形状记忆合金连接分离装置的若干研究

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1、形状记忆合金连接分离装置的若干研究熊诗辉2015年1月中图分类号：V443.4UDC分类号：621.396形状记忆合金连接分离装置的若干研究作者姓名熊诗辉学院名称机电学院指导教师温玉全副教授答辩委员会主席刘玉存教授申请学位工学硕士学科专业兵器科学与技术学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月ResearchontheReleaseDevicebasedonShapeMemoryAlloyCandidateName：ShihuiXiongSchoolorDepartment:MechatronicalEngine

2、eringFacultyMentor:Asso.Prof.YuquanWenChair,ThesisCommittee：Prof.YucunLiuDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：ArmamentScienceandTechnologyDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：Jan,2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注

3、和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要本文以非火工品在航天器和水下航行器中有效载荷的分离应用为背景，利用形状记忆合金（ShapeMemoryAlloy，SMA）的形状记忆效应设计了一种低冲击、低噪声、大承载和快响应的SMA连接分离装置，并通过理论、试验、仿真等研究手段展开工作。主要完成了以

4、下内容：（1）针对国内外几种典型的SMA连接分离装置分离过程进行分析，总结了SMA连接分离装置中SMA的驱动原理。结合SMA本构模型，建立了SMA驱动模型和电热模型，并用MATLAB模拟SMA电加热时间-温度曲线，分析了SMA丝材直径、加热电流及SMA丝的对流传热系数对SMA丝通电加热速度的影响。（2）通过SMA丝的恢复性能进行测试，包括相变温度、恢复率、最大恢复力及负载响应，分析了预应变、通电电流及恒定负载对SMA丝恢复性能的影响，为SMA丝连接分离装置的设计提供指导。（3）采用SMA丝和分离螺母结合的方式进行连接分离

5、装置的设计，并通过对SMA丝触发方式的优化，减小SMA丝所需触发力，设计一种可在20kN的预加载荷下，实现200ms内分离的连接分离装置。并通过对分瓣螺母及锁定组件的受力分析，确定了分瓣螺母、驱动弹簧、安全弹簧、释放弹簧及SMA丝的基本性能参数。(4)采用LS-DYNA有限元分析软件对SMA连接分离装置进行数值仿真，验证了本文提出的SMA连接分离装置设计原理的可行。对于连接该分离装置，在通电电流为8A，预紧力为20kN时，数值模拟得出的其分离时间为87.12ms。关键词：形状记忆合金、SMA连接分离装置、非火工品、LS-

6、DYNAVI北京理工大学硕士学位论文AbstractThispaperdescribesthedesignationofa(Shape-MemoryAlloy)SMAconnection-disconnectiondevicewithlowimpactandspeedyresponsebyutilizingtheshapememoryeffectofshape-memoryalloy.Thebackgroundofthepaperistheseparationofnon-pyrotechnicdevicesinspace

7、craftandunderwatervehiclepayload.Withtheoreticalstudy,experiment,simulationandotherresearchapproach,thispaperinvolvesthefollowingtasks:First，thispaperanalyzestheseparationprocessofseveraltypicalSMAconnection-disconnectiondevicesfromhomeandabroad,andsummarizestheb

8、asicsofhowSMAdrivesthedevice.BasedontheSMAconstitutivemodel,theSMAdrivemodelandthemodelofelectricheatinghavebeenestablished.Thetime-temperaturecurveofSMAelectr