Because of its high energy density, the use of shape memory alloys(SMA) in designing microactuatiors is gaining much attention in recent years. Shape memory alloys can undergo a shape change at a low temperature with a small applied deformation force, and retain this deformation until they are heated, at which point they return to the original shape. This is called the shape memory effect(SME), and a plethora of alloys show this effect. Among them, TiNi-based alloys have relatively high electrical resistivity, which to develope helical-shape memory springs. These springs are used to develop fast protatonist/antagonist configuration actuators. The developed actuator has an actuation speed of 1 mm per 15 .approx. 20 ms and a minimum operating period of 2 sec.
Shape memory alloys(SMAs) have revolutionized the material engineering sciences as they exhibit exclusive features i.e. shape memory effect(SME) and super-elasticity. SMAs are those alloys that when deform return to their predeformed shape upon heating, they also restore their original shape by removing the load. Research on properties of newly advent of several types of ferrous based shape memory alloys(Fe-SMAs), shows that they have immense potential to be the counterpart of Nitinol(NiTi-SMA). These Fe-SMAs have been used and found to be effective because of their low cost, high cold workability, good weldability & excellent characteristics comparing with Nitinol(high processing cost and low cold workability) SMAs. Some of the Fe-SMAs show super-elasticity. Fe-SMAs, especially Fe-Mn-Si alloys have an immense potential for civil engineering structures because of its unique properties e.g. two-way shape memory effect, super elasticity and shape memory effect as well as due to its low cost, high elastic stiffness and wide transformation hysteresis comparative to Nitinol. Further research is being conducted on SMAs to improve and impinge better attributes by improving the material compositions, quantifying the SMA phase transition temperature etc. In this research pre-existing Fe-SMAs are categorised and collected in a tabulated form. An analysis is performed that which category is mostly available. Last 50 years data of Fe-SMA publications and US Patents is collected to show its importance in terms of increasing research on such type of alloys to invent different compositions and applications. This data is analysed as per different year groups during last 50 years and it was analysed as per whether the keywords exist in title of an article or anywhere in the article. It was found that different keywords related to Fe-SMAs/categories of Fe-SMAs, almost don't exist in the title of articles. However, these keywords related to Fe-SMAs/categories of Fe-SMAs, exist inside the article but still there are not too many publications related to Fe-SMAs/categories of Fe-SMAs.
Recently, the actuator worked by the driving recovery-force of the thermo elastic martensitic transformation of shape memory alloys(SMA) has been studied. This paper presents a study on the fatigue life of shape memory alloy (SMA) actuators undergoing thermally induced martensitic phase transformation under various stress levels. shape memory recoverable stress and strain of Ti-44.5at.%Ni-8at.%Cu alloys were by means of constant temperature tensile tests. Differential scanning calorimetry (DSC) was employed in order to investigate the transformation characteristics of the alloy before the tests. the results were summarized as follows. The martensite inducing stress incerased with the increasing of the Cu-contents. The fatigue life decreased with the increasing of the test load and the Cu-content. The data acquired will be very useful during the design process of an SMA NiTiCu element as a functional part of an actuator.
Shape Memory Alloys (SMAs) are unique materials with a paramount potential for various applications in bridges. The novelty of this material lies in its ability to undergo large deformations and return to its undeformed shape through stress removal (superelasticity) or heating (shape memory effect). In particular, Ni-Ti alloys have distinct thermomechanical properties including superelasticity, shape memory effect, and hysteretic damping. SMA along with sensing devices can be effectively used to construct smart Reinforced Concrete (RC) bridges that can detect and repair damage, and adapt to changes in the loading conditions. SMA can also be used to retrofit existing deficient bridges. This includes the use of external post-tensioning, dampers, isolators and/or restrainers. This paper critically examines the fundamental characteristics of SMA and available sensing devices emphasizing the factors that control their properties. Existing SMA models are discussed and the application of one of the models to analyze a bridge pier is presented. SMA applications in the construction of smart bridge structures are discussed. Future trends and methods to achieve smart bridges are also proposed.
This paper describes a new mechanism for improving the force of actuators based on shape memory alloys (SMA) by increasing the number at which a coil pattern SMA spring can evenly be heated. This structure accomplishes a high efficient transformation between force and displacement overcoming the main mechanical drawback of shape memory alloys, that being the limit strain. A pantograph manipulator actuated by the introduced new mechanism has been designed for this research. Mechanical structure and driving mechanism of this manipulator are described in detail, and its control algorithm and current amplifier circuit in a position control system are designed.
Shape memory alloys (SMAs) have emerged as a novel functional material that is being increasingly applied in diverse fields including medical, aeronautical and structural engineering to be used in the active, passive and semi-active structural control devices. This paper is mainly aimed at evaluating the ductility and response modification factor of the steel plate shear wall (SPSW) frames with and without the Ni-Ti shape memory alloys. To this end, different configurations were utilized, in which the walls were used in the first, third, middle, and all stories. The models were numerically analyzed using OpenSees Software. The obtained results indicate that improving the shape memory properties of alloys can greatly enhance the ductility and response modification factor. Furthermore, the model whose first and third stories are equipped with the SMA shear wall was found to be 290% more ductile, with a greater response modification factor compared to the unequipped frame.
The use of shape memory alloys (SMAs) in dynamical systems has an increasing importance in engineering especially due to their capacity to provide vibration reductions. In this regard, experimental tests are essential in order to show all potentialities of this kind of systems. In this work, SMA springs are incorporated in a dynamical system that consists of a one degree of freedom oscillator connected to a linear spring and a mass, which is also connected to the SMA spring. Two types of springs are investigated defining two distinct systems: a pseudoelastic and a shape memory system. The characterisation of the springs is evaluated by considering differential calorimetry scanning tests and also force-displacement tests at different temperatures. Free and forced vibration experiments are made in order to investigate the dynamical behaviour of the systems. For both systems, it is observed the capability of changing the equilibrium position due to phase transformations leading to hysteretic behaviour, or due to temperature changes which also induce phase transformations and therefore, change in stiffness. Both situations are investigated by promoting temperature changes and also pre-tension of the springs. This article shows several experimental tests that allow one to obtain a general comprehension of the dynamical behaviour of SMA systems. Results show the general thermo-mechanical behaviour of SMA dynamical systems and the obtained conclusions can be applied in distinct situations as in rotor-bearing systems.
Seismic response control has always been a grave concern with the damage and collapse of many buildings during the past earthquakes. While there are several existing techniques like base isolation, viscous damper, moment-resisting beam-column connections, tuned mass damper, etc., many of these are succumbing to either of large displacement, near-fault, and long-period earthquakes. Keeping this viewpoint, extensive research on the application of smart materials for seismic response control of buildings was attempted during the last decade. Shape Memory Alloy (SMA) with its unique properties of superelasticity and shape memory effect is one of the smart materials used for seismic control of buildings. In this paper, an exhaustive review has been compiled on the seismic control applications of SMA in buildings. Unique properties of SMA are discussed in detail and different phases of SMA along with crystal characteristics are illustrated. Consequently, various seismic control applications of SMA are discussed in terms of performance and compared with prevalent base isolators, bracings, beam-column connections, and tuned mass damper systems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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