Projeto, modelagem e análise experimental de um motor rotativo acionado por molas de liga com memória de forma
Ano de defesa: | 2020 |
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Autor(a) principal: | |
Orientador(a): | |
Banca de defesa: | |
Tipo de documento: | Dissertação |
Tipo de acesso: | Acesso aberto |
Idioma: | por |
Instituição de defesa: |
Universidade Federal da Paraíba
Brasil Engenharia Mecânica Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica UFPB |
Programa de Pós-Graduação: |
Não Informado pela instituição
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Departamento: |
Não Informado pela instituição
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País: |
Não Informado pela instituição
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Palavras-chave em Português: | |
Link de acesso: | https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/19679 |
Resumo: | The rotation mechanism based on an eccentric, combined with large deformations of SMA spring type actuators, allowed the design of a compact device with continuous rotation. The proposed rotary motor is driven by NiTi shape memory alloy (SMA) springs. The springs are driven by an electric current using the Joule effect as a physical principle. In this case, the motor can rotate in both directions, by only inverting the drive sequence. When driven, SMA springs combine the superelastic effect (SE) and the shape memory effect (SME), and can suffer deformations of up to 600% of their initial length. To define the design parameters, an electro-thermomechanical characterization of the SMA springs was performed, in addition to antagonistic tests to evaluate the generation of work after thermal heating. An analytical model for the prior evaluation of the motor responses was implemented in function of the thermomechanical characteristics of the SMA springs. For the numerical simulations, three different models were tested in order to define which of them best represents the behavior of force and deflection of the actuators. The most appropriate model was selected for the analyses of numerical responses of the entire motor with coupled springs. An experimental setup measured the temperature, angular displacement, force and torque responses generated by the motor. The functioning of the prototype was demonstrated for different electric current drives in relation to the activation time. As main scientific contribution was obtained an energy density index of 0.001406851 Nmm/mm³, which relates the maximum experimental torque generated by the motor volume, higher than other important SMA motors in the literature. |
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Projeto, modelagem e análise experimental de um motor rotativo acionado por molas de liga com memória de formaSem palavras-chave no trabalhoCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICAThe rotation mechanism based on an eccentric, combined with large deformations of SMA spring type actuators, allowed the design of a compact device with continuous rotation. The proposed rotary motor is driven by NiTi shape memory alloy (SMA) springs. The springs are driven by an electric current using the Joule effect as a physical principle. In this case, the motor can rotate in both directions, by only inverting the drive sequence. When driven, SMA springs combine the superelastic effect (SE) and the shape memory effect (SME), and can suffer deformations of up to 600% of their initial length. To define the design parameters, an electro-thermomechanical characterization of the SMA springs was performed, in addition to antagonistic tests to evaluate the generation of work after thermal heating. An analytical model for the prior evaluation of the motor responses was implemented in function of the thermomechanical characteristics of the SMA springs. For the numerical simulations, three different models were tested in order to define which of them best represents the behavior of force and deflection of the actuators. The most appropriate model was selected for the analyses of numerical responses of the entire motor with coupled springs. An experimental setup measured the temperature, angular displacement, force and torque responses generated by the motor. The functioning of the prototype was demonstrated for different electric current drives in relation to the activation time. As main scientific contribution was obtained an energy density index of 0.001406851 Nmm/mm³, which relates the maximum experimental torque generated by the motor volume, higher than other important SMA motors in the literature.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESO sistema de rotação baseado no mecanismo de um excêntrico, combinado com grandes deformações proporcionadas por atuadores do tipo molas de liga com memória de forma (LMF), permitiu o projeto de um dispositivo compacto com rotação contínua desenvolvido neste trabalho. O motor rotativo proposto é acionado por molas de ligas com memória de forma (LMF) de NiTi. As molas são acionadas por correntes elétricas utilizando como princípio físico o efeito Joule. Neste caso, o motor pode funcionar em dois sentidos de rotação dependendo apenas da inversão na sequência de acionamento. As molas de LMF quando acionadas combinam o efeito superelástico (SE) e o efeito memória de forma (EMF), podendo sofrer deformações de até 600% do seu comprimento inicial. Para a definição dos parâmetros de projeto, foi realizada uma caracterização eletro-termomecânica das molas de LMF, além de ensaios antagônicos para a avaliação da geração de trabalho após aquecimento térmico. Um modelo analítico para a avaliação prévia das respostas do motor foi implementado em função das características termomecânicas das molas de LMF. Para as simulações numéricas, foram utilizados três modelos distintos com a finalidade de definir qual deles representaria melhor o comportamento de força e deflexão dos atuadores. O modelo mais adequado foi selecionado para as análises das respostas numéricas de todo o motor com as molas acopladas. Uma bancada experimental foi montada para a obtenção das respostas de temperatura, deslocamento angular, força e torque gerados pelo motor. O funcionamento do protótipo foi demonstrado para diferentes acionamentos de corrente elétrica com relação ao tempo de ativação. Como principal contribuição científica foi obtido um índice de densidade de energia de 0,001406851 Nmm/mm³, que relaciona o máximo torque experimental gerado pelo volume do motor, superior ao de outros importantes motores de LMF na literatura.Universidade Federal da ParaíbaBrasilEngenharia MecânicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaUFPBSouto, Cícero da Rochahttp://lattes.cnpq.br/4099240444291318Basílio Sobrinho, José Marques2021-03-07T12:21:10Z2020-02-132021-03-07T12:21:10Z2020-01-31info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttps://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/19679porhttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPBinstname:Universidade Federal da Paraíba (UFPB)instacron:UFPB2021-07-02T23:27:56Zoai:repositorio.ufpb.br:123456789/19679Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufpb.br/PUBhttp://tede.biblioteca.ufpb.br:8080/oai/requestdiretoria@ufpb.br|| diretoria@ufpb.bropendoar:2021-07-02T23:27:56Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB - Universidade Federal da Paraíba (UFPB)false |
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