CN103776697B - 新型磁控形状记忆合金多场耦合力学性能测试平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种新型磁控形状记忆合金多场耦合力学性能测试平台，包括底座；下固定工装、磁场产生组件、上固定工装、传感测量组件和外壳。该测试平台，包含的磁场产生组件中的铁芯为可调式，可根据合金的尺寸调整铁芯形成的第一间隙的大小，从而使其产生的磁场与合金更加匹配，提高实验测试的准确性。

Description

新型磁控形状记忆合金多场耦合力学性能测试平台

技术领域

本发明属于智能材料性能测试领域。具体涉及一种新型磁控形状记忆合金多场耦合力学性能测试平台。

背景技术

磁控记忆合金是一种新型的智能材料，因其具有动态响应速度快、变形率高、功率密度大且易于控制等优点，而在航空、航天、工程、医学、驱动器的感知和驱动等领域得到了广泛的应用。

为了更好的认识磁控形状记忆合金的特性，对磁控记忆合金的力学性能进行实验研究，具有重要的意义。目前使磁控记忆合金产生变形的途径是通过励磁线圈产生磁场实现，但现有的励磁线圈形成的间隙为不可调，不能根据磁控记忆合金的尺寸进行调整，从而影响实验测试结果。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，提供一种新型磁控形状记忆合金多场耦合力学性能测试平台，包含的磁场产生组件中的铁芯为可调式，可根据合金的尺寸调整铁芯形成的第一间隙的大小，从而使其产生的磁场与合金更加匹配，提高实验测试的准确性。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案为：

一种新型磁控形状记忆合金多场耦合力学性能测试平台，包括：

底座；下固定工装，所述的下固定工装包括设置于所述的底座上的下固定安装座及第一支座，所述的第一支座上设有与所述的下固定安装座间隙配合的孔一，所述的下固定安装座穿过所述的孔一；磁场产生组件，所述的磁场产生组件包括设置于所述的第一支座上的铁芯和缠绕在所述铁芯上的绕组，所述的铁芯包括固定铁芯与活动铁芯，所述的固定铁芯与活动铁芯之间形成第一间隙，所述的绕组包括偏置绕组和控制绕组，所述的偏置绕组缠绕在所述的固定铁芯上，所述的控制绕组缠绕在所述的活动铁芯上；上固定工装，所述的上固定工装包括上固定安装座及第二支座，所述的第二支座上设有与所述的上固定安装座间隙配合的孔二，所述的上固定安装座穿过所述的孔二，所述的第二支座设置于所述的铁芯上，所述的上固定安装座与下固定安装座设置于所述的固定铁芯与活动铁芯形成的第一间隙的两端；传感测量组件，所述的传感测量组件包括形变测量装置、磁场测量装置、力传感器及温度测量装置，所述的形变测量装置包括设置于所述第二支座上的微位移传感器和设置于所述上固定支座上的位移反馈件，所述的磁场测量装置为设置于所述的第一间隙所在的铁芯上的霍尔传感器，所述的力传感器设置于所述下固定安装座的下面，所述的温度测量装置为设置于所述的第一间隙所在的铁芯上的温度传感器；外壳，所述的外壳上设有供所述的上固定安装座穿过的孔三，所述的外壳设置于所述的底座上。

作为上述方案的优选，还包括压力加载装置，所述的压力加载装置包括气缸、电磁换向阀及压力可调的气源，所述的气缸的活塞与所述的上固定安装座的顶端相连，所述的电磁换向阀的一端与所述的气缸的无杆腔相连，所述的电磁换向阀的另一端与所述的压力可调的气源相连，所述的电磁换向阀具有使整个气路连通的第一状态及使整个气路断开的第二状态。

作为上述方案的优选，所述的固定铁芯与活动铁芯形成含有所述第一间隙的方形，所述的偏置绕组与控制绕组缠绕于所述的方形的无间隙的对边上，所述的固定铁芯与所述的活动铁芯在所述的方形的第三条无间隙的边上通过移动组件活动连接，所述的移动组件包括设置于所述的固定铁芯上的滑道和设置于所述的活动铁芯上与所述滑道相配合的滑块。

作为上述方案的优选，所述的移动组件还包括位移调整装置，所述的位移调整装置包括设置于所述固定铁芯上的具有镙孔的挡板和与所述的镙孔相配合的镙钉，所述的镙钉穿过所述的镙孔，所述镙钉上的非头端与所述的滑块相接触。

作为上述方案的优选，还包括水冷温控装置，所述的水冷温控装置为内设两端贯通的空腔的箱体结构，所述的固定铁芯与活动铁芯的非连接端穿过所述的空腔，所述的箱体结构的箱壁中设有流通管路、外壁上设有进口与出口，所述的进口、流通管路及出口相连通。

作为上述方案的优选，还包括限位装置，所述的限位装置包括限位块和第三支座，所述的第三支座上设有与所述的上固定安装座间隙配合的孔四，所述的上固定安装座穿过所述的孔四，所述的限位块设置于所述的上固定安装座上，包含有所述的限位块的固定安装座的端面的最大径向值大于所述的孔四的孔径。

作为上述方案的优选，所述的滑道为截面为T形的凹槽滑道，所述的滑块为与所述的T形凹槽相配合的T形滑块。

作为上述方案的优选，所述的外壳为隔磁材料，所述的底座、上固定工装、下固定工装及第三支座为非导磁材料。

作为上述方案的优选，所述的压力加载装置还包括压力表和溢流阀，所述的压力表设置于所述的气缸与电磁换向阀之间，所述的溢流阀设置于所述的压力可调的气源的一端，所述的电磁换向阀为二位二通电磁换向阀。

作为上述方案的优选，所述的上固定安装座的底部设置有第一凹槽，所述的下固定安装座的顶部设置有第二凹槽。

由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、通过上固定工装与下固定工装对合金进行固定，通过可调式铁芯调整固定铁芯与活动铁芯形成的第一间隙的大小，以使其更加适合合金的尺寸，通过传感测量组件来获得所需要测量的铁芯的温度、合金形变量、外载力的大小及磁场大小。

2、通过气压加载方式，使压力的可控性更强。

3、固定铁芯与活动铁芯通过滑道实现第一间隙的调节，该结构方便可靠。

4、通过位移调整装置中的镙钉推动活动铁芯在固定铁芯中的滑道中滑动来实现第一间隙的调节。

5、设有水冷温控装置，既可对铁芯进行降温，又可以通过控制箱体中流体介质的温度来调节铁芯的温度。

6、通过限位装置可以使合金恢复到原始形变。

7、通过T形凹槽与T形滑块实现固定铁芯与活动铁芯的滑动配合，使得配合牢固，不至于随意滑落。

8、外壳为隔磁材料，底座、上固定工装、下固定工装及第三支座为非导磁材料，减少外界对该测试平台的干扰。

9、压力加载装置中包括压力表和溢流阀，通过压力表测量气源的压力，通过溢流阀对整个气路起安全保护作用。

10、上固定安装座与下固定安装座上均设有凹槽，能将测试合金稳定地卡入上固定安装座与下固定安装座之间，防止其在实验过程中脱落。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种多复合场力下磁控记忆合金力学性能测试平台的爆炸结构示意图；

图2为图1各部分组合好后的结构示意图；

图3为加上加载装置后的测试平台的另一种结构示意图；

图4为磁场产生组件的结构示意图

图5为图4的A-A方向剖视图；

图6为水冷温控装置的立体结构示意图；

图7为水冷温控装置的一个剖视图。

其中，1、底座；2、静止顶杆；201、第二凹槽；3、第一支座；31、孔一；4、铁芯；41、固定铁芯；42、活动铁芯；5、绕组；51、偏置绕组；52、控制绕组；6、第一间隙；7、滑道；8、滑块；9、挡板；10、镙钉；11、活动顶杆；112、凸起；111、第一凹槽；12、第二支座；121、孔二；13、形变测量装置；131、微位移传感器；132、金属环；14、霍尔传感器；15、力传感器；16、温度传感器；17、限位块；18、第三支座；181、孔四；19、气缸；20、二位二通电磁换向阀；21、压力可调的气源；22、压力表；23、溢流阀；24、外壳；241、孔三；25、水冷温控装置；251、流通管路；252、进口；253、出口；26、磁控记忆合金；27、磁场

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、图2所示，本发明提供一种新型磁控形状记忆合金多场耦合力学性能测试平台，包括：

（1）底座1；

（2）下固定工装，所述的下固定工装包括设置于所述的底座上的下固定安装座2及第一支座3，所述的第一支座3上设有与所述的下固定安装座间隙配合的孔一31，所述的下固定安装座穿过所述的孔一，所述的下固定安装座2为静止顶杆，所述的静止顶杆的顶部设有第二凹槽201；

（3）磁场产生组件，所述的磁场产生组件包括设置于所述的第一支座上的铁芯4和缠绕在所述铁芯上的绕组5，所述的铁芯包括固定铁芯41与活动铁芯42，如图4所示，所述的固定铁芯41与活动铁芯42形成含有所述第一间隙6的方形，所述的绕组5包括偏置绕组51和控制绕组52，所述的偏置绕组51与控制绕组52缠绕于所述的方形的无间隙的对边上，即所述的偏置绕组51缠绕在所述的固定铁芯41上，所述的控制绕组52缠绕在所述的活动铁芯42上；所述的固定铁芯与所述的活动铁芯在所述的方形的第三条无间隙的边上通过移动组件活动连接，如图4所示，所述的移动组件包括设置于所述的固定铁芯上的滑道7、设置于所述的活动铁芯上与所述滑道相配合的滑块8和位移调整装置，如图5所示，所述的滑道为截面为T形的凹槽滑道，所述的滑块为与所述的T形凹槽相配合的T形滑块，所述的位移调整装置包括设置于所述固定铁芯上的具有镙孔的挡板9和与所述的镙孔相配合的镙钉10，所述的镙钉穿过所述的镙孔，所述镙钉10上的非头端与所述的滑块8相接触；

（4）上固定工装，所述的上固定工装包括上固定安装座11及第二支座12，所述的第二支座上设有与所述的上固定安装座间隙配合的孔二121，所述的上固定安装座穿过所述的孔二，所述的第二支座设置于所述的铁芯4上，所述的上固定安装座与下固定安装座设置于所述的固定铁芯与活动铁芯形成的第一间隙6的两端，所述的上固定安装座11为活动顶杆，所述的活动顶杆的底部设有第一凹槽111；

（5）传感测量组件，所述的传感测量组件包括形变测量装置13、磁场测量装置14、力传感器15及温度测量装置16，所述的形变测量装置13包括设置于所述第二支座上的微位移传感器131和设置于所述上固定安装座上的位移反馈件132，所述的位移反馈件为带有凹槽的金属环，所述的活动顶杆在径向方向上设有凸起112，所述的凸起112嵌入所述的金属环132的凹槽内将金属环132固定在活动顶杆上，所述的磁场测量装置14为设置于所述的第一间隙所在的铁芯上的霍尔传感器，所述的力传感器15设置于所述下固定安装座的下面，所述的温度测量装置16为设置于所述的第一间隙所在的铁芯上的温度传感器；

（6）限位装置，所述的限位装置包括限位块17和第三支座18，所述的第三支座上设有与所述的上固定安装座间隙配合的孔四181，所述的活动顶杆11穿过所述的孔四181，所述的限位块设置于所述的活动顶杆上、与所述的第三支座相隔一定的距离H，包含有所述的限位块的固定安装座的端面的最大径向值大于所述的孔四的孔径；

（7）外壳24，所述的外壳上设有供所述的第三支座18的孔三241，所述的外壳设置于所述的底座上。

本发明提供的一种新型磁控形状记忆合金多场耦合力学性能测试平台，测试时，将磁控记忆合金26的两端分别放入静止顶杆的第二凹槽201和活动顶杆的第一凹槽111中进行固定，然后根据该磁控记忆合金26的尺寸通过旋转镙钉10推动活动铁芯上的滑块8在滑道7内滑动来调整第一间隙6的宽度，通入电源使磁场产生组件产生磁场27，此时磁控记忆合金26发生伸长的变形a，同时在活动顶杆11的顶端给一个压力P，通过传感测量组件获得该磁场和压力作用下的铁芯的温度、合金形变量、外载力的大小及磁场大小。当记录下该次实验的数据后，若欲恢复该磁控记忆合金的形变，在该限位块17与第三支座18之间设置一个具有上述一定距离H厚度的垫片，然后在活动顶杆11的顶端给一个压力，该磁控记忆合金便向下收缩，由于限位装置的作用，垫片会限制限位块17下降的高度，使磁控记忆合金恢复形变a后回复到原始尺寸，该装置操作简便，测量精准。

作为上述方案的优选，所述的外壳为隔磁材料，所述的底座、上固定工装、下固定工装及第三支座为非导磁材料，减少外界对该测试平台的干扰。

如图3所示，作为另一个实施例，本发明提供的一种多复合场力下磁控记忆合金力学性能测试平台还包括压力加载装置，所述的压力加载装置包括气缸19、二位二通电磁换向阀20、压力可调的气源21、压力表22和溢流阀23，所述的气缸19的活塞与所述的活动顶杆11的顶端相连，所述的二位二通电磁换向阀20的一端与所述的气缸19的无杆腔相连，所述的二位二通电磁换向阀20的另一端与所述的压力可调的气源21相连，所述的二位二通电磁换向阀20具有使整个气路连通的第一状态及使整个气路断开的第二状态，所述的压力表22设置于所述的气缸与电磁换向阀之间，所述的溢流阀23设置于所述的压力可调的气源的一端。通过气压加载方式，使压力的可控性更强。

如图6和图7所示，优选地，本发明提供的一种多复合场力下磁控记忆合金力学性能测试平台还包括水冷温控装置25，所述的水冷温控装置为内设两端贯通的空腔的箱体结构，所述的固定铁芯与活动铁芯的非连接端穿过所述的空腔，所述的箱体结构的箱壁中设有流通管路251、外壁上设有进口252与出口253，所述的进口、流通管路及出口相连通。可根据需要设置多条流通管路，根据实验的需要，向进口通入适宜温度的水，水经过流通管路后在箱体结构上分布均匀进行温度调节，然后通过出口流出。设有水冷温控装置，既可对铁芯进行降温，又可以通过控制箱体中流体介质的温度来调节铁芯的温度。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种新型磁控形状记忆合金多场耦合力学性能测试平台，其特征在于，包括：底座；

下固定工装，所述的下固定工装包括设置于所述的底座上的下固定安装座及第一支座，所述的第一支座上设有与所述的下固定安装座间隙配合的孔一，所述的下固定安装座穿过所述的孔一；

磁场产生组件，所述的磁场产生组件包括设置于所述的第一支座上的铁芯和缠绕在所述铁芯上的绕组，所述的铁芯包括固定铁芯与活动铁芯，所述的固定铁芯与活动铁芯之间形成第一间隙，所述的绕组包括偏置绕组和控制绕组，所述的偏置绕组缠绕在所述的固定铁芯上，所述的控制绕组缠绕在所述的活动铁芯上；

上固定工装，所述的上固定工装包括上固定安装座及第二支座，所述的第二支座上设有与所述的上固定安装座间隙配合的孔二，所述的上固定安装座穿过所述的孔二，所述的第二支座设置于所述的铁芯上，所述的上固定安装座与下固定安装座设置于所述的固定铁芯与活动铁芯形成的第一间隙的两端；

传感测量组件，所述的传感测量组件包括形变测量装置、磁场测量装置、力传感器及温度测量装置，所述的形变测量装置包括设置于所述第二支座上的微位移传感器和设置于所述上固定安装座上的位移反馈件，所述的磁场测量装置为设置于所述的第一间隙所在的铁芯上的霍尔传感器，所述的力传感器设置于所述下固定安装座的下面，所述的温度测量装置为设置于所述的第一间隙所在的铁芯上的温度传感器；

外壳，所述的外壳上设有供所述的上固定安装座穿过的孔三，所述的外壳设置于所述的底座上。

2.根据权利要求1所述的新型磁控形状记忆合金多场耦合力学性能测试平台，其特征在于，还包括压力加载装置，所述的压力加载装置包括气缸、电磁换向阀及压力可调的气源，所述的气缸的活塞与所述的上固定安装座的顶端相连，所述的电磁换向阀的一端与所述的气缸的无杆腔相连，所述的电磁换向阀的另一端与所述的压力可调的气源相连，所述的电磁换向阀具有使整个气路连通的第一状态及使整个气路断开的第二状态。

3.根据权利要求1或2所述的新型磁控形状记忆合金多场耦合力学性能测试平台，其特征在于，所述的固定铁芯与活动铁芯形成含有所述第一间隙的方形，所述的偏置绕组与控制绕组缠绕于所述的方形的无间隙的对边上，所述的固定铁芯与所述的活动铁芯在所述的方形的第三条无间隙的边上通过移动组件活动连接，所述的移动组件包括设置于所述的固定铁芯上的滑道和设置于所述的活动铁芯上与所述滑道相配合的滑块。

4.根据权利要求3所述的新型磁控形状记忆合金多场耦合力学性能测试平台，其特征在于，所述的移动组件还包括位移调整装置，所述的位移调整装置包括设置于所述固定铁芯上的具有镙孔的挡板和与所述的镙孔相配合的镙钉，所述的镙钉穿过所述的镙孔，所述镙钉上的非头端与所述的滑块相接触。

5.根据权利要求3所述的新型磁控形状记忆合金多场耦合力学性能测试平台，其特征在于，还包括水冷温控装置，所述的水冷温控装置为内设两端贯通的空腔的箱体结构，所述的固定铁芯与活动铁芯的非连接端穿过所述的空腔，所述的箱体结构的箱壁中设有流通管路、外壁上设有进口与出口，所述的进口、流通管路及出口相连通。

6.根据权利要求1或2所述的新型磁控形状记忆合金多场耦合力学性能测试平台，其特征在于，还包括限位装置，所述的限位装置包括限位块和第三支座，所述的第三支座上设有与所述的上固定安装座间隙配合的孔四，所述的上固定安装座穿过所述的孔四，所述的限位块设置于所述的上固定安装座上，包含有所述的限位块的固定安装座的端面的最大径向值大于所述的孔四的孔径。

7.根据权利要求4所述的新型磁控形状记忆合金多场耦合力学性能测试平台，其特征在于，所述的滑道为截面为T形的凹槽滑道，所述的滑块为与所述的T形凹槽相配合的T形滑块。

8.根据权利要求6所述的新型磁控形状记忆合金多场耦合力学性能测试平台，其特征在于，所述的外壳为隔磁材料，所述的底座、上固定工装、下固定工装及第三支座为非导磁材料。

9.根据权利要求2所述的新型磁控形状记忆合金多场耦合力学性能测试平台，其特征在于，所述的压力加载装置还包括压力表和溢流阀，所述的压力表设置于所述的气缸与电磁换向阀之间，所述的溢流阀设置于所述的压力可调的气源的一端，所述的电磁换向阀为二位二通电磁换向阀。

10.根据权利要求1所述的新型磁控形状记忆合金多场耦合力学性能测试平台，其特征在于，所述的上固定安装座的底部设置有第一凹槽，所述的下固定安装座的顶部设置有第二凹槽。