دانلود ترجمه مقاله مروری بر تحقیقات انجام شده و کاربردهای آلیاژ حافظه دار

1. مقدمه 2. بررسی اجمالی آلیاژ حافظه دار 2.1. اثر حافظه دار و شبه الاستیسیتی 2.2. تاریخچه توسعه SMA 2.3. پیشرفت های اخیر 3. طراحی با SMAها 3.1. مزایای طراحی SMA 3.2. چالش های طراحی SMA 4. فرم ها یا انواع دیگر مواد حافظه دار 4.1. آلیاژهای حافظه دار در دمای بالا 4.2. آلیاژهای حافظه دار مغناطیسی 4.3. مواد حافظه دار لایه نازک 4.4. پلیمرهای حافظه دار 4.5. سایر موارد 5. کاربردهای آلیاژ حافظه دار 5.1. کاربردها در زمینه خودروسازی 5.2. کاربردها در زمینه هوافضا 5.3. کاربردها در زمینه رباتیک 5.4. کاربردها در زمینه پزشکی 6. فرصت ها و برنامه های آینده در مورد کاربردهای SMA 6.1. روند آینده در زمینه SMAها 6.2. برنامه های آینده در مورد کاربردهای SMA 7. بحث و بررسی 8. نتیجه گیری

چکیده – آلیاژهای حافظه دار (SMAs)، متعلق به کلاسی از مواد حافظه دار (SMMs) هستند که هنگام قرار گرفتن روی محرک هایی خاص مانند تغییرات ترمومکانیکی یا مغناطیسی، قادر به حفظ فرم قبلی خود می باشند. در چندین سال گذشته، SMAها با طیف وسیعی از کاربردهای شان و به دلیل مشخصه های منحصر به فرد و برتری که دارند، مورد توجه زیادی قرار گرفته اند؛ توسعه تجاری این مواد به واسطه تحقیقات بنیادینی که روی آن ها انجام گرفته، پشتیبانی می گردد. این پژوهش، ویژگی های SMA را که آن را به مناسب کاربردهای مختلفی می کند، تشریح کرده و محدودیت های آن ها را مورد خطاب قرار داده تا چالش های پیش روی توسعه دهندگان SMA را مشخص کند. این پژوهش، بررسی تحقیقات اخیر در زمینه SMA و کاربردهای تجاری آن را به همراه صدها پژوهش برتر انجام شده در این زمینه را ارائه کرده که در راستای حوزه های تجاری مرتبط و مربوطه و بر اساس اهداف طراحی مربوط به این حوزه طبقه بندی می کند (به خصوص در زمینه صنعت خودرو، هوافضا، رباتیک و پزشکی). اگرچه این پژوهش، بررسی گسترده ای از SMAها را ارائه می دهد، دسته های دیگر SMMها نیز مورد بررسی قرار گرفته اند؛ دسته هایی مانند بررسی تاریخی، خلاصه پیشرفت های اخیر و فرصت های کاربردی جدید. مقدمه: حرکت تکنولوژی به سمت سیستم های هوشمند به همراه ویژگی ها و توابع هوشمند و تطبیقی، مستلزم گسترش استفاده از سنسورها، فعال کننده ها و میکروکنترلرها می باشد؛ بنابراین، با افزایش نامطلوب وزن و حجم اجزای ماشین ها ارتباط دارد. توسعه کاربردهای هوشمند و تراکم عملکردی باید با محدودیت های تکنولوژیکی و تجاری مانند فضای موجود، محیط عملیاتی، زمان پاسخگویی و هزینه های مجاز، مقابله کند [1]. به طور خاص، در رابطه با طراحی و ساخت خودرو: افزایش وزن مستقیماً منجر به افزایش مصرف سوخت شده و هزینه های زیادی را روی دست سازنده و خریدار می گذارد. تحقیقات در زمینه کاربرد تکنولوژی های هوشمند باید روی تضمین این موضوع تمرکز کند که این سیستم های هوشمند، سازگار با محیط خودرو و تکنولوژی های موجود باشند [1]. ادغام و کوچک سازی ریزشبکه های یکپارچه و نرم افزارهای پیشرفته، پیشرفت های قابل توجهی در زمینه سنسورهای خودرو و الکترونیک کنترل ایجاد کرده است. با این حال، پیشرفت فنی خودروها در این زمینه نسبتاً ضعیف تر بوده است [2]. در حال حاضر، در حدود 200 محرک روی وسایل نقلیه ای با موتورهای الکترو مغناطیسی متداول انجام گرفته شده که روی وزن، حجم و قابلیت اطمینان سیستم تمرکز دارد [3]. آلیاژ حافظه دار (SMA) یا آلیاژ هوشمند، اولین بار توسط آرنی اولاندر در سال 1932 [4] کشف شد و اصطلاح حافظه دار اولین بار توسط ورنن در سال 1941 [5]، برای مواد پلیمری دندان تشریح گردید. اهمیت مواد حافظه دار (SMMs) تشخیص داده نشده بود تا اینکه ویلیام بوهلر و فردریک وانگ، در سال 1962، اثر حافظه دار (SME) را در یک آلیاژ نیکل تیتانیوم (NiTi) نشان دادند [6,7]، که همچنین با عنوان نیتینول (مشتق شده از ترکیب مواد و محل کشف، یعنی ترکیبی از نیتی (NiTi) و آزمایشگاه مهمات نیروی دریایی (Naval Ordnance Laboratory)) نیز شناخته می شود. از آن موقع، تقاضا برای SMAها برای کاربردهای تکنیکی و مهندسی در زمینه های تجاری زیادی نمود پیدا کرد؛ زمینه هایی مانند، کاربردهای صنعتی و محصولات مصرف کننده [8-10]، ساختارها و مواد مرکب [11]، خودرو [2,12,13]، هوافضا [14-17]، سیستم های میکروالکترومکانیکی و فعال کننده کوچک (MEMS)، ربات ها [22-24]، پزشکی [16,18,25-30] و حتی در مد [31]. اگرچه SMAها پایه آهن و پایه مس، مانند Fe-Mn-Si، Cu-Zn-Al و Cu-Al-Ni، دسترسی کم هزینه و مقرون به صرفه ای دارد، به دلیل ناپایداری و غیرعملی بدونش (به عنوان مثال، شکنندگی) [32-34] و عملکرد ضعیف ترمومکانیکی [35]؛ SMAهای مبتنی بر NiTI برای این کاربردها، ارجح تر می باشند. با این حال، هر ماده ای دارای مزایای خاص خود برای ملزومات خاص یا کاربردهای خاص می باشد. در این پژوهش، خلاصه ای مختصر از SMA، امکان سنجی طراحی آن و طیف کاربردهای SMA ارائه شده است. کاربردهای SMA بر اساس دامنه کاربردها، مانند، خودرو، هوافضا، رباتیک و پزشکی، و نیز در زمینه های دیگر، به چند بخش تقسیم می شود. بیش تر پژوهش های مطرح شده در این بخش، روی TiNi SMAs تأکید دارند، اما انواع یا فرم های دیگر مواد هوشمند مانند آلیاژهای حافظه دار دما بالا (HTSMAs)، آلیاژهای حافظه دار مغناطیسی (MSMAs)، SMM لایه نازک (مانند NiTi لایه نازک) و پلیمرهای حافظه دار (SMPs) نیز مورد بررسی قرار گرفته اند. با این حال، موضوعات دیگری مانند متالورژی، ترمودینامیک و مکانیک مواد، به طور مفصل مورد بررسی قرار نگرفته اند.

Shape memory alloys (SMAs) belong to a class of shape memory materials (SMMs), which have the ability to ‘memorise’ or retain their previous form when subjected to certain stimulus such as thermomechanical or magnetic variations. SMAs have drawn significant attention and interest in recent years in a broad range of commercial applications, due to their unique and superior properties; this commercial development has been supported by fundamental and applied research studies. This work describes the attributes of SMAs that make them ideally suited to actuators in various applications, and addresses their associated limitations to clarify the design challenges faced by SMA developers. This work provides a timely review of recent SMA research and commercial applications, with over 100 state-of-the-art patents; which are categorised against relevant commercial domains and rated according to design objectives of relevance to these domains (particularly automotive, aerospace, robotic and biomedical). Although this work presents an extensive review of SMAs, other categories of SMMs are also discussed; including a historical overview, summary of recent advances and new application opportunities. Introduction: The technology push, towards ‘smart’ systems with adaptive and/or intelligent functions and features, necessitates the increased use of sensors, actuators and micro-controllers; thereby resulting in an undesirable increase in weight and volume of the associated machine components. The development of high ‘functional density’ and ‘smart’ applications must overcome technical and commercial restrictions, such as available space, operating environment, response time and allowable cost [1]. In particular, for automotive construction and design: increased mass directly results in increased fuel consumption, and automotive suppliers are highly cost-constrained. Research on the application of smart technologies must concentrate on ensuring that these ‘smart’ systems are compatible with the automotive environment and existing technologies [1]. The integration and miniaturisation of integrated micro-controllers and advanced software has enabled considerable progress in the field of automotive sensors and control electronics. However, the technical progress for automotive actuators is relatively poorly advanced [2]. Currently, there are about 200 actuation tasks are performed on vehicles with conventional electro-magnetic motors, which are potentially sub-optimal for weight, volume and reliability [3]. Shape memory alloy (SMA) or ‘‘smart alloy’’ was first discovered by Arne Ölander in 1932 [4], and the term ‘‘shape-memory’’ was first described by Vernon in 1941 [5] for his polymeric dental material. The importance of shape memory materials (SMMs) was not recognised until William Buehler and Frederick Wang revealed the shape memory effect (SME) in a nickel-titanium (NiTi) alloy in 1962 [6,7], which is also known as nitinol (derived from the material composition and the place of discovery, i.e. a combination of NiTi and Naval Ordnance Laboratory). Since then, the demand for SMAs for engineering and technical applications has been increasing in numerous commercial fields; such as in consumer products and industrial applications [8–10], structures and composites [11], automotive [2,12,13], aerospace [14–17], mini actuators and micro-electromechanical systems (MEMS) [16,18–21], robotics [22–24], biomedical [16,18,25–30] and even in fashion [31]. Although iron-based and copper-based SMAs, such as Fe– Mn–Si, Cu–Zn–Al and Cu–Al–Ni, are low-cost and commercially available, due to their instability, impracticability (e.g. brittleness) [32–34] and poor thermo-mechanic performance [35]; NiTi-based SMAs are much more preferable for most applications. However, each material has their own advantage for particular requirements or applications. In this work, a brief summary of SMA, its design feasibility and the variety of SMA applications are compiled and presented. SMA applications are divided into several sections based on the application domain, such as automotive, aerospace, robotics and biomedical, as well in other areas. Most of the work presented here has an emphasis on NiTi SMAs, but other forms or types of smart materials such as high temperature shape memory alloys (HTSMAs), magnetic shape memory alloys (MSMAs), SMM thin film (e.g. NiTi thin film) and shape memory polymers (SMPs) are also discussed. However, intensive topics such as metallurgy, thermodynamics and mechanics of materials will not be addressed in detail.

بخشی از ترجمه مقاله (صفحه 22 و 23 فایل ورد ترجمه)