형상기억합금의 양방향 형상기억효과를 이용한 작동 특성 연구

Abstract

일반적으로 분리형 기계장치는 폭약에 의해 장력 부재를 절단함으로써, 분리 또는 전개를 성공적으로 수행하는 기술이 보편적으로 사용되어 왔다. 그러나 이러한 기술은 필연적으로 높은 취급 안전성을 요구하며, 폭발시의 높은 충격과 점화시 가스와 같은 오염원을 유발한다. 따라서 차세대 분리장치는 충격이 거의 없어야 하고 동시성, 즉 짧은 분리시간을 유지해야하며 기존에 사용되고 있는 기계 및 전기 시스템에 적합해야 한다. 여러 소재 중 형상기억합금은 간단하게 작동하면서 큰 힘을 낼 수 있기 때문에 작동기나 기폭장치 형태로 비폭발식 분리장치가 많이 개발되어왔다. 그러나 90년대 초반부터 지금까지 연구된 형상기억합금을 이용한 비폭발식 분리형 기계장치는 모두 형상기억합금의 일방향 회복력을 이용한 것이었다. 이것은 형상기억합금 작동기에 큰 변형을 일으킨 다음 양 끝 변위를 구속시킨 후 열을 가하여 발생하는 회복력을 이용하여 구속 장치를 분리시키는 것이다. 그러나 형상기억합금은 하중을 가할 때 마다 소성변형이 발생하게 되고 이러한 소성변형이 반복적으로 쌓이게 되어 정확한 회복력을 발생시킬 수가 없게 되어 신뢰성이 떨어지며 매번 압축하중을 가해주어야만 하는 단점을 갖고 있다. 하지만 소성변형에 의해 발생되는 양방향 효과를 이용한다면 하중을 가해야 하는 과정이 없고 간단한 열 사이클만을 통해 작동기를 운영할 수 있는 장점을 가지고 있다. 본 논문에서는 형상기억합금의 압축 실험을 통해 인장과 압축의 비대칭성 거동을 확인하고 실제 작동기 형상의 튜브형 형상기억합금을 제작하여 양방향 형상기억효과에 의한 양방향 변형률을 정량적으로 측정한 후 양방향 회복력을 이용한 형상기억합금 작동기의 가능성을 제안하고자 한다.