[發明專利]一種集成式形狀記憶合金絲材訓練測試裝置及其使用方法

無效

• 申請號: 201310239171.5
• 申請日: 2013-06-17
• 公開（公告）號: CN103364286A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 魯立君;蔣炳炎;陳中原;杜雄春
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01N3/34
• 分類號: G01N3/34
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 鄧建輝

技術領域

本發明公開了一種集成式形狀記憶合金絲材訓練測試裝置，本發明還涉及使用該集成式形狀記憶合金絲材訓練測試裝置的方法。

背景技術

形狀記憶合金（SMA）具有優越的形狀記憶效應，強度高，塑性大，耐腐蝕性好，具有優異的生物相容性，在航空航天，醫療器具，汽車工程，自動控制，儀器儀表以及機器人等領域得到了廣泛的應用。

形狀記憶效應是指具有一定形狀的固體材料(通常是具有熱彈性馬氏體相變的材料)，在某一溫度下(處于馬氏體狀態Mf)進行一定限度的塑性變形后，通過加熱到某一溫度(通常是該材料馬氏體完全消失溫度Af)上時，材料恢復到變形前的初始形狀。在利用SMA的形狀記憶效應做驅動器時，首先對SMA施加外載荷發生形變，然后通過加熱發生相變產生應變回復力來實現驅動。SMA受外載荷作用，在加熱回復時產生回復應變，冷卻過程中外載荷誘發馬氏體轉變，產生預應變，如此周期性循環，通常把這種受外力作用的周期性熱循環稱為熱機械循環。一般的SMA記憶穩定性較差，隨著熱機械循環次數的增加，記憶性能逐漸穩定，即回復應變達到穩定值，因此在利用SMA做驅動器之前，需要對SMA材料進行數十次甚至數千次的熱機械循環訓練，以提高SMA材料的記憶穩定性。通常用于提高SMA記憶穩定性的熱機械循環方法是：將SMA材料放在材料拉伸試驗機上進行拉伸預應變，再加熱產生記憶回復，完成一次熱機械循環，然后不斷重復此過程實現熱機械循環來提高SMA的記憶穩定性，這種方法周期長，成本高，效率低；同時由于不同的形狀記憶合金絲材性能參數均有所不同，需要對使用的特定材料進行主要性能參數測試。因此，提供一種方便可行的集成化形狀記憶合金絲材訓練測試裝置是必要的，對于形狀記憶合金絲材的進一步推廣應用具有重要意義。

目前對SMA性能的測試也是一個重要的方面，測試方法復雜，目前暫沒有統一的方法以及標準。

發明內容

本發明所要解決的第一個技術問題是提供一種測量精度高，測量數據可靠，數據處理方便，成本低，操作簡單快捷的集成式形狀記憶合金絲材訓練測試裝置。

本發明所要解決的第二個技術問題是提供一種使用該集成式形狀記憶合金絲材訓練測試裝置的方法。

為了解決上述第一個技術問題，本提供的集成式形狀記憶合金絲材訓練測試裝置，底板安裝在底座上，步進電機通過電機支架安裝在所述的底板上，滾珠絲杠和滑塊導軌平行安裝在絲杠支撐端上，所述的絲杠支撐端安裝在所述的底板上，拉力傳感器通過支架安裝在所述的底板上，所述的步進電機與所述的滾珠絲杠傳動連接，所述的滾珠絲杠上傳動套裝有法蘭螺母，滑塊滑動套裝在所述的導軌且與所述的法蘭螺母固定連接，在所述的滑塊上采用單向驅動設有第一絲夾具，在所述的底座的一端設有第二絲夾具，所述的底板遠離所述的第二絲夾具的一端設有滑輪，繞在所述的滑輪上的鋼絲線的一端與所述的第一絲夾具固定連接，另一端連接有砝碼，還包括一個測量所述的滑塊位移的位移傳感器，所述的拉力傳感器與形狀記憶合金絲采用測量連接，所述的形狀記憶合金絲一端連接在所述的第二絲夾具上，另一端連接在所述的第一絲夾具上，所述的形狀記憶合金絲連接有電流加熱器和溫度傳感器，數據采集卡的輸入端與所述的位移傳感器、拉力傳感器和溫度傳感器采用通信連接，所述的數據采集卡的輸出端連接有數據處理器。

所述的底板采用相對位置可調整安裝在所述的底座上，以適應不同長度的形狀記憶合金絲的測試和訓練。

所述的形狀記憶合金絲的直徑范圍在0.03-1mm。

所述的形狀記憶合金絲的適用長度為200-600mm。

所述的形狀記憶合金絲與所述的第一絲夾具壓緊絕緣連接。

所述的位移傳感器為光柵尺。

所述拉力傳感器為三滑輪拉力傳感器。

所述溫度傳感器為熱電偶傳感器。

所述數據采集卡為ADVANTECH公司的PCI-1710數據采集卡。

為了解決上述第二個技術問題，本發明提供的使用集成式形狀記憶合金絲材訓練測試裝置的方法，步驟如下：

第一步：根據實驗用形狀記憶合金絲長度，調整底板在底座上的安裝位置，裝載固定形狀記憶合金絲和鋼絲線部分；

第二步：設定步進電機的驅動細分值，設定步進電機驅動控制器動作程序，包括轉速，正向行程，停滯時間，負向行程；

第三步：開啟電源，步進電機（4）工作，正向驅動形狀記憶合金絲（11）拉伸，停滯設定時間施加預應變量后，負向運動，形狀記憶合金絲（11）自由收縮，產生少許回復量，測量并記錄此過程中的形變量及形狀記憶合金絲（11）上的拉力；