空间环境下SMA驱动器概率设计理论与方法
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:51505018
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:20.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:E0504.机械结构强度学
- 结题年份:2018
- 批准年份:2015
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2016-01-01 至2018-12-31
- 项目参与者:闫晓军; 黄大伟; 陈霞; 刘欣; 冷佳明; 张顺杰;
- 关键词:
项目摘要
Non-explosive release technology used in the aerospace application, different from the traditional explosive release technology, possesses the advantages of low shock, no contamination and resettable, which is well suited for precision equipment used in aerospace crafts, and plays a key role in the space and defense related science and technology. SMA (Shape Memory Alloy) actuator design theory is the core of SMA-based non-explosive release technology, which is a basic theory and needs to be further developed. Considering that current SMA constitutive models can not describe some behaviors of SMAs under aerospace operation conditions, this project plans to study the influences of high heating rate and over-heating working conditions on SMA performances, and established a SMA constitutive model which is suitable for aerospace operation conditions under general thermodynamic framework. Moreover, motivated by the fact that exist SMA actuator design theories can not address the inherent uncertainties involved in material prosperities, manufacturing and operation conditions related with SMA actuators, this project also plans to study these inherent uncertainties and establish probability models to describe their probability distributions. Based on these probability models, the aforementioned SMA constitutive model and specific structures of SMA actuators, following the stress-strength interference concept, a probabilistic design theory for aerospace-used SMA actuator will be finally established. In summary, this project can establish an aerospace-used SMA constitutive model and a probabilistic SMA actuator design theory, which will make an important theoretic foundation for the progress of non-explosive release technology in China.
航天非火工释放技术和传统利用火药爆炸能量的火工释放技术相比,具有冲击小、无烟尘污染、可重复使用等优点,非常适合用于对冲击和烟尘污染敏感的精密设备中,对我国的航天、国防科技具有重要意义。形状记忆合金(SMA,shape memory alloy)驱动器设计理论是SMA非火工释放技术的核心,本项目拟针对当前SMA本构模型不适用于航天特殊环境的问题,探究高加热速率和过加热等对SMA性能的影响规律,建立适用于航天特殊环境的SMA本构模型;针对现有SMA驱动器设计理论不能考虑材料、制造、使用等环节中随机因素影响的不足,系统研究影响SMA驱动器可靠性的随机因素及其分布规律,利用发展的SMA本构模型,结合驱动器的具体结构形式,基于应力强度干涉原理,建立SMA驱动器概率设计理论。通过本项目的研究,可建立航天特殊环境SMA本构模型和SMA驱动器概率设计理论,为我国航天非火工释放技术的进步奠定重要的理论基础。
结项摘要
形状记忆合金(SMA,shape memory alloy)驱动器设计理论是形状记忆合金非火工释放技术的核心,对我国的空间科学研究和国防科技都具有重要的意义。本项目围绕发展航天非火工SMA驱动器概率设计理论与方法的目标,从材料试验研究、本构模型构建、驱动器概率设计方法探索和工程应用样机研制四个层面开展了研究,在基础理论及工程应用层面均取得了突破性进展,重要研究结果如下:.1)不同加热速率下Ni49.8Ti50.2 (at.%)形状记忆合金丝疲劳寿命试验表明,最高温度Thigh和疲劳寿命Nf在半对数坐标系下服从线性递减规律,斜率为Thigh /log(Nf)= 68.03℃;当Thigh≤115℃时,塑性应变随着循环次数的增加会逐渐稳定,当Thigh<211℃时,可回复应变随着循环次数增加而减小,当Thigh>211℃时,可回复应变不发生明显衰减。.2)在广义热力学框架下推导了描述塑性应变、最大相变应变演化控制方程,从而建立了能够描述SMA丝材功能衰减的本构模型,并将模型计算结果和试验结果进行了对比,验证了模型描述的精确性。.3)开展了限位模式、加热电流、加热时间、SMA丝安装长度和负载对SMA丝驱动器的影响规律研究,最终确定了最优的参数,并在最优参数下开展了输出位移的概率特性研究,结果表明在0.99999065533可靠度下,SMA驱动器可保证在40次内输出位移大于0.98mm。.4)针对空间飞行器对非火工大载荷锁紧释放装置的需求,提出了基于分组滚棒减摩擦原理的大载荷SMA锁紧释放机构设计方案,开展了可靠性设计、驱动模块设计、原理样机制造及性能测试等工作。试验结果表明,研制机构具有释放载荷大、可靠性高等特点,在空间飞行器锁紧释放领域具有巨大的应用潜力。
项目成果
期刊论文数量(16)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(10)
专利数量(6)
空间大载荷石蜡驱动器研制
- DOI:10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0399
- 发表时间:2016
- 期刊:北京航空航天大学学报
- 影响因子:--
- 作者:张顺杰;王露斯;聂超;何咏;张小勇;闫晓军
- 通讯作者:闫晓军
Artificial insect wings with biomimetic wing morphology and mechanical properties
具有仿生翅膀形态和力学性能的人造昆虫翅膀
- DOI:10.1088/1748-3190/aa7f16
- 发表时间:2017
- 期刊:BIOINSPIRATION & BIOMIMETICS
- 影响因子:--
- 作者:Liu Zhiwei;Yan Xiaojun;Qi Mingjing;Zhu Yangsheng;Huang Dawei;Zhang Xiaoyong;Lin Liwei
- 通讯作者:Lin Liwei
Probabilistic analysis for the functional and structural fatigue of NiTi wires
NiTi 丝功能和结构疲劳的概率分析
- DOI:10.1016/j.matdes.2016.04.044
- 发表时间:2016
- 期刊:Materials and Design
- 影响因子:8.4
- 作者:Zhang Xiaoyong;Wang Shixun;Yan Xiaojun;Yue Dingyang;Sun Ruijie;Zhou Xu
- 通讯作者:Zhou Xu
A temperature-dependent model for predicting the fracture toughness of superalloys at elevated temperature
用于预测高温合金高温断裂韧性的温度相关模型
- DOI:10.1016/j.tafmec.2017.10.002
- 发表时间:2018
- 期刊:SENSORS AND ACTUATORS A-PHYSICAL
- 影响因子:4.6
- 作者:Li Peiyuan;Cheng Li;Yan Xiaojun;Huang Dawei;Qin Xiaoyu;Zhang Xiaoyong
- 通讯作者:Zhang Xiaoyong
A novel bending fatigue test device based on self-excited vibration principle and its application to superelastic Nitinol microwire study
基于自激振动原理的新型弯曲疲劳试验装置及其在超弹性镍钛诺微丝研究中的应用
- DOI:10.1088/1361-665x/aa7bdf
- 发表时间:2017
- 期刊:SMART MATERIALS AND STRUCTURES
- 影响因子:--
- 作者:Leng Jiaming;Yan Xiaojun;Zhang Xiaoyong;Qi Mingjing;Liu Zhiwei;Huang Dawei
- 通讯作者:Huang Dawei
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其他文献
混合焦等反应性下的热性质变化规律研究
- DOI:--
- 发表时间:2016
- 期刊:安徽工业大学学报(自然科学版)
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- 作者:冯正;张小勇;郑明东
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- 发表时间:--
- 期刊:工业建筑
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- 通讯作者:Hu Changming Mei Yuan Dong Pan Zhang Xiaoyong(Scho
微波处理时间对电化学电容器用活性炭性能的影响(英文)
- DOI:--
- 发表时间:--
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- 作者:何孝军;王婷;邱介山;张小勇;王晓婷;郑明东
- 通讯作者:郑明东
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- 作者:张小勇;朴玉莲;崔胜云
- 通讯作者:崔胜云
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- DOI:--
- 发表时间:2015
- 期刊:煤炭转化
- 影响因子:--
- 作者:张小勇;吴光有;郑明东;徐陆佳
- 通讯作者:徐陆佳
其他文献
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