状记忆因子的概念,综合运用热力学、连续介质力学和马氏体相变学的相关理论,建立了描述SMA的形状记忆因子、应力、温度间关系的形状记忆方程和描述SMA的应变、应力、温度间关系的力学本构方程．由形状记忆方程和力学本构方程构成的SMA本构模型,克服了现存SMA本构模型不能考虑SMA温度记忆效应的局限性．数值结果表明,该SMA本构模型能有效描述经历不完全马氏体逆相变的SMA的热力学行为,可为SMA温度记忆效应的应用研究提供理论基础．     

形状记忆合金驱动的软体仿生手掌

与刚性部件控制的机械手臂或者手指相比,以记忆合金丝作为驱动器的驱动部件,避免了结构复杂的刚性部件以及复杂的运动反馈控制系统,其输出力—重量比高,驱动方式简便,引起各界的关注。本文以形状记忆合金为基础,设计试验了一种形状记忆合金丝驱动的软体仿生手掌。阐述了驱动记忆合金的原理、手掌的制作原理,建立了软体仿生手掌的运动学模型,采用matlab进行了运动学仿真验证分析,通过物理试验证明记忆合金驱动的软体仿生手掌可以达到手指弯曲及实际物体抓取的效果。     

记忆合金/Si复合膜驱动性能的力学建模与仿真

在考虑记忆合金材料非线性的基础上,按照材料力学的方法联立静力学、变形几何及物理的三者关系,建立了热载荷作用下记忆合金薄膜与Si基底相互耦合作用的力学模型.通过对一个完整的热循环过程中NiTi记忆合金/Si复合膜驱动性能的模拟和讨论,结果表明,由于相变的作用,以Si为基底的记忆合金薄膜能在较窄的温度范围内产生大的驱动力及位移.通过对不同厚度比情况下复合膜最大挠度的研究发现,随着Si基底与记忆合金薄膜厚度比的增大,复合膜的最大挠度逐渐减小;当两者厚度比大于5时,本模型对记忆合金/Si复合膜驱动性能的描述和预测更精确.     

快速凝固Ti—Ni形状记忆合金中马氏体结构

利用单辊熔体旋转法制备了近等原子比的Ti-Ni形状记忆合金,分析了快速凝固对合金相变点的影响,利用XD－5A型X－射线衍射仪测定以及相变产物马氏体的结构。快速凝固差热法可使Ti-Ni形状记忆合金中马氏体相变温度降低,同时R相变与马氏体分离。     

适用于有限空间的微型形状记忆合金丝驱动器

形状记忆合金（Ｓｈａｐｅ Ｍｅｍｏｒｙ Ａｌｌｏｙ,ＳＭＡ）丝用于微小型机器人中作驱动器时,为了达到要求的输出位移,其长度往往超出有限的可用空间。研究了产生这种现象的原因,并开发了一种使ＳＭＡ丝在整个可用空间中呈三维状态分布的微驱动器。理论分析和试验结果表明,该驱动器克服了ＳＭＡ丝直线驱动器和ＳＭＡ螺旋弹簧驱动器的弱点,拥有比骨骼肌更好的力学性能,应用于微小仿生机器人时,它可在满足输出位移要求的同     

Phase transition, structure and shape memory effect of Ni47Ti43Hf10 alloy

A Ni47Ti43Hf10 high temperature shape memory alloy is fabricated. The martensitic transformation temperature (TT) is obtained by differential scanning calorimetry and four-probe electrical resistivity measurements. The effect of thermal cycling is investigated and it is found that the TT tends to be stable quickly, which is of benefit to practical applications. The martensite structure is determined to be B19′ monoclinic by X-ray diffraction and transmission electron microscopy. One-way and two-way (which is seldom reported before) shape memory properties are studied by tensile and bending tests. The cycling number of two-way shape memory effect is tested for more than 20000 times.     

一种正方体型管内仿生蠕动机器人

开发了一种微型形状记忆合金直线驱动器,驱动器可沿轴向主动收缩和舒张,并可承受一定径向力,产生弯曲变形．在此基础之上,开发了一种呈正方体型的2in(2×2．54cm)管内蠕动行走机构．该机构模仿腔肠动物的行走方式并采用独特的拐弯策略,可在管内向前后、左右、上下六个方向行走,可通过“L”型、“T”型管接头．