CN106525566A - 一种形状记忆合金热‑力耦合多轴循环变形实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种形状记忆合金热‑力耦合多轴循环变形实验装置，包括MTS试验机和与其连接的MTS控制器；还包括光测应变测量装置，光测应变测量装置连接MTS控制器；还包括第一温度控制器和用于测量MTS试验机测试试样温度的温度传感器；第一温度控制器连接到MTS控制器；还包括直流加热电源，其正负极连接MTS试验机测试试样两端；直流加热电源和MTS试验机测试试样之间设置有第一继电器，第一继电器还连接到第一温度控制器；还设置有降温模块，降温模块连接到第一温度控制器；第一温度控制器同时连接温度传感器和控制装置；MTS控制器连接控制装置；本发明有效保证试样的完整性，并且可以同步采集需要的数据。
Description
技术领域
本发明涉及形状记忆合金性能测试领域，具体涉及一种形状记忆合金热-力耦合多轴循环变形实验装置。
背景技术
随着科学的进步，航空航天、生物工程、微电子等高技术领域正在进行飞速发展；人们对材料性能的要求也越来越高，传统的结构材料已经不能满足科学发展的需要；所以很多具有特殊功能的材料应运而生，形状记忆合金因其良好的生物相容性，轻质耐磨以及特有的形状记忆特性使其广泛应用于机械、医疗、航空和汽车等行业；其中形状记忆效应是该合金广泛应用的主要变形特性，即具有应力诱发马氏体相变的热弹性体，在特定温度下经历某种程度的变形后固定于另一种形态，随后加热并超过马氏体相变温度时，材料能完全恢复到变形前的形态；在形状记忆合金进行服役过程中，必将经历如上所述的循环加载-卸载-升温-降温-加载的复杂形状记忆过程；而且在此过程中，材料必然会产生形状记忆的劣化效应，伴随着材料的结构疲劳和功能疲劳失效；同时，在形状记忆效应发生时，需要温度作为其相变的驱动力；可见形状记忆过程是典型的热-力耦合作用过程，其疲劳失效行为是典型的热-力耦合过程。
由于进行疲劳试验所需时间较长，且马氏体相变是瞬时发生的，现有的实验方法，如传统环境箱加热方法，采用箱内温度的变化来进行热传导和热辐射加热会导致加热试样内外温度不均，导致相变的不均匀，影响实验结果；环境箱的密封特性阻碍了对马氏体相变带的原位观测，同时由于环境箱所限，该升温和降温方式十分缓慢，对于疲劳试验来说周期过长，无法开展形状记忆合金的疲劳失效行为研究；在形状记忆试验过程中，需要获取其中的温度信号，存在获取数据时间不同步的问题；同时，对于形状记忆合金的热力耦合疲劳试验，由于需要不同的温度-时间加载情况，传统的加热装置无法获得试样表面的应变场演化，无法捕捉相变带的演化。
发明内容
本发明提供一种能够同步采集力、温度和应变的形状记忆合金热-力耦合多轴循环变形实验装置。
本发明采用的技术方案是：一种形状记忆合金热-力耦合多轴循环变形实验装置，包括MTS试验机和与其连接的MTS控制器；还包括设置在MTS试验机测试试样对应位置的光测应变测量装置，光测应变测量装置连接MTS控制器；还包括第一温度控制器和用于测量MTS试验机测试试样温度的温度传感器；温度传感器通过变送器连接到MTS控制器；还包括直流加热电源，其正负极连接MTS试验机测试试样两端；直流加热电源和MTS试验机测试试样之间设置有第一继电器，第一继电器还连接到第一温度控制器；MTS试验机测试试样对应位置还设置有降温模块，降温模块连接到第一温度控制器；第一温度控制器同时连接温度传感器和控制装置；MTS控制器连接控制装置。
进一步的，所述降温模块包括依次连接的降温装置、降温装置开关、第二继电器和第二温度控制器，第二温度控制器连接到温度传感器。
进一步的，所述降温模块还包括通过降温装置开关连接降温装置的第三继电器，第三继电器还连接到用于为降温装置供电的电源。
进一步的，所述MTS试验机测试试样通过绝缘夹持装置连接MTS试验机的夹头。
进一步的，所述绝缘夹持装置包括分别设置在MTS试验机测试试样两端的两个结构相同金属夹具和设置在金属夹具外的绝缘套管。
进一步的，所述温度传感器通过变送器连接到MTS控制器。
进一步的，所述温度传感器为K型温度传感器或非接触式传感器。
进一步的，所述绝缘套管采用聚碳酸酯制备。
本发明的有益效果是：
（1）本发明能够同步采集试验过程中的力、温度和应变的数据；
（2）本发明采用光测应变测量装置能够准确的测出试样的应变大小和相变带演化，同时保证试样的完整性，提高试验结果的精度；
（3）本发明通过温度传感器能够实时采集温度，通过直流加热电源和降温模块实现对温度的实时控制。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明试样和绝缘夹持装置的装配示意图。
图3为本发明温度控制程序运行图。
图中：1-MTS试验机，2-光测应变测量装置，3-MTS试验机测试试样，4-降温装置开关，5-MTS控制器，6-变送器，7-第二温度控制器，8-第二继电器，9-降温装置，10-第三继电器，11-直流加热电源，12-控制装置，13-第一继电器，14-第一温度控制器，15电源，16-金属夹具，17-绝缘套管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
如图1、2所示，一种形状记忆合金热-力耦合多轴循环变形实验装置，包括MTS试验机1和与其连接的MTS控制器5；还包括设置在MTS试验机测试试样3对应位置的光测应变测量装置2，光测应变测量装置2连接MTS控制器5；还包括第一温度控制器14和用于测量MTS试验机测试试样3温度的温度传感器；温度传感器通过变送器6连接到MTS控制器5；还包括直流加热电源11，其正负极连接MTS试验机测试试样3两端；直流加热电源11和MTS试验机测试试样3之间设置有第一继电器13，第一继电器13还连接到第一温度控制器14；MTS试验机测试试样3对应位置还设置有降温模块，降温模块连接到第一温度控制器14；第一温度控制器14同时连接温度传感器和控制装置12；MTS控制器5连接控制装置12。
使用时，将各组件进行组装，将低电阻率导线插入试样两端，温度传感器采用K型温度传感器，将其缠绕在试样表面，保证其尖端贴于试样表面，然后将试样放入MTS试验机1的试验夹头中；试样采用空心薄壁形状记忆合金微管，直流加热电源的正负极连接试样的两端；控制装置12和MTS控制器5控制试样的轴向和扭转方向加载以及应力、应变数据的采集；温度传感器用于测量试样的即时温度，温度信号通过第一温度控制器14输入MTS控制器5；第一温度控制器14控制直流加热电源14的通断，第二温度控制器7控制电源15的通断，使试样保持在设定的温度；同时通过MTS扭矩装置及其传感器进行多轴加载和数据采集，获得力与温度的相关数据；第一温度控制器14通过控制装置12进行串口通信控制，通过程序可控制在特定时间内的目标温度，通过降温装置9和直流加热电源14将试样温度控制到MTS控制器5的目标值。
本发明装置可以进行形状记忆合金在不同温度下的多轴循环变形行为实验，亦可实现形状记忆合金热-力耦合实验；MTS试验机1测试试样为空心薄壁形状记忆合金微管；直流加热电源14正负极接在MTS试验机测试试样3的两端；降温模块控制MTS试验机测试试样3的温度；温度传感器将温度信号输入MTS控制器5；第一温度控制器14控制直流加热电源14，第二温度控制器7保证在其设定温度下的降温速率，从而达到温度的实时控制；即在温度低于第二温度控制器7的设定温度时，降温模块才会工作；本发明装置通过MTS试验机1的拉扭装置进行多轴加载和数据采集获得力的相关数据；通过温度传感器获得温度的相关数据，通过光测应变测量装置2获得应变及相变带的数据，可以准确的测出试样的应变大小和相变带演化，同时保证试样的完整性，提高了实验结果的精度。
进一步的，所述降温模块包括依次连接的降温装置9、降温装置开关4、第二继电器8和第二温度控制器7，第二温度控制器7连接到温度传感器；降温装置开关4控制降温装置4的输出功率，从而调整其降温速度，达到更好的降温效果；第二温度控制器7控制降温装置9的工作，控制试样的温度。
进一步的，所述降温模块还包括通过降温装置开关4连接降温装置9的第三继电器10，第三继电器13还连接到用于为降温装置9供电的电源15。
进一步的，所述MTS试验机测试试样3通过绝缘夹持装置连接MTS试验机的夹头。
进一步的，所述绝缘夹持装置包括分别设置在MTS试验机测试试样3两端的两个结构相同金属夹具16和设置在金属夹具16外的绝缘套管17。
进一步的，所述温度传感器通过变送器6连接到MTS控制器5。
进一步的，所述温度传感器为K型温度传感器或非接触式传感器；保证其可用于不同条件下的温度测量。
进一步的，所述绝缘套管17采用聚碳酸酯制备；聚碳酸酯有良好的强度、刚度及绝缘性，绝缘套管17设置在金属夹具16的外部，由于试验机夹头有很大的夹持力，故该金属夹具16不会产生滑移。
温度控制装置根据设定好的温度-时间路径对试样进行升降温，MTS试验机1在MTS控制器5的控制下按加载路径对MTS试验机测试试样3进行多轴加载，同时光测应变测量装置2对实验过程中MTS试验机测试试样3表面进行拍照，根据拍摄的照片得到实验过程中MTS试验机测试试样3表面的全场轴向和扭向的应变响应；本发明可以摆脱环境箱升降温速率慢等缺点，有效地控制试样的温度，实现对该合金热-力耦合循环变形行为的研究；同时，光测应变测量装置2能够得到试样表面的三维全场应变响应，应变的测量为非接触式的，有效的保证了试样表面的完整性，MTS控制器5通过变送器6连接温度传感器和光测应变测量装置2，达到数据同步采集的目的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种形状记忆合金热-力耦合多轴循环变形实验装置，其特征在于：包括MTS试验机(1)和与其连接的MTS控制器(5)；还包括设置在MTS试验机测试试样(3)对应位置的光测应变测量装置(2)，光测应变测量装置(2)连接MTS控制器(5)；还包括第一温度控制器(14)和用于测量MTS试验机测试试样(3)温度的温度传感器；温度传感器通过变送器(6)连接到MTS控制器(5)；还包括直流加热电源(11)，其正负极连接MTS试验机测试试样(3)两端；直流加热电源(11)和MTS试验机测试试样(3)之间设置有第一继电器(13)，第一继电器(13)还连接到第一温度控制器(14)；MTS试验机测试试样(3)对应位置还设置有降温模块，降温模块连接到第一温度控制器(14)；第一温度控制器(14)同时连接温度传感器和控制装置(12)；MTS控制器(5)连接控制装置(12)。
2.根据权利要求1所述的一种形状记忆合金热-力耦合多轴循环变形实验装置，其特征在于：所述降温模块包括依次连接的降温装置(9)、降温装置开关(4)、第二继电器(8)和第二温度控制器(7)，第二温度控制器(7)连接到温度传感器。
3.根据权利要求1所述的一种形状记忆合金热-力耦合多轴循环变形实验装置，其特征在于：所述降温模块还包括通过降温装置开关(4)连接降温装置(9)的第三继电器(10)，第三继电器(13)还连接到用于为降温装置(9)供电的电源(15)。
4.根据权利要求1所述的一种形状记忆合金热-力耦合多轴循环变形实验装置，其特征在于：所述MTS试验机测试试样(3)通过绝缘夹持装置连接MTS试验机的夹头。
5.根据权利要求4所述的一种形状记忆合金热-力耦合多轴循环变形实验装置，其特征在于：所述绝缘夹持装置包括分别设置在MTS试验机测试试样(3)两端的两个结构相同金属夹具(16)和设置在金属夹具(16)外的绝缘套管(17)。
6.根据权利要求1所述的一种形状记忆合金热-力耦合多轴循环变形实验装置，其特征在于：所述温度传感器通过变送器(6)连接到MTS控制器(5)。
7.根据权利要求1所述的一种形状记忆合金热-力耦合多轴循环变形实验装置，其特征在于：所述温度传感器为K型温度传感器或非接触式传感器。
8.根据权利要求5所述的一种形状记忆合金热-力耦合多轴循环变形实验装置，其特征在于：所述绝缘套管(17)采用聚碳酸酯制备。
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