books properties of smart materials
If you do not find what you're looking for, you can use more accurate words.
خصائص المواد الذكية (Info)
خصائص المواد الذكية بالمقارنة مع المواد التقليدية:
اثنين من الخصائص التي تستخدم عاده لمقارنة المواد الهندسية هي الكثافة ومعامل المرونة. كثافة المادة هي طبيعة الكتلة إلى وحدة التخزين؛ وفي الوحدة العالمية (SI) يتم قياسها ب (kg/m3 ). معامل المرونة من خاصية المواد التي تتعلق بالاحمال المطبقة على المواد الصلبة إلى ناتج التشوه ويوجد تعريفات دقيقة لمعامل المرونة ولكن الآن ليس من المهم سوى ان نلاحظ انه من تطبيقات التحميل. والمواد التي تحتوي على معامل مرونة عالي سوف تخضع إلى اقل تشوه من المواد التي تحتوي على معامل مرونة قليل؛ وبالتالي فان المواد ذات معامل مرونة أعلى تكون أكثر صلابة من المواد (اللينة) التي لديها معامل مرونة منخفض. الكون متكون من مواد تغطي مجموعة واسعة من الكثافة وقيم المعامل. والكثافة من جميع المواد تختلف عموما خلال ما يقرب من ثلاث درجات. القيم المنخفضة للمواد ما يقرب من ( 0.01 kg/m3 ) للرغاوي والقيم العالية يمكن ان تصل إلى (20 kg/m3) لبعض المعادن والسيراميك. وفي المقابل؛ فان الاختلاف في معامل المرونة للمواد يمتد حوالي سبعة اضعاف من الحجم؛ من حوالي 1 كيلو باسكال للرغاوي للمواد اللينة والمواد المرنة إلى ما يقرب من ( 1000 Gpa) لبعض الخزفيات.
كهرضغطية المواد وسبائك ذاكرة الشكل لديها قيم معامل البناء من (10 إلى 100 GPa) ذات الكثافة الذي هو عادة في نطاق ( 7000 إلى 8000 kg/m3). كهرضغطية البوليمرات أكثر نعومة من المواد التي معامل المرونة هي على الترتيب من (1الى 3 GPa) مع كثافة (1000 إلى 2000 kg/m3) تقريبا. (Electroactive polymers) عادة ما تكون هذه المواد أنعم واقل كثافة. وهي لها معاملات الرجوعية التي تغطي مجموعة واسعة المدى من ما يقرب من1 ميغا باسكال أكبر من 500 ميغا باسكال وكثافة القيم التي تتراوح من (1000 ال 3000 kg/m3). ويورد موجز لهذه القيم في الشكل المقابل.
التصميم الهندسي غالبا ما يتطلب المواد التي تحتوي على معاملات عالية وتكون خفيفة الوزن. المواد عالية المعاملات وخفيفة الوزن تكمن في الجزء العلوي الأيسر من الشكل السابق؛ وخاصة المواد التي تتعلق بمعاملات والكثافة وهي سرعة الموجة. التي تعرف بانها الجذر التربيعي لمعامل طبيعة الكثافة والخطوط المتقطعة في الشكل السابق. وتمثل الخطوط المستمرة موجة السرعة. وارتفاع 1 كيلومتر لكل ثانية. وسرعه الموجة تتصل أيضا بخصائص ديناميكية المواد منذ وسائط الاهتزاز الأساسية للبنية هي متناسبة مع مواد سرعة الموجة. من الشكل السابق نلاحظ ان موجة السرعة تمتد عموما القيم من 10 م/ث إلى أكثر من 1 كم/ث.
التطبيقات التي تمت مناقشتها تسلط الضوء على استخدام المواد الذكية كما المحركات والمشغلات. تحليل وتصميم النظم التي تتضمن محركات المواد الذكية للتطبيقات مثل التحكم في الحركة والتخميد وتمنع الاهتزاز ومحرك المواد وكثيرا ما تقارن من حيث القوة والحركة التي يمكن ان تولد تحت تطبيقاتها الحافزة. ومترية اخرى مهمة لمواد المشغلة هي السرعة مع التي تستجيب لتحفيز القيادة.
القوة والتشريد امثلة على الخصائص الخارجية (أي تلك التي هي وظيفة لهندسة المواد أو الجهاز ). غالبا ما يكون من المفيد مقارنة المواد من قبل بعض الخصائص الجوهرية: أي الخصائص التي لا تعتمد على الهندسة وخصائص المواد الجوهرية التي تعتبر مهمة لاجراء مقارنات المحرك هي الإجهاد والانفعال التي يتم إنتاجها من جانب تحفيز تطبيقها. ويعرف الإجهاد بوصفه بالقوة المطبقة في وحدة المساحة.
انواع المواد الثلاثة التي علينا ان نركز عليها هي: كهرضغطية المواد وشكل الذاكرة والسبائك والحركة الإلكترونية للبوليمرات وتمثل ثلاثة أنواع من المواد التي لديها مجموعة من الخصائص تشتغل بشكل عام والمواد الكهرضغطية من فئه من المواد التي تنتج سلالات صغيرة؛ وعادة سوى جزء واحد في الالف. سلالات من هذا الحجم تحدد عادة كنسبة مئوية وبالتالي ؛سلالات من اجزاء في 1000 ستكون على النحو المحدد 0.001 أو 0.1 % سبائك ذاكرة الشكل هي المواد التي تنتج سلالات كبيرة وعادة بناء على امر من 4 إلى 8 % وهناك عدة فئات من الحركة الإلكترونية للبوليمرات والضغوط التي تنتجها مختلفة التطبيقات من هذه المواد تتراوح من 1% لتصل إلى أكبر من 100 % تبعا لنوع المواد.
الانفعالات التي تنتجها هذه الفئات الثلاث من مواد تمتد أيضا لمجموعة واسعة. يمكن السيراميك كهرضغطية من الصعب إنتاج الإجهاد يشتغل بناء على أمر من عشرات ميجاباسكال سيكون لتصور قوه (1N ) تطبيقها على مساحة مع ابعاد (1mm x1mm) هذا من شأنه أن يكون معدلات (1MPa) من الإجهاد. وبالتالي؛ يمكن ان تنتج كهرضغطية السيراميك عشرات النيوتنات من القوة على مساحة (1mm2). وهناك طبقة من كهرضغطية المواد التي عادة ما تكون أخف بكثير من كهرضغطية السيراميك.
كهربية اجهاد مواد البوليمر لا تنتج سوى 1/10 إلى 1/100 من الضغط التي تنتجها كهرضغطية السيراميك سبائك ذاكرة الشكل؛ من ناحيه اخرى؛ تنتج الإجهاد في نفس النطاق كما ان من السيراميك كهرضغطية (عشرات من ميجاباسكال ) من حين تنتج الضغوط على الترتيب من 4 ال 8 %. الحركة الإلكترونية هي مواد البوليمر عادة ما تكون مواد لينة؛ ولكنها يمكن ان تنتج أيضا الانفعال في نطاق 1-10 ميغابسكال وذلك بسبب الإجهاد كبير القدرة.
وللمقارنة العامة للمواد الكهرضغطية وسبائك ذاكرة الشكل والحركة الإلكترونية ويظهر في البوليمرات، باعتبار مؤامرة من الانفعال القصوى المنتجة بواسطة هذه المادة على المحور الرأسي مقابل سلالة أقصى أنتاجها على المحور الافقي. السيراميك كهرضغطية تحتل عموما الجزء العلوي الأيسر من رسم بياني لأنها تنتج سلالة الصغيرة واجهاد كبير. من حيث الحركة الإلكترونية مواد البوليمر تحتل عموما الجزء السفلي الأيمن من الرسم البياني لأنها مواد كبيرة الإجهاد سلالة الصغيرة سبائك ذاكرة الشكل هي المواد التي تدفع ابعد إلى الجزء العلوى الأيمن من الرسم البياني.
ويرجع ذلك إلى حقيقه أنها يمكن ان تنتج اجهاد كبير وانفعال كبير في بعض التطبيقات؛ والمعلومات الأكثر اهمية للمواد هي امتلاك القدرة على إنتاج الإجهاد والانفعال في هذه التطبيقات فاننا نرى ان المواد التي تقع في الجزء العلوى الأيمن من الرسم البياني ستكون أكثر مرغوبة.
