一種形狀記憶合金熱機械疲勞實驗裝置的制造方法
【技術領域】
[〇〇〇1] 本實用新型屬于形狀記憶合金熱力學性能測試技術領域，尤其是形狀記憶合金的熱機械疲勞失效行為。
【背景技術】
[0002]近三十年來興行的智能合金材料引起國內(nèi)外眾多學者進行研究。其中，形狀記憶合金因其良好的生物相容性，輕質耐磨以及特有的形狀記憶特性使得其廣泛應用于機械，醫(yī)療，航空，汽車等行業(yè)。形狀記憶特性是指材料或結構在低溫下進行加載變形，卸載后的殘余變形在升溫后逐步恢復到加載前狀態(tài)的過程。材料或結構在服役過程中，經(jīng)常發(fā)生循環(huán)往復的形狀記憶效應，材料必將經(jīng)歷重復的加載-卸載-升溫-降溫-加載循環(huán)過程。在此過程中，形狀記憶合金的可恢復能力下降，在結構疲勞發(fā)生之前有可能發(fā)生功能疲勞，影響其正常使用。由于形狀記憶合金是一種熱敏感材料，形狀記憶恢復過程需要溫度作為驅動力。因此，該合金的疲勞失效行為是典型的熱機械載荷耦合作用過程。
[0003]由于馬氏體相變是瞬時發(fā)生的，熱機械疲勞實驗需要有快速加熱和冷卻的裝置?，F(xiàn)已開發(fā)的實驗方法仍存在著很多的不足:
[0004] 1)采用傳統(tǒng)高溫環(huán)境箱進行加熱。該加熱方式升降溫緩慢，試驗周期長，在所需大量循環(huán)實驗的情況下，此種升溫方式效率低，無法開展形狀記憶合金的疲勞失效行為研究。
[0005] 2)在形狀記憶過程中，當材料升溫恢復變形時，材料一旦達到馬氏體相變開始溫度立刻發(fā)生變形恢復。然而，環(huán)境箱加熱原理是通過熱輻射升溫，這將導致試樣表面溫度高于試樣內(nèi)部，即試樣受熱不均勻，表面材料與內(nèi)部材料將發(fā)生不同步的形狀記憶特性，對疲勞失效壽命會產(chǎn)生較大的影響。
[0006] 3)形狀記憶合金循環(huán)過程需要獲取力、溫度和應變數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)加熱方法很難同步記錄力、溫度和應變數(shù)據(jù)。
[0007]4)在進行形狀記憶熱機械疲勞實驗時，升溫-降溫過程中的的應變響應很大，需要精確控制升溫-降溫過程中的機械載荷，若采用電阻加熱與力學試驗機組合的方式，電流若流入試驗機會影響試驗機液壓控制系統(tǒng)，若電流流入應變引伸計會影響應變傳感器測量精度，使其讀數(shù)不斷波動，因此還需解決絕緣問題。
[0008] 隨著形狀記憶合金的形狀記憶效應的廣泛應用，對于材料的形狀記憶效應疲勞失效研究進而進行疲勞壽命預測顯得極為重要，現(xiàn)有的實驗方法或只能獲得單個循環(huán)的應力、應變和溫度曲線，無法進行疲勞失效試驗，或采用傳統(tǒng)溫度箱加熱，使得試驗周期變長，且溫度數(shù)據(jù)不宜采集，無法獲得多個循環(huán)的應力、應變和溫度曲線，或進行多個循環(huán)實驗時無法精確控制力或位移，使得實驗結果誤差較大，無法揭示材料形狀記憶效應疲勞循環(huán)過程中的規(guī)律。故至今，仍缺少一種對于形狀記憶合金材料進行熱機械循環(huán)疲勞實驗的高效精確裝置【實用新型內(nèi)容】
[0009]鑒于上述現(xiàn)有技術的不足，本實用新型的目的是建立一種基于MTS實驗機平臺的電加熱的形狀記憶合金熱機械疲勞實驗裝置，使其克服加熱設施與加載設施之間絕緣的難點，通過MTS的數(shù)據(jù)接口，實現(xiàn)了力、溫度和應變的同步實時采集。
[〇〇1〇]本實用新型的目的是通過如下的手段實現(xiàn)的。
[0011]—種形狀記憶合金熱機械疲勞實驗裝置，與MTS試驗機配合實施形狀記憶合金熱機械疲勞實驗，MTS控制器2控制試樣的加載和應變數(shù)據(jù)的獲取處理。MTS試驗機的試樣夾頭通過一絕緣夾持裝置與被測試樣8聯(lián)接；一可控電加熱電源4的輸出跨接在被測試樣8的兩端；一用于測量被測試樣即時溫度的溫度傳感器將溫度信號輸入MTS控制器2,溫度控制器7控制電源4的開斷使被測試樣保持選定的溫度；其中:
[0012]所述絕緣夾持裝置由一對絕緣套和置于絕緣套內(nèi)上傳力墊塊11和下傳力墊塊12構成，上傳力墊塊11和下傳力墊塊12夾住試樣8與電熱導線，絕緣套10沿著軸向套在上傳力墊塊11和下傳力墊塊12組合體的外部；傳力墊塊上具有在試樣被拉伸時卡住試樣凸部的凸出塊16 ;所述被測試樣8為兩頭具有凸部，中段寬度一致的外形結構。
[0013]通過如上的處理，常規(guī)的MTS試驗機通過液壓夾頭可將絕緣套包含傳力墊塊以及試樣一起夾持。試樣絕緣套采用聚碳酸酯制備，經(jīng)過測試有良好的強度及剛度，適宜做本實用新型的絕緣套材料，MTS試驗機引伸計刀片也經(jīng)過了絕緣處理。
[0014]機械加載主要由MTS試驗機完成，可控制不同速率和不同軸向載荷下的多種實驗工況；溫度加載主要由電源與試樣串聯(lián)后通電生熱。由于試樣中部橫截面積小且延長度方向一樣，故在測試區(qū)域溫度場趨于均勻。
[0015]MTS試驗機的控制器2除控制機械載荷以外還承擔和試樣溫度的控制。其中，機械載荷測量控制主要通過MTS配備的常規(guī)的傳感器與控制系統(tǒng)完成。溫度測量控制，如圖2所示，熱電偶通過耐熱橡皮筋綁扎固定在試樣測溫點處，將熱電偶連接至溫度控制器即可實時顯示測量所得的溫度。通過變送器將溫度控制器捕捉的溫度信號轉化為MTS控制器能記錄的電壓信號，從而通過MTS控制器可以同步實時采集力、應變和溫度數(shù)據(jù)。
[0016]本實用新型形狀記憶合金熱機械疲勞實驗裝置本實用新型為形狀記憶合金材料的熱機械疲勞研究提供了一種試驗設備，能夠高效的實現(xiàn)材料的升溫與降溫循環(huán)，且材料內(nèi)外升溫均勻，并解決了與液壓試驗機之間的絕緣問題，實現(xiàn)了力、溫度和應變數(shù)據(jù)的同步米集。
【附圖說明】
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[0017]圖1本實用新型實驗方法所述系統(tǒng)的整體結構示意圖。
[0018]圖2本實用新型實驗方法系統(tǒng)中MTS試驗機上試樣安裝示意圖。
[0019]圖3本實用新型實驗方法中加熱系統(tǒng)與加載系統(tǒng)絕緣配件的裝配示意圖。
[0020]圖4本實用新型實驗方法所測得的循環(huán)應力-溫度-應變曲線。
【具體實施方式】
[0021]下面通過附圖與實施例對本實用新型進行進一步闡述。
[0022]實施例1
[0023]本實施例所涉及的基于電加熱以及MTS力控制平臺的形狀記憶合金的熱機械疲勞實驗裝置，在MTS傳統(tǒng)機械載荷作用下，基于電阻加熱原理，考慮絕緣處理，對形狀記憶合金試樣直接通電加熱至馬氏體相變溫度，并將溫度信號傳輸至MTS控制器2,進行整個實驗過程數(shù)據(jù)的實時采集，整體裝