پیاده‌سازی رفتار فنر آلیاژ حافظه‌دار در یک سازوکار به‌عنوان عملگر پیچشی برای تغییر موقعیت بالک موشک

نوع مقاله : گرایش رفتار مکانیکی مواد و سازه

نویسندگان

1 مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران.

2 گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی، ساوه، ایران

3 پژوهشگر، پژوهشگاه باقرالعلوم (ع).

4 گروه مهندسی هوا-فضا، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه امیرکبیر تهران، تهران، ایران.

5 گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران.

چکیده

آلیاژهای حافظه‌دار شکل گروهی از مواد هوشمند هستند، که به علت ویژگی‌های منحصر‌به‌فرد دارای کاربردهای متنوعی در صنایع مختلف نظیر هوافضا، رباتیک، علوم پزشکی و غیره هستند. امروزه بهبود عملکرد پروازی وسایل نقلیه هوایی با ستفاده از بال شکل‌پذیر به شدت مورد توجه محققین قرار گرفته است. تغییر وضعیت بال با توجه به فشار هوای روی بال و سرعت حرکت در حین پرواز به عنوان یک موضوع بسیار مهم در این زمینه شناخته می‌شود. برای این کار می‌توان از سازوکارهای تحریک استفاده کرد تا در عین سبک بودن، بال بتواند در شرایط پروازی عملکرد بهینه از خود نمایش دهد. آلیاژهای حافظه‌دار به علت وزن کم و ویژگی‌های خاص ترمومکانیکی مناسب، به عنوان عملگر در سازوکارهای مناسب برای این کار بسیار مفید هستند. در این پژوهش جزییات یک سازوکار که در آن از فنرهای آلیاژ حافظه‌دار شکل، به عنوان عملگر استفاده شده است، برای ایجاد پیچش بالک یک وسیله نقلیه هوایی حول محور گذرنده از بالک در حین پرواز طراحی و ارایه شده است. برای این کار ابتدا به مطالعه رفتار آلیاژهای حافظه‌دار شکل پرداخته شده است. سپس با بررسی معادلات ساختاری این مواد، مدلی برای رفتار فنرهای آلیاژ حافظه‌دار شکل ارایه شده است. سپس با پیاده‌سازی این مدل در نرم‌افزار متلب، رفتار فنرهای مورد استفاده در سازوکار پیشنهادی مورد تحلیل قرار گرفته است. سپس با استفاده از نتایج این پیاده‌سازی اجزای مورد استفاده در سازوکار طراحی شده و ابعاد و ضریب اطمینان طراحی هر یک از آن‌ها ارایه شده است.

کلیدواژه‌ها


 1
Ölander, A. “An electrochemical investigation of solid cadmium-gold alloys”, Journal of the J. Am. Chem. Soc. Vol. 54, No. 10, pp. 3819-3833, 1932.##
2
Greninger, A.B., Mooradian, V.G. “Strain Transformation in metastable beta copper zinc and beta copper–Ti alloys”, AIME Trance. Vol. 128, pp. 337–369, 1938.##
3
Chang, L.C., Read, T.A. “Behavior of the elastic properties of AuCd”, Trans Met Soc AIME.Vol. 191, pp. 47-58, 1951.##
4
Kauffman, G., Mayo, I. “The story of Nitinol: the serendipitous discovery of the memory metal and its applications”, Chem Educator. Vol. 2, pp. 1–21, 1997.##
5
Lagoudas, D.C. “Shape memory alloys: modeling and engineering applications”, Springer, New York, 2010.##
6
Arrison, L., Birocco, K., Gaylord, C., Herndon, B., Manion, K., and Metheny, M. “AE/ME Morphing Wing Design”, Virginia Tech, 2003.##
7
Bharti, S., Frecker, M., Lesieutre, G., and Browne, J. “Tendon actuated cellular mechanisms for morphing aircraft wing”; Proc. Int. Conf. Smart Structures and Materials & Nondestructive Evaluation and Health Monitoring. 2007.##
8
Wiggins, L.D., Stubbs, M.D., Johnston, C.O., Robertshaw, H.H., Reinholtz, C.F., and Inman, D.J. “A design and analysis of a morphing hyper-elliptic cambered span (HECS) wing”; Proc. Int. Conf. Structures, Structural Dynamics & Materials. 2004.##
9
Neal, D.A., Good, M.G., Johnston, C.O., Robertshaw, H.H., Mason, W.H., and Inman, D.J. “Design and wind-tunnel analysis of a fully adaptive aircraft configuration”; Proc. Int. Conf. Structures, Structural Dynamics & Materials. 2004.##
10
Kang, W.R., Kim, E.H., Jeong, M.S., Lee, I., and Ahn, S.M. “Morphing wing mechanism using an SMA wire actuator”, Int. J. Aeronaut. Space Sci. Vol. 13, No. 1, pp. 58-63, 2012.##
11
Paik, J.K., Hawkes, E., and Wood, R.J. “A novel low-profile shape memory alloy torsional actuator”, Smart Mater. Struct. Vol. 19, No. 12, pp 125014-125023, 2010.##
12
Shin, B.H., Jang, T., Ryu, B.J., and Kim, Y. A. “modular torsional actuator using shape memory alloy wires”, J. Intell. Mater. Syst. Struct. Vol. 27, No. 12, pp 1658-1665, 2016.##
13
Guo, Z., Pan, Y., Wee, L.B., and Yu, H. “Design and control of a novel compliant differential shape memory alloy actuator”, Sens. Actuators, A. Vol. 225, pp 71-80, 2015.##
14
Bashir, M., Rajendran, P., Sharma, C., and Smrutiranjan, D. “Investigation of Smart Material Actuators & Aerodynamic optimization of Morphing Wing”, Mater. Today:. Proc. Vol. 5, No 10, pp. 21069-21075, 2018.##
15
Yuchen, C.H.E.N., Xing, S.H.E.N., Jiefeng, L.I., and Jinjin, C.H.E.N. “Nonlinear hysteresis identification and compensation based on the discrete Preisach model of an aircraft morphing wing device manipulated by an SMA actuator”. Chin. J. Aeronaut. Vol.  32, No. 4, pp. 1040-1050, 2019.##
16
Hui, Z., Zhang, Y., and Chen, G. “Aerodynamic performance investigation on a morphing unmanned aerial vehicle with bio-inspired discrete wing structures”, Aerosp. Sci. Technol. Vol. 95, pp. 105419-105429, 2019.##
17
Sayyaadi, H., Mostafavi, E. “Formation Control of Unmanned Helicopters by Leader-Follower Method”, J. Aerosp. Mech. Vol. 13, No. 4, pp. 59-96. (In Persion)##
18
Brinson, L.C., Huang, M.S. “Simplifications and comparisons of shape memory alloy constitutive models”, J. Intell. Mater. Syst. Struct. Vol. 7, No 1, pp.108-114, 1996.##
19
Heidari, B., Kadkhodaei, M. “Numerical study of pseudoelastic shape memory alloy helical springs”; Proc. Int. Conf. Mech Eng. Ahwaz, Iran, 2014.##
[20]
Basaeri, H., Yousefi-Koma, A., Zakerzadeh, M.R., and Mohtasebi, S.S. “Experimental study of a bio-inspired robotic morphing wing mechanism actuated by shape memory alloy wires”, Mechatronics. Vol. 24, No. 8, pp. 1231-1241, 2014.##
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
21
Heidari, B., Kadkhodaei, M., Barati, M., and Karimzadeh, F. “Fabrication and modeling of shape memory alloy springs”, Smart Mater. Struct. Vol. 25, No. 12, pp. 125003-125012, 2016.##
22
Shigley, J.E. “Shigley's mechanical engineering design”, Tata McGraw-Hill Education, 2011.##