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https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/33244
Tipo: | Tese |
Título: | Desenvolvimento de um atuador torcional baseado em ligas com memória de forma NiTi aplicado em um dispositivo do tipo leme aeronáutico |
Autor(es): | Lima, Felipe Silva |
Primeiro Orientador: | Souto, Cícero da Rocha |
Resumo: | O grau de maturidade na área de materiais e estruturas inteligentes é comprovado pela existência de amplo esforço em pesquisas com expectativa ao desenvolvimento de produtos industriais. Apesar das diferentes opções presentes, as Ligas com Memória de Forma (LMF) têm recebido grande atenção devido à facilidade de uso em atuadores de movimento, microcontroladores e sensores. Essas ligas exibem duas propriedades fundamentais: a Superelasticidade (SE) e o Efeito Memória de Forma (EMF), que são advindos de uma transformação de fase do tipo austenita/martensita. Os atuadores desse material são relativamente leves, de fabricação simples e têm a capacidade de produzir elevadas cargas de atuação, por intermédio de aplicação controlada de calor. Como consequência, esses materiais podem ser empregados na concepção de diversos sistemas de engenharia substituindo atuadores hidráulicos, pneumáticos e elétricos, com a possibilidade de uso em escalas microscópicas, acrescido à flexibilidade projetiva. Considerando essas questões, o presente trabalho é dedicado à fabricação e avaliação do comportamento termomecânico de molas helicoidais torcionais de LMF do sistema NiTi, que combinam o efeito SE/EMF quando acionadas. Uma confirmação da efetividade do conceito é demonstrada construindo-se um protótipo de leme aeronáutico para verificação de suas propriedades funcionais. Antes desta estratégia foram feitos estudos prévios direcionadas a caracterização dos fios de LMF precursores, seguido de testes para extrair informações sobre a dinâmica exposta por molas de torção de LMF NiTi. Neste contexto, merece destaque a concepção de um novo sistema com o intuito de mensurar a força gerada por cada mola. Os resultados mostram as condições em que que é possível obter as maiores capacidade de atuação, especificamente ao eleva-se o diâmetro de fio e espira, associados a grandes deslocamentos angulares. Foi possível obter diferentes configurações de curvatura do leme ao inverter o sentido de acionamento. Com efeito, registrou-se deslocamentos longitudinais máximos de 30° quando o movimento é executado em direção a esquerda e 40° no sentido oposto. Sob muitos aspectos, ainda há desafios tecnológicos importantes a serem superados antes da consolidação prática de molas de torção de LMF NiTi; contudo, esta proposta apresenta potencial e não pode ser descartada. |
Abstract: | The maturity degree in the field of smart materials and structures is evidenced by the extensive research efforts aimed at the development of industrial products. Among the various options available, Shape Memory Alloys (SMAs) have received considerable attention due to their ease of use in motion actuators, microcontrollers, and sensors. These alloys exhibit two fundamental properties: Superelasticity (SE) and Shape Memory Effect (SME), which arise from an austenite/martensite phase transformation. Actuators made from these materials are relatively lightweight, easy to manufacture, and have the ability to generate high actuation forces through controlled application of heat. As a result, these materials can be employed in the design of various engineering systems, replacing hydraulic, pneumatic, and electric actuators, with the possibility of use at microscopic scales, coupled with design flexibility. In this context, the aim of the present study is dedicated to the fabrication and evaluation of the thermo-mechanical behavior of torsion helical springs made from NiTi-based Shape Memory Alloys, which exhibit the combined SE/SME effect when activated. The effectiveness of this concept is demonstrated by constructing a rudder prototype to verify its functional properties. Prior to this strategy, preliminary studies were conducted to characterize the NiTi SMA wires, followed by tests to extract information about the dynamics exhibited by NiTi SMA torsion springs. Notably, the design of a new system for measuring the force generated by each spring deserves attention. The results demonstrate the conditions under which the highest actuation capabilities can be achieved, specifically by increasing the wire diameter and number of turns, associated with large angular displacements. Different curvature configurations of the rudder were obtained by reversing the direction of actuation. Consequently, maximum longitudinal displacements of 30° were recorded when the movement was executed towards the left and 40° in the opposite direction. There are still significant technological challenges to be overcome before the practical consolidation of NiTi SMA torsion springs; however, this proposal shows potential and should not be disregarded. |
Palavras-chave: | Ligas - Materiais inteligentes Ligas com Memória de Forma Atuadores torcionais Molas helicoidais de torção Smart materials Shape memory alloys Torsional actuators Helical torsion spring |
CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Editor: | Universidade Federal da Paraíba |
Sigla da Instituição: | UFPB |
Departamento: | Engenharia Mecânica |
Programa: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica |
Tipo de Acesso: | Acesso aberto Attribution-NoDerivs 3.0 Brazil |
URI: | http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/ |
URI: | https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/33244 |
Data do documento: | 31-Mai-2023 |
Aparece nas coleções: | Centro de Tecnologia (CT) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica |
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