《空間環境下SMA驅動器機率設計理論與方法》是依託北京航空航天大學，由張小勇擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：空間環境下SMA驅動器機率設計理論與方法
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：張小勇
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
航天非火工釋放技術和傳統利用火藥爆炸能量的火工釋放技術相比，具有衝擊小、無煙塵污染、可重複使用等優點，非常適合用於對衝擊和煙塵污染敏感的精密設備中，對我國的航天、國防科技具有重要意義。形狀記憶合金（SMA，shape memory alloy）驅動器設計理論是SMA非火工釋放技術的核心，本項目擬針對當前SMA本構模型不適用於航天特殊環境的問題，探究高加熱速率和過加熱等對SMA性能的影響規律，建立適用於航天特殊環境的SMA本構模型；針對現有SMA驅動器設計理論不能考慮材料、製造、使用等環節中隨機因素影響的不足，系統研究影響SMA驅動器可靠性的隨機因素及其分布規律，利用發展的SMA本構模型，結合驅動器的具體結構形式，基於應力強度干涉原理，建立SMA驅動器機率設計理論。通過本項目的研究，可建立航天特殊環境SMA本構模型和SMA驅動器機率設計理論，為我國航天非火工釋放技術的進步奠定重要的理論基礎。
結題摘要
形狀記憶合金（SMA，shape memory alloy）驅動器設計理論是形狀記憶合金非火工釋放技術的核心，對我國的空間科學研究和國防科技都具有重要的意義。本項目圍繞發展航天非火工SMA驅動器機率設計理論與方法的目標，從材料試驗研究、本構模型構建、驅動器機率設計方法探索和工程套用樣機研製四個層面開展了研究，在基礎理論及工程套用層面均取得了突破性進展，重要研究結果如下： 1、不同加熱速率下Ni49.8Ti50.2 (at.%)形狀記憶合金絲疲勞壽命試驗表明，最高溫度Thigh和疲勞壽命Nf在半對數坐標系下服從線性遞減規律，斜率為Thigh /log(Nf)= 68.03℃；當Thigh≤115℃時，塑性應變隨著循環次數的增加會逐漸穩定，當Thigh<211℃時，可回復應變隨著循環次數增加而減小，當Thigh>211℃時，可回復應變不發生明顯衰減。 2、在廣義熱力學框架下推導了描述塑性應變、最大相變應變演化控制方程，從而建立了能夠描述SMA絲材功能衰減的本構模型，並將模型計算結果和試驗結果進行了對比，驗證了模型描述的精確性。 3、開展了限位模式、加熱電流、加熱時間、SMA絲安裝長度和負載對SMA絲驅動器的影響規律研究，最終確定了最優的參數，並在最優參數下開展了輸出位移的機率特性研究，結果表明在0.99999065533可靠度下，SMA驅動器可保證在40次內輸出位移大於0.98mm。 4、針對空間飛行器對非火工大載荷鎖緊釋放裝置的需求，提出了基於分組滾棒減摩擦原理的大載荷SMA鎖緊釋放機構設計方案，開展了可靠性設計、驅動模組設計、原理樣機製造及性能測試等工作。試驗結果表明，研製機構具有釋放載荷大、可靠性高等特點，在空間飛行器鎖緊釋放領域具有巨大的套用潛力。
