[發明專利]一種形狀記憶合金絲材的機械性能測試與熱機訓練裝置

無效

• 申請號: 201310447098.0
• 申請日: 2013-09-26
• 公開（公告）號: CN103543073A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 裘進浩;王明義;吳郁程;張超;聶瑞;季宏麗;王麗霞
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01N3/18
• 分類號: G01N3/18
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 葉連生

技術領域

本發明涉及到一種形狀記憶合金絲材的性能測試裝置，尤其涉及利用上位機軟件進行控制的對形狀記憶合金絲材的機械性能測試與熱機訓練裝置。

背景技術

形狀記憶合金是一種新型的智能材料，具有形狀記憶效應和超彈性等特點，廣泛用于航空航天、土木工程以及機器人領域的驅動器設計和振動控制方面。形狀記憶效應指的是形狀記憶合金能夠記憶在低溫馬氏體相的形狀，在產生了明顯的塑性變形后，升高至一定的溫度可以自動恢復到原來記憶的形狀，形狀記憶合金絲需要經過一定熱機訓練才能達到所需的形狀記憶效應；超彈性指的是對其拉伸至塑性變形階段，卸載后能塑性變形能回復，在高溫下的主要表現形式是其彈性模量是低溫下的數倍。由于在制造形狀記憶合金時不同的合金比例和熱處理條件對其機械性能影響很大，如何對其性能參數測試以及采取相應的訓練手段是其進一步在工程中應用的關鍵，采用合適的設備進行定量實驗研究和訓練是關鍵技術。

形狀記憶合金絲的性能測試主要涉及以下幾個方面的內容：

（1）形狀記憶合金絲的機械性能測試

形狀記憶合金絲的機械性能測試主要包括不同溫度下的應力應變關系曲線、最大可回復應變、不同預應變下的受限應力、疲勞性能。目前對于形狀記憶合金絲的力學性能的測量一般在帶有溫控箱的材料試驗機上進行，這種設備昂貴，成本高，而且溫控箱的加熱冷卻緩慢，測試周期長，有必要研制一種簡單易用的測試形狀記憶合金絲機械性能的裝置。

（2）????形狀記憶合金絲的熱機訓練

形狀記憶合金作為驅動器使用時必須經過預拉伸，要完全發揮其性能要求還必須經過一定的熱機訓練。熱機訓練指的是先把形狀記憶合金絲拉伸到想要的預應變，然后加熱讓其自由回復到原來形狀，然后冷卻再拉伸，重復這一過程50次以上。傳統上往往采用人工手動訓練，往往費時費力，需要采取自動化的拉伸、加熱、冷卻循環控制系統以代替人力成本。

（3）????形狀記憶合金絲回復應變和回復應力的精確控制

出廠后的形狀記憶合金絲在實際使用中需要拉伸至給定的應變以滿足實際工程需要，有時也要求經過拉伸后的絲在受限回復時能產生預定的回復應力。以往在拉伸時往往忽略其彈性變形部分，這樣使得實際使用的絲變形小于預期變形，而制備需要一定回復應力的絲時時也只憑經驗，急需設計一種帶反饋的拉伸裝置能精確地拉伸至其給定的回復應變或回復應力來滿足工程需要。

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發明內容

技術問題

本發明要解決的技術問題是提供一種對形狀記憶合金絲材進行機械性能測試和熱機訓練的裝置，該裝置根據拉力傳感器和溫度采集卡實時采集的信號進行反饋，實現對形狀記憶合金絲材的機械性能測試、熱機訓練的自動化運行功能。

技術方案

為了解決上述的技術問題，本發明的形狀記憶合金絲材的機械性能測試與熱機訓練裝置包括數據采集控制系統、步進電機驅動模塊、力采集模塊、電源控制模塊和溫度測量模塊，其中，

所述的數據采集控制系統包括進行數據接收和命令輸出的上位機；

所述的步進電機驅動模塊包括提供動力源的步進電機、提供單軸正反向運動的滾珠絲桿滑臺和步進電機控制器，所述的步進電機控制器與所述的上位機相連接，所述的步進電機驅動滾珠絲桿滑臺進行單軸雙向運動；

所述的力采集模塊包括拉力傳感器，所述的拉力傳感器將采集的拉力數據傳輸至上位機；

所述的電源控制模塊包括恒流電源和繼電器，所述的繼電器受所述上位機控制并控制恒流電源與待測試形狀記憶合金絲材之間的通斷；

所述的溫度測量模塊包括采集待測試形狀記憶合金絲材溫度信號的溫度采集卡，所述的溫度采集卡與上位機相連接。

更進一步地，所述的滾珠絲桿滑臺可采用這樣的結構，即，用于固定形狀記憶合金絲的夾具固定設置于底座的一端，所述的拉力傳感器通過固定底座固定設置于底座的另一端，待測試形狀記憶合金絲材設置于夾具與拉力傳感器之間。

本發明技術方案的性能測試與訓練裝置可適用于不同長度的形狀合金絲材，其中，固定拉力傳感器的底座可以擴展其長度，即固定合金絲材兩端的間距可以進行變化，以適應不同長度的待測試件。