ANÁLISE DE DESEMPENHO DE ATUADORES COM MEMÓRIA DE FORMA

Abstract

Shape memory alloys (SMAs) have been studied since thc 1960s and are excellent candi­ dates for use as actuators due to tlieir good relationship between developed power, actuation stroke and strueture weight. The present work aims to present a systematic analysis of one- dimensional actuators, evaluating their essential characteristics: force, stroke, response time and actuation required power. The thermomechanical behavior of SMAs is described by a model with polynomial phase transformation kineties. Besides, energy equation is con- sidered to treat heat exchange processes. Numerical simulations are performed to analyze and compare the behavior of wire-type and helical spring-type SMA actuators. Numerical results show the main differences of the actuators, serving as a basis for decision on future design involving SMA actuators. The quantitative analysis shows that spring-type actua­ tors can develop strokes around 10 times greater than those of the wire-type while wire-type actuators can develop actuation forces around 40 times greater than those of the spring-type.

As ligas com memória de forma (SMAs) são estudadas desde a década de 60, sendo excelentes candidatas a serem usadas como atuadores devido a sua boa relação entre potência desenvolvida, curso de atuação e peso da estrutura. O presente trabalho tem como objetivo apresentar uma análise sistemática de atuadores unidimensionais, avaliando suas caracte­ rísticas essenciais: força, curso, tempo de resposta e potência requerida para atuação. O comportamento termomecânico das SMAs é descrito considerando um modelo com cinética polinomial de transformação de fase. Além disso, considera-se a equação da energia para descrever o processo de troca de calor. Simulações numéricas são realizadas para analisar e comparar o comportamento de atuadores de SMA do tipo fio e do tipo mola helicoidal. Os resultados numéricos mostram as principais diferenças dos atuadores, servindo de base para decisão de futuros projetos que envolvam atuadores de SMA. A análise quantitativa mostra que atuadores do tipo mola podem desenvolver cursos de cerca de 10 supeiores aos do tipo fio enquanto os atuadores do tipo fio podem desenvolver forças de atuação até 40 vezes superiores que os do tipo mola.