CN113340735A - 一种超弹记忆合金丝自感知弹性能量存储与弹射释放测试装置 - Google Patents

一种超弹记忆合金丝自感知弹性能量存储与弹射释放测试装置 Download PDF

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Abstract

本发明公布了一种超弹记忆合金丝自感知弹性能量存储与弹射释放测试装置，主要由底板、龙门立板、滑台立板、电子尺支架、上横梁、下横梁、激光传感器支架、导管、靶标泡沫板、滑台、步进电机、力传感器、电磁铁、夹紧螺栓、激光传感器、弹簧自复位电子尺、电阻信号调理器、弹射体组成。本装置中，超弹记忆合金丝固定在两线夹具之间，电磁铁通电将弹射体吸合夹紧超弹记忆合金丝，步进电机驱动滑台下移对超弹记忆合金丝储能，检测超弹记忆合金丝的电阻、力、位移，达到预设值电磁铁断电将弹射体弹射到靶标泡沫板，同时激光传感器检测射出速度。该装置可研究超弹记忆合金丝线径、长度、负载、初始形态等因素对自身储能弹射和电阻自感知的影响规律。

Description

一种超弹记忆合金丝自感知弹性能量存储与弹射释放测试 装置
技术领域
本发明属于超弹记忆合金丝超弹性自感知测试领域，尤其涉及一种超弹记忆合金丝自感知弹性能量存储与弹射释放测试的装置。
背景技术
形状记忆合金是一种集感知与驱动于一体的新型智能材料，主要具有形状记忆特性和超弹性两大特性。其中，形状记忆效应是指形状记忆合金在低温下产生塑性变形，由一种形状转变成另一种形状后，通过加热到某一临界温度以上又恢复成初始形状的特性；超弹性是指在温度不变时，处于奥氏体状态的形状记忆合金在外力作用下，奥氏体向去孪晶马氏体转变，通过两相之间的相变，由微观结构改变导致宏观尺寸变化，卸载后，去孪晶马氏体逆相变为奥氏体，恢复到初始形状，其变形恢复程度远高于一般金属。此外，形状记忆合金具备自感知功能，根据形状记忆合金电阻与应变的关系，无需外界传感器仅通过测量电阻值就可判断应变情况。利用超弹性，形状记忆合金可充当储能元件。超弹性记忆合金丝的超弹性与自感知具有重要的应用研究价值，其优越的性能在各个领域广泛应用。但现有的超弹记忆合金丝的自感知弹性能量存储与释放的研究较少，缺乏对其储能与释放性能的测试装置，无法对不同线径、长短、负载、初始形态的超弹记忆合金丝开展完整的测试。
综上所述，形状记忆合金丝自感知和超弹性能量存储与释放性能迫切需要一种超弹记忆合金丝自感知弹性能量存储与弹射释放测试装置，可以对不同线径、长度、负载、初始形态的超弹记忆合金丝进行自感知储能弹射测试。设计开发出一种超弹记忆合金丝自感知弹性能量存储与弹射释放测试装置，实际目的在于研究超弹记忆合金丝的储能弹射比，利用超弹记忆合金丝电阻应变特性精准储能释放，在生产制造、生物医疗、航空航天、军事领域需要特定弹射能的场合，具有重要意义与实际应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超弹记忆合金丝自感知弹性能量存储与弹射释放测试装置，可以实现对超弹记忆合金丝在不同线径、不同长度、不同负载、不同初始形态下的自感知储能弹射测试。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种超弹记忆合金丝自感知弹性能量存储与弹射释放测试装置，主要由支撑系统、夹持系统、加载系统、测量系统组成。
所述的支撑系统中，为避免力传感器产生附加弯曲应力，采用竖直向上的弹射方式，支撑系统采用龙门结构。龙门立板连接在底座上，上横梁安装在龙门立板上端，下横梁安装在龙门立板中间位置，增加测试装置的稳定性。上横梁中间有方形孔，上端通过靶标泡沫板夹具固定靶标泡沫板，上横梁侧面连接固定有导管的导管夹具。滑台立板前侧安装滑台，后侧安装各个电器元件，作电器挂板使用。激光传感器支架连接在龙门立板上，调节安装位置使激光传感器与弹射体圆周黑白等宽相间的条纹带上端刚好重合，电子尺支架连接在滑台立板下端随其移动，弹簧自复位电子尺安装在力传感器连接板下端。装置安装时使导管，弹射体，电磁铁，力传感器，弹簧自复位电子尺同轴。
所述的夹持系统中，夹紧螺栓螺纹末端有一通孔，可通过垫片将超弹记忆合金丝夹在通孔中间，夹紧螺栓通过夹紧螺母固定在电木连接块上，电木连接块连接在连接架上，电木连接块使超弹记忆合金丝和连接架绝缘，连接架上端有等距的螺纹孔，可通过调节电木连接块位置改变超弹记忆合金丝的长度，连接架末端有两个螺纹孔，通过改变其在龙门立板上的连接高度实现超弹记忆合金丝一字型和U型两种测试模式。
所述的加载系统与测量系统中，弹射体末端的凹槽，可将超弹记忆合金丝夹在其中，继电器控制电磁铁通电，将放置在导管的弹射体吸合，电磁铁连接在力传感器上端，力传感器通过力传感器连接板连接在滑台上，驱动器控制步进电机驱动滑台移动，通过弹簧自复位电子尺测量并反馈控制位移量，力传感器通过变送器输出信号，超弹记忆合金丝两固定端连接电阻信号调理器，实时输出电阻信号。当负载达到预设值时滑台停止移动，电磁铁断电，在超弹记忆合金丝张力作用下弹射体沿导管弹射到靶标泡沫板，弹射体弹射时激光传感器通过检测黑白条纹变化测出弹射体射出速度，通过观察靶标泡沫板破损情况，间接测得超弹记忆合金丝弹射能量大小。
本发明的优势在于：可研究不同超弹记忆合金丝线径、长短、负载、初始形态的储能弹射特性，对超弹形状记忆合金丝的循环性能测试，同时可研究自感知与超弹性储能释放的规律，该装置安装、拆卸、更换方便，各组成模块的相对位置关系明确。
附图说明
图1为本发明整体结构一字型模式前轴测图
图2为本发明整体结构后轴测图
图3为本发明整体结构U型模式前轴测图
图4为本发明支撑系统轴侧图
图5为本发明上横梁轴测图
图6为本发明一字型模式夹持系统轴测图
图7为本发明U型模式夹持系统轴测图
图8为本发明加载系统轴测图
图9为本发明电器件轴测图
图10为本发明测试流程示意图
其中：101、底板；102、龙门立板；103、滑台立板；104、电子尺支架；105、下横梁；106、激光传感器支架；107、导管；108、导管夹具；109、上横梁；1010、靶标泡沫板夹具；1011、靶标泡沫板；201、连接架；202、电木连接块；203、夹紧螺栓；204、超弹记忆合金丝；205、夹紧螺母；206、垫片；301、步进电机；302、滑台；303、力传感器连接板；304、力传感器；305、电磁铁；306、弹射体；401、步进电机驱动器；402、信号转换模组；403、电阻信号调理器；404、继电器；405、变送器；406、弹簧自复位电子尺；407、激光传感器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行进一步说明：
参考附图1-10，本装置为一种超弹记忆合金丝自感知弹性能量存储与弹射释放测试装置。由底板(101)、龙门立板(102)、滑台立板(103)、上横梁(109)、下横梁(105)、激光传感器支架(106)、电子尺支架(104)、靶标泡沫板(1011)、靶标泡沫板夹具(1010)、导管(107)、导管夹具(108)、连接架(201)、电木连接块(202)、夹紧螺栓(203)、夹紧螺母(205)、步进电机(301)、步进电机驱动器(401)、滑台(302)、力传感器连接板(303)、电磁铁(305)、继电器(404)、弹射体(306)、电阻信号调理器(403)、弹簧自复位电子尺(406)、力传感器(304)、变送器(405)、信号转换模组(402)、激光传感器(407)、超弹记忆合金丝(204)、垫片(206)组成。主要可分为支撑系统、夹持系统、加载系统、测量系统四部分。
参考附图1、6、10，在对一字型模式超弹记忆合金丝(204)进行自感知储能弹射测试时，超弹记忆合金丝(204)穿过夹紧螺栓(203)上的通孔，利用夹紧螺栓(203)、垫片(206)和夹紧螺母(205)固定在电木连接块(202)上，电木连接块(202)通过螺栓固定在连接架(201)上，利用电木连接块(202)的绝缘特性使超弹记忆合金丝(204)与连接架(201)绝缘，方便电阻信号调理器(403)采集电阻信号，超弹记忆合金丝(204)两固定端连接电阻信号调理器(403)，连接架(201)上端有用于固定电木连接块(202)的等距螺纹孔，通过改变电木连接块(202)在连接架(201)上的安装位置调节被测超弹记忆合金丝(204)的长度，两连接架(201)分别安装在两侧龙门立板(102)上，根据调节连接架(201)在龙门立板(102)上的安装孔位调节安装高度。通过步进电机驱动器(401)控制步进电机(301)驱动滑台(302)移动，使电磁铁(305)上端恰好与一字型模式超弹记忆合金丝(204)接触，调节导管(107)和导管夹具(108)的安装位置和方向，使弹射体(306)在超弹记忆合金丝(204)拉伸到最远处时不会脱离导管(107)，激光传感器(407)通过激光传感器支架(106)固定在龙门立板(102)上，调节前后两侧激光传感器支架(106)位置，在初始状态时激光照射在弹射体(306)周围黑白等距相间的条纹带顶端。电磁铁(305)与力传感器(304)连接，力传感器(304)通过力传感器连接板(303)固定在滑台(302)上，弹簧自复位电子尺(406)通过电子尺支架(104)连接在滑台立板(103)上，且使弹簧自复位电子尺(406)与力传感器(304)、电磁铁(305)、弹射体(306)、导管(107)同一轴线，在继电器(404)控制作用下使电磁铁(305)通电将弹射体(306)吸合，超弹记忆合金丝(204)被夹在电磁铁(305)与弹射体(306)末端凹槽内，根据预设值驱动滑台(302)移动，对超弹记忆合金丝(204)加载，利用弹簧自复位电子尺(406)反馈控制滑台(302)位移，变送器(405)输出力传感器(304)所测得的力信号，根据力和位移的关系可以计算出超弹记忆合金丝(204)的储能大小。上横梁(109)中间开有方形孔，靶标泡沫板夹具(1010)将靶标泡沫板(1011)固定在上横梁(109)的方形孔上方。当测得的力和位移达到预设值时停止加载，电磁铁(305)断电，在超弹记忆合金丝(204)的弹力作用下，弹射体(306)沿导管(107)向上弹射穿过上横梁(109)的方形孔打到靶标泡沫板(1011)上，同时两侧激光传感器(407)测得弹射体(306)射出速度，可根据靶标泡沫板(1011)破损程度和弹射体(306)射出速度得到弹射能量大小。
参考附图3、7、10，在对U型模式超弹记忆合金丝(204)进行自感知储能弹射测试时，将龙门立板(102)上的夹持系统上移，同时电木连接块(202)安装在连接架(201)前侧的螺纹孔位上，使超弹记忆合金丝(204)呈U型，其余各个零部件安装位置及其储能弹射测试步骤同一字型测试模式相同。
上述实例说明本发明专利的结构特点和技术方案，目的在于使在本领域进行研究工作的科研人员和工程技术人员了解本发明专利，并且能够据此实现该产品。

Claims (4)

1.一种超弹记忆合金丝自感知弹性能量存储与弹射释放测试装置,其特征在于:主要由支撑系统、夹持系统、加载系统、测量系统组成；其中支撑系统包括底板(101)、龙门立板(102)、滑台立板(103)、上横梁(109)、下横梁(105)、激光传感器支架(106)、电子尺支架(104)、靶标泡沫板(1011)、靶标泡沫板夹具(1010)、导管(107)、导管夹具(108)；夹持系统包括连接架(201)、电木连接块(202)、夹紧螺栓(203)、超弹记忆合金丝(204)、夹紧螺母(205)、垫片(206)；加载系统包括步进电机(301)、步进电机驱动器(401)、滑台(302)、力传感器连接板(303)、电磁铁(305)、继电器(404)、弹射体(306)；测量系统包括电阻信号调理器(403)、弹簧自复位电子尺(406)、力传感器(304)、变送器(405)、激光传感器(407)、信号转换模组(402)。
2.根据权利要求1所述的一种超弹记忆合金丝自感知弹性能量存储与弹射释放测试装置,其特征在于:所述的夹紧螺栓(203)螺纹末端有一通孔，可通过垫片(206)将超弹记忆合金丝(204)夹在通孔中间，夹紧螺栓(203)通过夹紧螺母(205)固定在电木连接块(202)上，电木连接块(202)连接在连接架(201)上，电木连接块(202)使超弹记忆合金丝(204)和连接架(201)绝缘，连接架(201)上端有等距的螺纹孔，可通过调节电木连接块(202)位置改变超弹记忆合金丝(204)的长度，连接架(201)末端有两个螺纹孔，通过改变其在龙门立板(102)上的连接高度实现超弹记忆合金丝(204)一字型和U型两种测试模式。
3.根据权利要求1所述的一种超弹记忆合金丝自感知弹性能量存储与弹射释放测试装置,其特征在于:所述的弹射体(306)末端的凹槽，可将超弹记忆合金丝(204)夹紧在其中，弹射体(306)圆周贴有黑白等宽相间的条纹带，弹射体(306)弹射时激光传感器(407)通过检测黑白条纹变化测出弹射体(306)射出速度，间接测得超弹记忆合金丝(204)弹射能量大小，弹射体(306)沿导管(107)弹射到靶标泡沫板(1011)，通过观察靶标泡沫板(1011)破损情况可间接了解弹射能量大小。
4.根据权利要求1所述的一种超弹记忆合金丝自感知弹性能量存储与弹射释放测试装置,其特征在于:所述的电磁铁(305)连接在力传感器(304)上端，力传感器(304)通过力传感器连接板(303)连接在滑台(302)上，弹簧自复位电子尺(406)安装在力传感器连接板(303)下端，使导管(107)、弹射体(306)、电磁铁(305)、力传感器(304)、弹簧自复位电子尺(406)同轴。
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