Glücksberg, Andrés R. (2016) Desarrollo de un dispositivo de liberación para la industria aeroespacial basado en una aleación con memoria de forma de NiTi. / Development of a release device for aerospace applications using a NiTi shape memory allow. Proyecto Integrador Ingeniería Mecánica, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro.
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Resumen en español
Los dispositivos liberadores son utilizados en los satélites para desplegar los paneles solares, antenas y otros apéndices en las etapas iniciales de su puesta en órbita. En la actualidad, muchos de estos dispositivos tienen actuadores activados con cargas pirotécnicas. Esto trae algunas desventajas: niveles de shock elevados sobre los componentes cercanos, no son reutilizables y no son seguros de manipular. Por ello, es que desde hace unos años se están realizando importantes esfuerzos para desarrollar dispositivos no-pirotécnicos. En este trabajo se realiza el desarrollo de un dispositivo liberador que utiliza como actuador un cilindro tubular de una Aleación de Memoria de Forma (SMA, del inglés Shape Memory Alloys) de NiTi. Las SMAs tienen la posibilidad de deformarse por debajo de determinada temperatura y luego al calentarse, recuperar su forma original. Al restringir mecánicamente la trayectoria de recuperación, la aleación genera un esfuerzo mecánico. En el presente trabajo se caracteriza esta aleación, recurriendo a diversos tratamientos térmicos para obtener las propiedades deseadas. La liberación del conjunto se produce cuando el elemento de unión entre las piezas, el cual consiste en un bulón con una entalla circunferencial, se fractura debido al estiramiento de un actuador de NiTi previamente comprimido. Dada la importancia del bulón, se estudiaron diversos materiales para el mismo. Además se analizó el efecto de la geometría de la entalla y la profundidad de la misma. Finalmente, se realizaron pruebas de integración entre el actuador de SMA, el bulón y otros elementos auxiliares. Se pudo probar el funcionamiento del conjunto con éxito.
Resumen en inglés
Release devices are utilized in satellites in order to deploy solar panels, antennas and others components after launching. Nowadays, most of these devices are pyrotechnic, but they have many disadvantages: produce high levels of pyroshock, they are not resettable and they are hazardous. Thus, since many years, developing novel types of non-pyrotechnical actuators has become the research focus for release mechanism. This Project reports a development of a release device that uses a hollow cylinder of a shape memory alloy (SMA), made of TiNi, as actuator. The SMAs can be deformed under certain temperature and then heated, returning to its original shape. When the recovery is constrained, the SMA generates high forces. The SMAs can be heat-treated in order to achieve the desired properties. This work focuses in the study of these heat-treatments and their effects. As it elongates, the SMA actuator generates sufficient force to fracture the notched bolt in tension, thereby releasing the joint. Because the bolt is an important component, a number of different materials have been studied. In addition, notch geometry and width have been investigated. Finally, some tests have been made with an experimental arrangement including the SMA actuator, the bolt and the others components. These tests were successful, demonstrating the feasibility of using this kind of alloys for deployment devices.
| Tipo de objeto: | Tesis (Proyecto Integrador Ingeniería Mecánica) |
|---|---|
| Información Adicional: | Área Temática: Aplicaciones de aleaciones con memoria de forma. |
| Palabras Clave: | Alloys; Aleaciones; Shape memory effect; Efecto de memoria de la forma; Heat tratments; Tratamientos térmicos; Fasteners; Medios de fijación; Aerospace industry; Industria aeroespacial; [SMA; Shape memory alloys; Aleaciones con memoria de forma; Mechanical design; Diseño mecánico; NiTi; Releasing device; Dispositivo de liberador] |
| Referencias: | [1] J.D. Busch, W. E. Purdy, A. D. Johnson. Development of a Non-Explosive Research Device for Aerospace Applications. NASA Conference Publication 3147, Proceeding of the 26th Aerospace Mechanism Symposium. (1992) [2] http://www.sncspace.com/ [3] S. Christiansen, S. Tibbitts, D. Dowen. Fast-Acting Non-Pyrotechnic 10kN Separation Nut, Space Mechanisms and Tribology, Proceedings of the 8th European Symposium, 438, p.323 (1999) [4] www.airbusdefenceandspacenetherlands.nl/ [5] www.esa.int/spaceinimages/Images/2014/03/Thermal_knife_cutting [6] www.tiniaerospace.com/frangibolt.html [7] INVAP.Trade-off para la selección del mecanismo de retención liberación para el panel solar. SAC-D Project. Informe técnico interno. (2005) [8] INVAP. G&H 9421-600 Separation Nut Procurement Specification. SAOCOM Project. Informe técnico interno. (2009) [9] T. W. Duerig, K N Melton, D Stöckel, C M Wayman. Engineering aspects of shape memory alloys. London. Butterworth- Heinemann. 1990 [10] K. Otsuka, X. Ren. Physical metallurgy of Ti-Ni-based shape memory alloys, Progress in Materials Science 50 511–678 (2005) [11] G. M. Puertas. Caracterización de materiales con memoria de forma base NiTi para diseño de acoples. Proyecto Integrador Ingeniería Mecánica. 2006. [12] H. Soul, A. Yawny. Compensación de tensiones térmicas en estructuras mediante la introducción de materiales con memoria de forma NiTi. Actas del Congreso Internacional de Materiales SAM – CONAMET (2014). [13] www.boltscience.com [14] Chang-sik Oh. A finite element ductile failure simulation method using stress-modified fracture strain model. Engineering Fracture Mechanics 78 124–137 (2011) [15] www.extreme-bolt.com/materials-titanium.html [16] www.deltafastener.com/a286.html [17] www.futek.com [18] Shigley. Mechanical Engineering Design. 8th Edition. McGraw-Hill. 2008. [19] Dieter, G. E. Mechanical Metallurgy. New York. McGraw-Hill. 1961 |
| Materias: | Ingeniería mecánica Metalurgia > Aleaciones |
| Divisiones: | Gcia. de área de Investigación y aplicaciones no nucleares > Gcia. de Física > Ciencias de materiales > Física de metales |
| Código ID: | 559 |
| Depositado Por: | USUARIO INVÁLIDO |
| Depositado En: | 02 Sep 2016 15:50 |
| Última Modificación: | 02 Sep 2016 15:50 |
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