形状记忆合金驱动

• 在日常生活中
SMA制成的弹簧放在热水中，弹簧的长度立即伸长，在放到冷水中， SMA制成的弹簧放在热水中，弹簧的长度立即伸长，在放到冷水中， 它会立即恢复原形。利用SMA弹簧可以控制浴室水管的水温，在热水 它会立即恢复原形。利用SMA弹簧可以控制浴室水管的水温，在热水 温度过高时通过记忆功能，调节或关闭供水管道，以免烫伤。还可以 制成消防报警装置及电器设备的保安装置。当发生火灾时，SMA制成 制成消防报警装置及电器设备的保安装置。当发生火灾时，SMA制成 的弹簧发生形变，启动消防报警装置，达到报警的目的。还可以把用 SMA制成的弹簧放在暖气的阀门内，用以保持暖房的温度，当温度过 SMA制成的弹簧放在暖气的阀门内，用以保持暖房的温度，当温度过 低或过高时，自动开启或关闭暖气的阀门。
SMA已显示出具有隔音和探测地震的潜能，在建筑物和桥梁的应用中 SMA已显示出具有隔音和探测地震的潜能，在建筑物和桥梁的应用中 已得到试验，因此为隔音和损害控制领域的应用提供了新的发展空间。 将SMA应用到固定桥梁和道路中，可以有效地避免在地震中断裂甚至 SMA应用到固定桥梁和道路中，可以有效地避免在地震中断裂甚至 造成坍塌，因为SMA可以在地震中适当伸长缓解冲击和在震后能重新 造成坍塌，因为SMA可以在地震中适当伸长缓解冲击和在震后能重新 恢复。
正弦电流 阶跃电流
基于SMA驱动器的可调简支梁位移 基于SMA驱动器的可调简支梁位移 控制研究
阶跃电流
正弦电流（
f = 1 / 15 Hz
）
机械工程Hale Waihona Puke Baidu域
SMA在机械工程领域中常用作阻尼元件和应力驱动元件, SMA主要以丝、 SMA在机械工程领域中常用作阻尼元件和应力驱动元件,且SMA主要以丝、 薄片、梁等形式作为智能材料使用。
形状记忆合金紧固铆钉及其使用示意图
生物医疗器械领域
SMA在生物医疗器械领域扮演着相当重要的角色。 SMA在生物医疗器械领域扮演着相当重要的角色。
• 课题研究的意义 • SMA及其驱动器在各个领域中的应用 SMA及其驱动器在各个领域中的应用 • 形状记忆合金驱动结构设计 • 一维本构关系分析及试验研究 • 形状记忆合金控制研究
课题研究意义
• 随着历史的发展和科技水平的进步，普通材料在很多应用领域已经不
能达到所要求的结构使用功能，另外，普通材料由于本身存在某些性 能缺陷，在长时间使用过程中容易受到外界环境的影响导致材料结构 性能发生退化，威胁着人类的生存和发展，因此，在上个世纪80年代， 性能发生退化，威胁着人类的生存和发展，因此，在上个世纪80年代， 智能材料结构的新概念被引入到了科技研究领域，随后获得了越来越 多的关注和应用。 • 随着人们对SMA性能研究的深入和SMA材料在各个领域的应用越来越 随着人们对SMA性能研究的深入和SMA材料在各个领域的应用越来越 广，SMA驱动器的研制和SMA驱动控制技术的研究尤为重要。现今对 广，SMA驱动器的研制和SMA驱动控制技术的研究尤为重要。现今对 SMA驱动器及控制技术的研究已经有一定进展，但这些控制在准确控 SMA驱动器及控制技术的研究已经有一定进展，但这些控制在准确控 制及动态性能等方面还存在一定的缺陷，为了获得更加优质，更加符 合工程实际等方面的控制，对SMA驱动器进行控制技术研究是非常有 合工程实际等方面的控制，对SMA驱动器进行控制技术研究是非常有 必要的。
形状记忆合金驱动结构设计
一维本构模型试验台架设计
驱动器控制研究试验台架
一维本构关系分析及试验研究
• 基本理论
dT 2 ρ cV = Ri ( t ) − hA (T ( t ) − T∞ ) dt ρ 为SMA丝的密度，为SMA丝的比热，为SMA丝的体积，为SMA丝的电阻， R V c
A h 为SMA丝的热交换系数，为SMA丝的表面积，为环境温度。 T
形状记忆合金驱动结构设计 及控制研究
答辩人：何平 导师：刘荣 副教授
本课题以形状记忆合金驱动系统为研究 对象，通过对形状记忆合金本构关系的 建模，提出了利用PLC控制系统实现驱动 过程的恒力控制，可以有效改善回复变 形过程中应力的非线性变化行为，实现 对应力的精确控制，提高系统的响应精 度。在此基础上研究两种类型的驱动器 和控制措施，使得形状记忆合金驱动器 即提高了响应速度和精度，又有效地改 善 了 驱 动 器 系 统 的 稳 定 性 。
医疗固定器的应用示意图
航空航天工程领域
SMA已被应用到航空和太空装置中, SMA已被应用到航空和太空装置中,如在航天飞行器有效载荷的分离机构、 太阳帆板和天线的释放机构等用作执行元件
智能翼研制阶段
现代机器人领域
通过 NiTi SMA丝和偏置弹簧驱动的一自由度SMA机械臂
其他领域
• 建筑工程领域
∞
σ − σ 0 = D ( ε − ε 0 ) − ε L D (ξ S − ξ S 0 ) + Θ (T − T0 )
ε L 为最大可变回复应变 ，为SMA弹性模量，为SMA相变张量 D Θ
部分实验数据
位移— 位移—时间曲线
实验与仿真结果对照图
偏动式SMA驱动器驱动控制研究 偏动式SMA驱动器驱动控制研究