Şekil hafızalı metaller ile aktüatör tasarımı
Design of actuator with shape memory alloys
Yazar: ERSİN TOPTAŞ
Danışman: DOÇ. DR. NİHAT AKKUŞ
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2006
Konu: Teknik Eğitim = Technical Education

Özet:
Bu çalışmada, kendi içinde ve çevresindeki değişimlere tepki vererek belirliişlevleri anında ve sürekli olarak yerine getirebilen malzeme olarak tanımlanan akıllımalzemeler olan Şekil Hafızalı Metaller incelenmiştir. Bu malzemeler, kristalyapılarında martenzit fazdan östenit faza dönüşümlerinin etkisi ile önceki şeklinihatırlayabilen ve ısı enerjisi verildiğinde değişim öncesi mikro yapılarına tekrardönebilen bir özelliğe sahiptir. Bu malzemelerde önceki şekline dönme sürecindeengelleyiciler konursa 700 MPa'ya varan yüksek gerilimler oluşur ve malzeme adetakas gibi hareket etmeye başlar ve bu özelliğiyle biyomedikal uygulamalarda aktüatörolarak kullanılabilir. Hafızalı metaller, medikal uygulamaların yanı sıra, uçakhidrolik sistemlerinde, yarıiletken gaz tüp bağlantılarında, diş düzeltmekomponentlerinde, otomotivde radyatör pervanelerinde, egzoz çıkış kontrollerinde,uydu sistemlerinde, termostatik cihazlarda kullanılmaktadır.Çalışmanın ilk bölümünde, giriş yapıldıktan sonra bu malzemelerin aktüatörolarak kullanılmasındaki amaçlar ortaya konulmuştur. İkinci bölümde, bu alaşımlarıngenel tanıtımı yapılıp ardından bu malzemelerin içyapısında medyana gelen durumlaranlatılarak malzemenin hal durumları incelenmiştir. Yine ikinci bölüm içersinde bumalzemelerin endüstriyel açısından önemi irdelenerek bu malzemelerin endüstriyeluygulamaları verilmiştir. Üçüncü bölümde, Şekil Hafızalı Alaşımların içyapısınıtanımlayan matematiksel modellemeler sunulmuştur. Dördüncü bölümde, bumalzemenin aktüatör tasarım örnekleri ve uygulamalardaki önemi anlatılmıştır. Dahasonra bu malzemenin FEA analizleri için iki farklı modelleme sunularak bumodellerin karşılaştırılması yapılmıştır. Beşinci bölümde SMA'nın aktüatör tasarımhakkındaki sonuçlar incelenmiş olup FEA simülasyonların da elde edilen sonuçlarirdelenmiştir. Son olarak Bölüm VI'da ise çalışmada elde edilen genel sonuçlarortaya konulmuş ardından bu alaşım hakkında değerlendirme ve önerilersunulmuştur.

Abstract:
Shape memory alloys which are called smart materials, have certain shapesunder certain environmental and micro structure are studied in the present thesis.These materials have the ability to memorize their shape according to the martensiteand austenite phase transformation ratio. The shape of the material can be changedby applying a force which will deform the material. The material can return theoriginal shape if heated by affecting the micro structure of the material. Up to 700MPa stress may be seen during shape changes of the material. This type of the highresistance to the stress is very useful for the actuator and biomedical design as wellas many type of machine parts design. The industrial application of the shapememory alloys are: medical and dental parts, automotive funs, control of the gasexhaust systems of cars and thermal switches.In the first part of the study; an introduction which emphasizes the importanceof the work and summarizes the former works is given. The aim of the study is alsopresented in the first chapter of the study. The general material structure of the shapememory alloys and properties of the micro structures are given in chapter second.The industrial application of the shape memory alloys are also summarized inchapter two. In the third chapter, the mathematical material models which explain themacro mechanical behavior and micro structures of the shape memory alloy aregiven. In the fourth chapter, some actuators applications are presented with samplesand the importance of the industrial actuators are given. A finite element modeling ofthe shape memory alloy which incorporates different mechanical models is proposedin the same chapter. The results of the FEA simulations obtained from differentmaterial models were compared to each other. In the fifth chapter, the results of thesimulations are discussed. General conclusions obtained from the present thesis andproposals as a result of the work are presented in the sixth chapter.