Preliminary design of a shape memory alloy damper for a spaceborne microbalance

In this work preliminary design of a damper using the effect of superelastic response of shape memory alloys (SMAs) has been performed in order to develop a passive vibration insulator for CAM instrument, a quartz crystal microbalance for thermo-gravimetric measurements in space applications. The ability of SMAs to act as efficient vibration damper comes from their pseudo-elastic capabilities as the hysteretic force versus displacement behavior allows for energy dissipation. A 3D model of the instrument was developed to perform modal and dynamic random analyses to derive insulator mechanical characteristics and verify the instrument mechanical resistance. Moreover, a setup has been designed to measure superelastic damping capacity (SDC) of a commercial pseudoelastic shape memory alloy wire in dynamic tensile test. Wire SDC has been tested in different conditions, changing excitation frequency, amplitude of the deformation and pre-strain deformation in a range of interest to validate the usage of the selected SMA wire.

In questo lavoro si presenta la progettazione preliminare di uno smorzatore basato sull’utilizzo di materiale a memoria di forma con l’obiettivo di ridurre i livelli di vibrazione durante le fasi di lancio per una microbilancia al quarzo utilizzata in ambito spaziale. Si è sviluppato un modello ad elementi finiti dello strumento con l’obiettivo di valutare il comportamento dinamico e la resistenza meccanica dello stesso al variare delle caratteristiche meccaniche della sospensione. A valle della fase di modellazione, si è progettato un setup di misura per ricavare il fattore di perdita di un filo a memoria di forma, selezionato per lo sviluppo dello smorzatore. Il filo è stato caratterizzato in differenti condizioni operative ovvero, variando la frequenza di deformazione, l’ampiezza e il valore medio di deformazione.