The use of the shape memory alloy, Nitinol wire, is investigated as an actuator for enhancing the damping in structural vibration systems. The first-order mathematical model of the Nitinol wire is obtained from the experimental data for an actuator. Finite element method is utilized for the strain gage sensor model, which is installed at the root of cantilever beam. A simple system, cantilever beam, is built as a flexible structural system to implement a control law with the Nitinol wire actuator. The system model including sensor and actuator is derived, which agrees with the experimental results. The actuator dynamics is augmented with the system so as to design PI controller and the one of robust controllers, LQG/LTR controller, and the control laws are implemented experimentally. The experimental study shows the feasibility of utilizing the Nitinol wire as an actuator for the purpose of vibration control.
The purpose of this experiment was to measure the amounts of nickel and chromium released from a simulated orthodontic appliance in artificial saliva. Simulated mandibular half-arch orthodontic appliances were composed of American Iron and Steel Institute type 304 brackets, Permachrome, Elgiloy, Australian wire, T.M.A. and Nitinol. The amounts of nickel and chromium released from sample were measured with atomic absorption spectrophotometer after 3, 6, 9, 12, 15 days. The cumulative amounts of nickel released from Permachrome, Elgiloy, Australian wire and T.M.A. reached a plateau after 6 days. But the cumulative amounts of nickel released from Nitinol increased continuously. Significant amounts of both nickel and chromium were solubilized from the simulated orthodontic appliances into artificial saliva. After 15 days, total cumulative amounts of nickel were $152.15{\mu}g$, $150.27{\mu}g$, $134.74{\mu}g$, $114.67{\mu}g$ and $93.39{\mu}$ from the Elgiloy, Australian wire, Nitinol, Permachrome and T.M.A., respectively. Total cumulative amounts of chromium from Permachrome, Australian wire, Elgiloy, Nitinol and T.M.A. were $100.83{\mu}g$, $83.64{\mu}g$, $81.61{\mu}g$, $14.90{\mu}g$ and $12.43{\mu}g$, respectively. The result showed that nickel released from Elgiloy and chromium released from Permachrome were more than any others.
Song, Gangbing;Ma, Ning;Li, Luyu;Penney, Nick;Barr, Todd;Lee, Ho-Jun;Arnold, Steve
Smart Structures and Systems
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제7권1호
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pp.1-13
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2011
It has been shown in the literature that active adjustment of the intake area of a jet engine has potential to improve its fuel efficiency. This paper presents the design and control of a novel proof-of-concept active jet engine intake using Nickel-Titanium (Ni-Ti or Nitinol) shape memory alloy (SMA) wire actuators. The Nitinol SMA material is used in this research due to its advantages of high power-to-weight ratio and electrical resistive actuation. The Nitinol SMA material can be fabricated into a variety of shapes, such as strips, foils, rods and wires. In this paper, SMA wires are used due to its ability to generate a large strain: up to 6% for repeated operations. The proposed proof-of-concept engine intake employs overlapping leaves in a concentric configuration. Each leaf is mounted on a supporting bar than can rotate. The supporting bars are actuated by an SMA wire actuator in a ring configuration. Electrical resistive heating is used to actuate the SMA wire actuator and rotate the supporting bars. To enable feedback control, a laser range sensor is used to detect the movement of a leaf and therefore the radius of the intake area. Due to the hysteresis, an inherent nonlinear phenomenon associated with SMAs, a nonlinear robust controller is used to control the SMA actuators. The control design uses the sliding-mode approach and can compensate the nonlinearities associated with the SMA actuator. A proof-of-concept model is fabricated and its feedback control experiments show that the intake area can be precisely controlled using the SMA wire actuator and has the ability to reduce the area up to 25%. The experiments demonstrate the feasibility of engine intake area control using an SMA wire actuator under the proposed design.
The purpose of this study was to evaluate the torque effect of othodontic wires. Ten types of orthodontic wires (five types of materials, two types of cross-sectional dimensions) were selected. Each group of ire type was constituted with five specimens. These specimens were tested on the universal testing machine(Instron) with specially-designed jig. The torque-twist curve of each wire was obtained and the results were analyzed statistically. The results were as follows. 1. 0.017'$\times$ 0.025' wire showed more torque effect than 0.016'$\times$ 0.022' wire at the same twist. 2.Torque effect was the greatest in stainless steel and the least in Nitinol. 3.The maximum amount of torque was the greatest in heat-treated Blue Elgiloy and the least in Nitinol.
In this study, phase transformation characteristics of Nitinol shape memory alloy with 54.5wt%Ni-45.5wt%Ti were investigated by varying with annealing treatment and cutting conditions through DSC(differential scanning calorimetry). Annealing treatment conditions were considered as heat treated time of 5 min, 15 min, 30 min, and 45 min, heat treated temperature of 40$0^{\circ}C$, 50$0^{\circ}C$, 5$25^{\circ}C$, 55$0^{\circ}C$, 575$^{\circ}C$, $600^{\circ}C$, $700^{\circ}C$, 80$0^{\circ}C$, and 90$0^{\circ}C$, and environmental condition of heat treatment under vacuum or air. Cutting conditions were considered as no cutting, one side cutting, and two side cutting. Tensile test was also conducted on Nitinol shape memory alloy to investigate thermomechanical characteristics by varying with annealing heat treatment histories. According to the results, annealing treatment and cutting conditions were found to significantly affect on phase transformation and thermomechanical characteristics of Nitinol shape memory alloy.
비혈관 스텐트(식도용, 담도용, 대장용, 십이지장용, 기관지용) 재질로 가장 널리 사용되고 있는 Nitinol wire 형상기억합금의 기계적 특성 향상을 위해 초음파 나노표면 개질(UNSM) 기술을 적용하여 Nitinol wire의 상변화와 초탄성 특성 및 표면 잔류응력 등의 변화를 연구하였으며, 탄력에너지와 부식내구성을 통한 스텐트의 수명 연장방법을 연구하고자 하였다. 본 연구에 사용된 Nitinol wire는 ${\phi}1.778$ mm로 UNSM 처리 전후의 표면거칠기 값은 Ra=0.092${\mu}m$와 Ra=0.093${\mu}m$로 비슷 하였지만, 초기시편에서는 미세결함과 인발가공 흔적이 확연히 관찰되었으나, UNSM 후에는 인발가공 흔적과 미세 표면 결함은 사라진 것이 발견되었다. 또한 잔류응력 측정 결과, 초기 시험편에는 +3.65 MPa였으나 UNSM 처리 후에는 -4.09 MPa로 확인되었으며, XRD를 통한 결정구조 분석 결과 $42.28^{\circ}$에서 초기보다 약한 (110) 오스테나이트 피크가 관찰되었으며, 대신 (020), ($1{\overline{1}}1$), 그리고 (021) 피크가 명확히 Martensite (B19' Monoclinic lattices) 구조로 확인되었고, (300)의 R상 (Rhombohedral lattices)에 대한 추가 피크가 미비하게 관찰되었다. 탄성변형에 따른 에너지 흡수력과 하중 제거에 따른 에너지의 회복력인 탄력계수(modulus of resilience) $U_r$은 단위체적당 변형률 에너지로 4.31 $MJ/m^3$에서 5.85 $MJ/m^3$로 증가하였다. 이와 같이 표면결함 제거와 인장응력을 압축응력으로 재편성하는 것만으로도 피로내구성을 크게 향상시킬 수 있다고 사료되며, 생체적합성과 더불어 내부식성, 내마모성 및 내구수명 향상을 실용화할 수 있는 표면개질 장치가 개발된다면, 현재 한국인 사망원인 1위인 순환계 질환(심근경색, 뇌졸중 등)에 사용되는 혈관계통의 스텐트 개발에도 응용개발연구가 가능할 것으로 예상된다.
Vibrational problems in the domestic Small Horizontal Axis Wind Turbines (SHAWT) are due to flap wise vibrations caused by varying wind velocities acting perpendicular to its blade surface. It has been reported that monitoring the structural health of the turbine blades requires special attention as they are key elements of a wind power generation, and account for 15-20% of the total turbine cost. If this vibration problem is taken care, the SHAWT can be made as commercial success. In this work, Shape Memory Alloy (SMA) wires made of Nitinol (Ni-Ti) alloys are embedded into the Glass Fibre Reinforced Polymer (GFRP) wind turbine blade in order to reduce the flapwise vibrations. Experimental study of Nitinol (Ni-Ti) wire characteristics has been done and relationship between different parameters like current, displacement, time and temperature has been established. When the wind turbine blades are subjected to varying wind velocity, flapwise vibration occurs which has to be controlled continuously, otherwise the blade will be damaged due to the resonance. Therefore, in order to control these flapwise vibrations actively, a non-linear current controller unit was developed and fabricated, which provides actuation force required for active vibration control in smart blade. Experimental analysis was performed on conventional GFRP and smart blade, depicted a 20% increase in natural frequency and 20% reduction in amplitude of vibration. With addition of active vibration control unit, the smart blade showed 61% reduction in amplitude of vibration.
In the recent years, as the research and the development of micro and precision machinery become active, the interest of micro actuators using SMA(Shape Memory Alloy) has been increased. The dynamic characteristic analysis of SMA is necessary for actuator application and many common researches report the material characteristics of SMA sufficiently. However, the research on dynamic characteristics is very deficient. In this paper, the helical spring are fabricated with NiTi SMA wire of high resistivity. The force, response speed, temperature, and displacement are measured by digital force gauge, infrared thermometer, and laser displacement sensor so that the dynamic characteristics of this SMA is analyzed. Also, bidirectional actuator was fabricated and experimented for its performance.
In the recent years, as the research and the development of micro and precision machinery become active, the interest of micro actuators using SMA(Shape Memory Alloy) has been increased. The dynamic characteristic analysis of SMA is necessary for actuator application and many common researches report the material characteristics of SMA sufficiently. However, the research on dynamic characteristics is very deficient. In this paper, the helical spring are fabricated with NiTi SMA wire of high resistivity. The force, response speed, temperature, and displacement are measured by digital force gauge, infrared thermometer, and laser displacement sensor so that the dynamic characteristics of this SMA is analyzed. Also, bidirectional actuator was fabricated and experimented for its performance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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