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基于形状记忆合金的变形控制系统设计

作　者: 吴会军
导　师: 裘进浩
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 工程力学
关键词: 形状记忆合金本构方程双程记忆效应 LabVIEW测量系统 AVR单片机
分类号: TG139.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 63次
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内容摘要

形状记忆合金(SMA)作为一种新型的智能材料,由于它具有特有的形状记忆效应和超弹性,因此在航空航天、工业、生物医疗等方面得到了广泛的应用,主要应用于阻尼器设计、结构变形控制、智能复合材料、记忆元件等方面。它要求设计者深入了解和掌握形状记忆合金的本构方程,但是值得注意的是,由于形状记忆合金的性能与材料本身元素构成的比例、马氏体相的百分含量、应力状态、环境温度等因素之间存在着复杂的关系,并表现出高度的非线性,因此人们很难建立一种简洁精确的本构方程,尤其是在多维状态下对形状记忆合金的控制更加困难。本文通过实验测得形状记忆合金条带各点应变、温度与最高点上升高度的关系,利用它们之间的对应关系,实现了对形状记忆合金条带的形状控制。文中的主要工作可以分为以下几个方面:1.在深入了解和掌握形状记忆合金记忆效应的机制后,对形状记忆合金条带进行双程记忆效应的训练,并获得了很好的训练效果。2.设计了形状记忆合金条带温度载荷的加载单元。根据电流热效应,通过对电阻丝加载电压(电流)产生热量,实现了形状记忆合金条带温度载荷的加载。3.设计了信号采集电路。信号采集包括温度信号采集、应变信号采集和位移信号采集。本文采用热电偶原理(结合AD595芯片)实现了温度信号的采集电路设计,同时利用应变电测技术和激光位移传感器分别实现了应变信号和位移信号的采集,最后通过LabVIEW测量系统存储数据。4.选用AVR系列单片机(ATmega16)作为主要控制单元,并利用所测得的各物理量之间的关系实现了对形状记忆合金条带的形状变形控制,为形状记忆合金条带的形状变形控制提出了一种有效的方法。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-13
第一章绪论  13-25
  1.1 引言  13
  1.2 形状记忆合金研究现状  13-16
  1.3 形状记忆合金的基本特性  16-20
    1.3.1 形状记忆效应（SME，shape memory effect）  16-18
    1.3.2 超弹性  18-19
    1.3.3 其他特性  19-20
  1.4 形状记忆合金的本构关系  20-23
    1.4.1 单晶理论模型  20
    1.4.2 唯象理论模型  20-23
    1.4.3 细观力学模型  23
  1.5 本文主要工作  23-25
第二章形状记忆合金的双程记忆效应  25-28
  2.1 双程记忆效应的机制  25
  2.2 双程记忆训练  25-26
    2.2.1 双程记忆训练方法  25
    2.2.2 双程记忆效应的影响因素  25-26
  2.3 形状记忆合金条带双程记忆效应实验  26-27
  2.4 本章小结  27-28
第三章加热单元及信号采集单元设计  28-43
  3.1 加热单元设计  28
  3.2 加热单元设计及实验  28-29
  3.3 温度信号采集  29-30
    3.3.1 测温元件  29-30
    3.3.2 温度采集芯片  30
  3.4 应变与位移信号采集  30-37
    3.4.1 电阻应变计的工作原理  31-32
    3.4.2 应变计的结构与选择  32-33
    3.4.3 测量电路原理  33-35
    3.4.4 温度影响与补偿  35
    3.4.5 信号放大电路  35-36
    3.4.6 位移传感器  36-37
  3.5 数据采集硬件与软件  37-41
    3.5.1 电信号采集硬件  37-39
    3.5.2 电信号采集软件  39-41
  3.6 本章小结  41-43
第四章控制系统硬件及软件设计  43-57
  4.1 控制系统硬件设计  43-51
    4.1.1 电源设计  45
    4.1.2 仿真接口(JTAG)设计  45-46
    4.1.3 复位电路设计  46-48
    4.1.4 晶振电路设计  48
    4.1.5 模数转换电路设计  48-49
    4.1.6 转换电源  49-50
    4.1.7 数模转换设计  50-51
    4.1.8 功率放大电路设计  51
  4.2 控制系统软件设计  51-56
    4.2.1 软件开发环境简介  51-53
    4.2.2 程序设计  53-56
  4.3 本章小结  56-57
第五章实验测试与结果分析  57-62
  5.1 实验目的与实验平台搭建  57
    5.1.1 实验目的  57
    5.1.2 实验平台搭建  57
  5.2 实验测试与分析  57-61
  5.3 本章小结  61-62
第六章全文总结与展望  62-64
  6.1 全文工作总结  62-63
  6.2 工作展望  63-64
参考文献  64-67
致谢  67-68
攻读硕士学位期间发表的论文  68-69
附录  69

基于形状记忆合金的变形控制系统设计

内容摘要

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