形状记忆合金热机的研究

【摘要】形状记忆合金热机是为了满足当前政府节能减排的政策，充分利用余热而研制的一种新型热机。它具有结构简单，易控制，输出位移大,无噪声等优点。热机是利用余热来进行驱动的，所以设计出高效的热循环系统是关键。形状记忆合金热机主要包括3部分：热循环系统、曲柄滑块机构和主轴。SMA弹簧为了保持最初的形态驱动驱动杆件运动，进而驱动曲柄滑块机构运动，最终实现轴的旋转运动。根据SMA的特性建立了驱动器的本构模型，最后通过验证性实验验证驱动器的合理性。本文共分为六章，各章的主要内容如下：第一章，阐述了本文所研究的背景和意义，综述形状记忆合金热机国内外研究现状，同时也介绍了形状记忆合金材料的基本特性以及本课题研究的重难点，最终引出了本文的研究内容。第二章，SMA弹簧驱动器的具体设计，阐述了SMA弹簧驱动器的工作原理和类型。然后介绍了几种比较典型的SMA一维本构模型，最终通过比较找出了适合本课题的模型，并得出应力、应变、温度之间的关系式。然后根据普通弹簧的设计公式，设计出了SMA弹簧。最后对设计好的SMA弹簧进行强度校核，保证它的可靠性。第三章，对形状记忆合金热机做了整体结构的研究，根据运动需求，完成了从传动类零件，到支撑类零件，再到连接类零件的设计。同时对整个热机中的曲柄滑块机构做了运动分析，并且用ADAMS软件仿真出了曲柄滑块机构的运动曲线。第四章，详细阐述了热机的工作原理，根据SMA弹簧的驱动特性建立了热循环系统的数学模型。而且利用MATLAB仿真出了位移和温度，驱动力和温度的曲线图。用Fluent软件对给SMA弹簧加热和冷却的水进行了热分析，计算出了出水口混合水的平均温度，进而得到了给SMA弹簧冷却的最合适流速。根据热力学模型以及功能之间的转换，计算出了热机的效率。第五章，主要是对热机驱动器的实验研究。阐述了此实验的实验原理以及具体组成部分。根据制定好的实验方案进行实验，测出所需的数据。与之前仿真出来的结果进行比较，验证此驱动器的合理性。第六章，总结了本文的研究工作，同时指出了本课题研究的不足之处，对形状记忆合金热机的发展提出了展望。
【作者】毛文钦；
【导师】刘荣；
【作者基本信息】杭州电子科技大学，机械电子工程，2014，硕士
【关键词】热机；形状记忆合金弹簧；偏置弹簧；本构模型；

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