Hvernig er verið að samþætta Shape Memory Alloy (SMA) vír í upphitunarplötur fyrir virka flatneskjuuppbót?

En sama hversu vandlega það er unnið og malað, hitaplata mun hafa smá röskun þegar það hitnar. Hefðbundin leiðréttingartækni byggir á óvirku shimming eða burðarvirkjastífingu sem aðeins er hægt að stilla fyrir tiltekið hitastig. Annar valkostur er að græða litla víra úr formminni málmblöndur, sem þjappast með valdi við upphitun, í plötubygginguna, sem gerir virka leiðréttingu á varmaboga yfir breitt hitastigssvið.

Uppbót á flatneskju á SMA upphitunarplötum felur í sér hugmyndabreytingu frá kyrrstöðuleiðréttingu yfir í varmavirka burðarstýringu.

Frá óvirkri flatnessstýringu til virkrar hitauppbótar
Hefðbundin plötuhönnun gerir ráð fyrir flatneskju sem næst við eitt viðmiðunarhitastig. Þar sem upphitun fer fram:

Hitastigar myndast í gegnum þykkt plötunnar

Mismunandi stækkun leiðir til beygju upp eða niður

Stórt-svæðisplötur: vélrænar takmarkanir, mögnun á röskun

Óvirkar hönnunarlausnir leitast við að draga úr þessum afleiðingum með því að:

Efnisval með samsvarandi varmaþenslu

Styrkt uppbygging, rifbein eða hunangsseimur

Mölunarhitastig vinnu

Hins vegar eru þessar aðferðir í meginatriðum kyrrstæður og geta ekki brugðist kraftmikið við hitahjólreiðar.

Samþætting Shape Memory málmblöndur í hitaplötum
Minni málmblöndur (SMA), sérstaklega nikkel-títan (Nitinol), veita beina leið til að fela í sér aðlögunarviðbragðskerfi í plötubyggingunni.

Innfelld uppbygging SMA víra
Hannað mynstur af þunnum SMA vírum er sett í eða á bak við plötuna. Þessar snúrur eru sem hér segir:

For-spennt í framleiðslu

Hitavirkjað við tiltekið umskiptishitastig

dreift í svæði sem passa við mynstur spáðrar hitaaflögunar

SMA vírarnir bregðast við hitabreytingum innan byggingarinnar í rauntíma- þegar platan hitnar.

Virkt flatneskjubótakerfi
Það virkar á grundvelli fasabreytingarhegðunar Nitinols.

Hitasamdráttur
Nitínól er hægt að breyta úr martensítfasa í austenítfasa afturkræf. Þegar hita er borið á:

Við tiltekið umbreytingarhitastig verður efnið fyrir fasabreytingu.

Kristalbyggingunni er endurraðað í styttri, orkumeiri lögun

Samdráttarkraftur myndast verulega

Dæmigert frammistöðueiginleikar eru:

Endurheimtanlegur stofn allt að 8%

Mynduð álag yfir 500 MPa

Umbreytingarhitastig nákvæmlega stillanlegt með álblöndu og vinnslu

Thermal Bowing mótvægisaðgerð
Þegar platan byrjar að undrast af sjálfu sér frá hitastigum:

Samtímis hitun á SMA vír ígræddur í mikilvægar stefnur.

Vírarnir dragast saman og beita togspennu

Vélrænt álag er gefið á plötubygginguna í gagnstæðar áttir.

Minnkun eða jöfnun á nettó aflögun

Platan inniheldur gervi vöðva sem sveigjast gegn hitanum og endurraða stöðugt hvernig vélrænni streitu er dreift, án þess að nota stýrisbúnað utan við diskinn.

Hlutlaus hegðun snjallbyggingar
Mikilvægur eiginleiki bótakerfa sem byggjast á SMA er skortur á virkri rafstýringu.

Varma sjálfstýrikerfi-
Ólíkt stýrisbúnaði sem stjórnað er af skynjurum, haga SMA vír sér eins og:

Óvirkir hitameðalfræðilegir íhlutir

Hitastillir-drifnir

Líkamleg lokuð-svörunarkerfi

SMA virkjunin krefst ekki utanaðkomandi aflgjafa eða endurgjafarstýringar. Uppbót næst aðeins með hitauppstreymi í dæmigerðri plötuaðgerð.

Flækjustig hönnunar og Finite Element Optimization
Skilvirkni SMA flatneskjubóta er mjög háð rúmfræðilegri og vélrænni hönnun.

Hagræðing á Patterns Challenges
SMA vírskipulag verður að vera rétt þróað til að passa:

Staðbundnir hitastigar á plötunni

Væntanlegt aflögunarkerfi við hleðslu

Dreifing efnisstífleika .

Hitastig aðgerða

Þetta leiðir til mjög erfiðrar fjöleðlisfræðilegrar hönnunaráskorunar sem samanstendur af:

Hitauppgerð

Byggingaraflögun líkan

SMA efni fasa umskipti hegðun

Langtíma þreytuspá í hringlaga upphitun

Finite Element Analysis (FEA) er venjulega notuð til að finna bestu leiðirnar til að leiða og spenna vírana.

Samþætting í hár-nákvæm hitauppstreymi
SMA-bættar plötur eru sérstaklega áhugaverðar fyrir þau forrit sem krefjast mikillar flatnessstýringar.

Notist í háþróaðri framleiðslu
Mögulegar notkunaraðstæður eru:

Nanó-lithography

Hálfleiðara skífuvinnsla

Mótun nákvæmni ljóshluta

Samsett lagskipt háþróuð

Afritun örlaga yfirborðs

Jafnvel röskun á míkrómetrastigi getur stórlega skert gæði útkomu í þessum ferlum.

Takmarkanir á efnum og kerfum
Þrátt fyrir mikil fyrirheit um SMA veldur samþætting þess ýmsar verkfræðilegar takmarkanir.

Varma hjólreiðar stöðugleiki
Endurtekin fasaskipti geta valdið:

Hysteresis breytist hægt

Þreyta vírvirkja með langri-lífi

Umbreytingarhitastig

Flækjustig samþættingar
Til að fella inn SMA víra þarftu:

Nákvæm leið innan plötubyggingar

Rafmagns- og varmaaðskilnaður frá hitaeiningum

Vélrænn samhæfni við stækkunarhegðun

Sterk festing til að forðast vírflutning

Hitastig til að stilla
Rekstraraðstæður verða að passa rétt við umbreytingarhitastig til að tryggja að bætur eigi sér stað innan rétta hitagluggans.

Ávinningur umfram hefðbundnar eftirlitsaðferðir fyrir flatneskju
SMA byggðar bætur hafa nokkra einstaka kosti fram yfir óvirk eða virkt rekin kerfi.

Helstu kostir
Leiðrétting stöðugt hitastig-háð

Ekkert ytra eftirlitskerfi er krafist.

Dreifð virkjun yfir breið svæði

Möguleg minnkun á yfirhönnun burðarvirkis

Aðlögunarviðbrögð við raunverulegum hitaskilyrðum

Þetta leiðir til alveg nýs flokks varmagreindra burðarvirkja.

Framtíðarhorfur nákvæmnisvarmaverkfræði
Hönnun hitaplötur með SMA efni er snemma dæmi um þróun snjallvirkja fyrir varmabúnað.

Gert er ráð fyrir frekari þróun í: eftir því sem líkanatækni og efnisvinnsla batnar.

Netkerfi fjöl-Zone SMA stýribúnaðar

Hybrid SMA og vökvajöfnunarkerfi

Raunar-aðlögunarfínstilling á flatneskju eingöngu fyrir efnissvörun

Samantekt
Innleiðing á formminni málmblöndur í hitunarplötur er ein mikilvægasta þróunin í varma-byggingarverkfræði. Kannaður er möguleikinn á að standast virkan vélrænni aflögun vegna hitauppstreymis með því að fella Nitinol víra í vel-hönnuð mynstur, án þess að þurfa utanaðkomandi stjórnkerfi.

Hugmyndin um SMA flatneskjuleiðréttingu á formminni álfelgur sýnir öfluga blöndu af snjöllum efnum og nákvæmri varmahönnun, sem leiðir til yfirborðs sem sjálf-leiðréttir eigin röskun meðan á notkun stendur.

Þessi aðferð breytir plötunni úr óvirku burðarvirki í hvarfgjarnt vélrænt kerfi, þar sem flatleiki er ávallt viðhaldið með innri hita-virkjun. Og eftir því sem þróunin þróast gæti flatasta hitauppstreymi framtíðarframleiðslukerfa verið viðhaldið með óséðum, hitaknúnum vöðvum sem starfa hljóðlaust inni í byggingunni sjálfri.