Modelling of shape memory alloy components with application to a micro-actuator

The subject of this thesis is the study of Shape Memory Alloys (SMA), innovative materials increasingly used in important areas such as industrial,automotive and medical. These materials, due to their unique properties are attracting more interest in the micro-mechanical actuation. This thesis presents a possible modelling of the SMA behavior and it proposes a possible use of the material for the actuation of a needle micro-valve. The model proposed for the alloy is implemented in the Modelica language by using the OpenModelica translator and is subsequently validated through experimental data found in the literature. Then all the process design of the device and the implementation of its control are presented in detail. The results of some mass flow rate controls, acting in different operating conditions, are finally reported.

L'elaborato è orientato allo studio delle leghe a memoria di forma (SMA), materiali innovativi sempre più utilizzati in importanti settori come ad esempio quello industriale, quello automobilistico e medicale. Questi materiali, grazie alle loro uniche proprietà, stanno suscitando sempre maggiore interesse nel campo della micro-attuazione meccanica. Questa tesi presenta una possibile modellizzazione del comportamento delle leghe a memoria di forma e propone un possibile utilizzo del materiale per l'attuazione di una micro-valvola a spillo. Il modello proposto per il materiale sarà implementato sul software OpenModelica e verrà successivamente validato attraverso i dati sperimentali presenti in letteratura. Verrà poi presentato, in modo dettagliato, tutto il procedimento di progettazione del dispositivo e quindi l'implementazione del suo controllo. Verranno presentati i risultati di diversi controlli di portata massica in differenti condizioni di operatività.