Modeling of composite corrugated laminate and shape memory alloy in COMSOL

Shape Memory Alloys (SMAs) have the ability of changing their shape, size, stiffness, among other properties, through the imposition of electrical, electromagnetic, temperature or stress fields. The use of SMAs in actuators offers the opportunity to develop robust, simple, and lightweight elements. NiTi-based wires represent a solution for such type of shape memory actuators. One application of such type of actuators is the morphing wing. Among the different configurations that can be chosen to realize a morphing surface, here the use of two corrugated laminates coupled to obtain a skin with closed cells is analyzed. Morphing is obtained by measn of SMA wires embedded at the interface between the two laminates. To reach that end, the composite corrugated laminate is modeled using COMSOL and a structural analysis is performed. Through joule heating, the SMA wires contract, deforming the corrugated assembly depending on its stiffness and mechanical properties. SMA wire is therefore modeled in COMSOL using a comprehensive mechanical and thermodynamics model.

Le Shape Memory Alloys (SMA) hanno la capacità di cambiare forma, dimensione, rigidità, tra le altre proprietà, attraverso l'imposizione di campi elettrici, elettromagnetici, di temperatura o di stress. L'uso di SMA negli attuatori offre l'opportunità di sviluppare elementi robusti, semplici e leggeri. I fili basati su NiTi rappresentano una soluzione per questo tipo di attuatori a memoria di forma. Un'applicazione di questo tipo di attuatori è l'ala di morphing. Tra le diverse configurazioni che possono essere scelte per realizzare una superficie di morphing, qui viene analizzato l'uso di due laminati corrugati accoppiati per ottenere una pelle a cellule chiuse. Il morphing è ottenuto mediante la misurazione di fili SMA incorporati nell'interfaccia tra i due laminati. Per raggiungere tale scopo, il laminato composito corrugato viene modellato utilizzando COMSOL e viene eseguita un'analisi strutturale. Attraverso il riscaldamento del joule, i fili SMA si contraggono, deformando il gruppo corrugato in base alla rigidità e alle proprietà meccaniche. Il filo SMA è quindi modellato in COMSOL utilizzando un modello completo di meccanica e termodinamica.