Skip to main content
SUPERVISOR
Mahmoud Kadkhodaei,Hamidreza Mirdamadi
محمود کدخدایی الیادرانی (استاد راهنما) سیدحمیدرضا میردامادی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Mohsen Safaei Mohammadabadi
محسن صفائی محمدآبادی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1387

TITLE

Design, Analysis and Manufacture of a Shape Memory Alloy Micro-Damper
Shape Memory Alloys (SMAs) as one of smart materials with special properties such as shape memory effect, superelasticity and high strength against external forces. These properties caused to apply these alloys in practical and commercial application in recent decades. Also some applications in micro systems have been developed based on SMAs. Nitinol is a famous SMA that presents considerable recoverable strain with high stress hysteresis during a loading-unloading cycle. This energy dissipating ability have been encouraged researchers to apply these alloys in practical applications as damper. Most of performed studies have been conducted base on applicable damping of crude shape of SMAs such wire and proposed mechanisms with SMAs are few. With consideration of this lack of researches, a new micro damper is designed, analyzed and manufactured. The point is to reach higher damping ability and exported displacement relative to behavior of SMA wires and similar damping systems. Two separated damping sets are employed in the same length of damper to increase exported displacement of mechanism. Each of these damping sets work on shaft movement to one side of its middle position. Each damping set includes two NiTi wires, one which is with initial strain and stress in equilibrium mode and the other one has maximum stress and strain in this position. With shaft movement first wire starts to lengthened and the other one starts to shortened. As a result of this operation, overall gained damping would be increased. Based on a thermomechanical model of NiTi wires, force-displacement behavior of damper have been simulated. It has been shown that the designed mechanism have ability to damp the energy with an equivalent viscous damping ratio of 11.8%. According to completed designed plan, a specimen of damper is manufactured and the procedure for assembly of components is presented. A tension-compression test is developed to investigate performance of the manufactured damper. Test result shows an equivalent viscous damping of 11.54%. Also the force-displacement behavior gained from test is in good conformity with simulation results. A parameter study is developed to find the effect of different parameters such as loading factors, dimensions and properties of NITi wires on damping, and optimum values of each parameter is introduced. Finally with consideration of flexibility of mechanism to make changes in dimension and the SMA wire leading to changes in performance condition of the damper, some commercial and practical applications are proposed. In this applications imported force of system, displacement, frequency and dimension are main factors that have been considered. Key Words: Shape Memory Alloys, Nitinol, Superelasticity, Equivalent Viscous Damping Ratio.
: آلیاژهای حافظه دار به عنوان یکی از انواع مواد هوشمند دارای ویژگی های رفتاری خاص از قبیل خاصیت حافظه داری، سوپر الاستیک، مقاومت بالا نسبت به نیروی خارجی و خواص زیست سازگار هستند. این ویژگی ها درکنار امکان وارد نمودن این آلیاژها در کاربردهای متعدد تجاری، کاربردهایی را نیز در سیستم های میکرو به همراه داشته است. آلیاژ های حافظه دار و به ویژه یکی از انواع برجسته آن آلیاژ نایتینول، در حالت سوپر الاستیک کرنش بازگشت پذیر بالایی را به همراه هیسترزیس نیروی قابل توجه از خود ارائه می دهند. وجود این ویژگی باعث تمایل محققان به وارد کردن این آلیاژها در کاربردهایی به عنوان دمپر شده است. در این تحقیق بر پایه این ویژگی یک دمپر حافظه دار با هدف افزایش استهلاک و جابجایی خروجی مکانیزم نسبت به سیم های نایتینولی و مکانیزم های مشابه طراحی، تحلیل و ساخته شده است. جهت افزایش جابجایی خروجی در این دمپر، از دو مجموعه استهلاکی مجزا در یک طول دمپر به صورت موازی، استفاده شده است. هر یک از این مجموعه ها به واسطه مکانیزم طراحی شده در حرکت محور دمپر به یک سمت حالت تعادل فعال شده و در کارکرد وارد می شوند. هر یک از مجموعه های استهلاکی دارای دو سیم نایتینولی هستند؛ در حالت تعادل یکی از سیم ها در حالت کرنش صفر و سیم دوم در حالت حداکثر کرنش قرار دارد؛ با حرکت محور از حالت تعادل، سیم با کرنش صفر کشیده و سیم با کرنش اولیه شروع به کاهش کرنش می نماید. این عملکرد سیم ها باعث افزایش استهلاک خروجی سیستم می شود. حل عددی صورت گرفته بر اساس مکانیزم طراحی شده، علاوه بر امکان پذیر بودن طرح ارائه شده، برای دمپر طراحی شده استهلاک معادل ویسکوز برابر با 8/11% را معرفی می نماید. با تکمیل و اجرایی نمودن طرح دمپر، ساخت آن با در نظر گرفتن ملزومات مونتاژ و اعمال شرایط اولیه نظیر پیش کشش سیم های نایتینولی، صورت گرفته است. تست کشش و فشار بر روی دمپر طراحی شده با کمک ابزار های جانبی طراحی شده، انجام شده است. نتیجه تست، استهلاک معادل ویسکوز برابر با 54/11% را نشان می دهد؛ همچنین رفتار نیرو- جابجایی بدست آمده از تست جهت اعتبار سنجی و اطمینان از صحت عملکرد با نتایج حل عددی مقایسه شده است که این قیاس انطباق بالایی را نمایش می دهد. در پایان پارمترهای مختلف موثر بر عملکرد دمپر مانند پارامتر های بارگذاری، ابعادی و ویژگی های سیم های حافظه دار بررسی شده و بر این اساس مقادیر بهینه معرفی شده اند. همچنین با توجه به ویژگی های دمپر حافظه دار ساخته شده و با در نظر گرفتن انعطاف بالای طرح در جهت اعمال تغییرات ابعادی و تغییر در سیم های نایتینولی، کارکردهای تجاری و عملی برای آن پیشنهاد شده است. لغات کلیدی: آلیاژهای حافظه دار، نایتینول، سوپرالاستیک، ضریب استهلاک معادل ویسکوز

ارتقاء امنیت وب با وف بومی