SMA智能结构在形状控制领域的研究进展-论文.pdf

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1、76SMA智能结构在形状控制领域的研究进展2014年4月SMA智能结构在形状控制领域的研究进展徐亮亮，袁国青(同济大学航空航天与力学学院，复合材料与结构研究所，上海200092)摘要：形状记忆合金(ShapeMemoryAUoy，简称SMA)拥有其他金属或合金所不具备的形状记忆效应及超弹性。对形状记忆合金材料进行一定的预变形，在其形状回复过程中会产生较大的回复力。将预变形的SMA埋入结构中或连接于结构表面，当其受热回复时即可使结构形状改变。基于此原理，国内外已对智能梁结构、机翼、旋翼叶片、智能进气道、发动机舱后缘结构、可变发动机喷嘴等的形状控制进行了研究。本

2、文在综述基于SMA结构形状控制研究的基础上，提出了若干需要进一步研究的问题。关键词：形状记忆合金；形状控制；智能结构中图分类号：TB332文献标识码：A文章编号：1003—0999(2014)04—0076—051引言工业医药领域已得N-l广泛应用。形状记忆合金(ShapeMemoryAlloy，简称SMA)是一种具有形状记忆效应及超弹性的特殊材料，这2基于SMA结构形状控制的原理些特性都是普通金属所不具备的。1963年，美国海形状记忆效应是指SMA在高温下成形后，将其军军械研究所的比勒在研究工作中发现，在高于室冷却到低温，其在低温状态下的外力致残余变形可温

3、较多的某温度范围内，把一种镍-钛合金丝烧成弹通过加热消除，恢复到高温成形的形状。上述过程可重复进行，好像合金记住了高温状态所固定的形簧，然后在冷水中把它拉直或铸成正方形、三角形等状一样，即形状记忆效应。对SMA进行一定的预变形状，再放在40以上的热水中，该合金丝就恢复形后，再将其埋入或连接于需改变形状的结构中。成原来的弹簧形状。后来发现其它合金如cu—zn—在需要改变结构形状时只需加热SMA丝，由于其要Al、cu—A1一Ni、cu．zn、Au．cd合金等也有类似的功能，恢复至之前“记住”的形状从而会产生较大的恢复这类合金被称为形状记忆合金即SMA。从此SMA

4、力，致使结构的形状发生相应的改变，实现对结构形成为了人们所关注的对象。状的控制。SMA材料既有传感功能，即有感知应力、应变、电、热等信号的能力；又有驱动功能，即对所感知的3基于SMA结构形状控制应用研究进展信号作出响应的能力。其与聚合物基体或铝基等金最早，Rogers、Liang等提出利用SMA对复合材属基体、水泥基体以及其它增强纤维复合而成的料进行结构控制，其根本思路是将SMA纤维埋入复SMA复合材料结构，因此具有主动控制的能力⋯。合材料结构中，利用SMA材料的特性对结构进行控又由于SMA具有独特的超弹性特点，在加载一卸载制[33。美国DARPA的智能机翼

5、项目E4]制作了无人过程中能够吸收较多的振动能量，使SMA复合材料机的缩比模型，其中一个机翼采用了SMA驱动的智结构也能够实现对结构振动的被动控制。能前后缘结构。风洞试验表明智能机翼比传统机翼形状记忆合金可以加工成丝状、带状、管状等形有更好的气动特性。式。不同形式的记忆合金可以与结构有不同的连接国内外对SMA智能形状可控制结构的研究大方式。它既可以像玻纤或碳纤那样埋入基体材料，体分为智能梁结构以及各类具有工程应用背景(如也可以离散地连接于结构上，还可以张贴于结构表飞机机翼、风机叶片、发动机等)结构的研究。面。因此，将它应用于智能结构，可以作为一种比较3．1基

6、础的梁结构适合的驱动材料。而将它作为机械手、紧固件等在在Rogers、Liang提出利用SMA改变结构形状收稿日期：2013一l1-01作者简介：徐亮亮(1989一)，男，硕士研究生，研究方向为智能材料、复合材料结构设计，xl10810@163．com。FRP／CM20l4．NO．4SMA智能结构在形状控制领域的研究进展2014年4月【l0]RameshChandra．Activeshapecontrolofcompositebladesusing[17]ReichG，SandersB．Introductiontomorphingaircraftresear

7、chshapememo~actuation[J]．SmartMaterialAndStructure，2011，[J]．JAircraft，2007，44：1059．(1O)：1018—1024．[18]DarinJ．Arbogast．Developmentofa1／4一ScaleNiTinolActuator[11]A．Y．N．Sofia，S．A．Me~id，K．T．Tan，W．K．Yeo．ShapeforReconfigurableStructures[c]．SanDiego：Proc．ofmorphingofaircraftwing：Statusand

8、challenges[J]．Materialsand