一种形状记忆合金回复力性能测试方法及测试系统
阅读说明：本技术 一种形状记忆合金回复力性能测试方法及测试系统 (Method and system for testing restoring force performance of shape memory alloy ) 是由 王领 刘建伟 杨建鲁 王鹏飞 王新强 袁清泉 梁生云 钱兴 刘长义 徐绮薇 于 2020-12-06 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种形状记忆合金回复力性能测试方法及测试系统,将标准规格的形状记忆合金拉伸试样安装在专用测试装置上,采用经过校核的保温箱做为形状记忆合金规定温升速率的加热装置,加热过程中,对形状记忆合金进行温度和回复力值的测定。本发明能够实现在不同升温速率下测试形状记忆合金回复力的目的。(The invention provides a method and a system for testing the restoring force performance of a shape memory alloy. The invention can realize the purpose of testing the restoring force of the shape memory alloy at different heating rates.)
技术领域
本发明涉及形状记忆合金测试技术领域，具体涉及形状记忆合金回复力的性能测试。
背景技术
形状记忆合金由于具有形状记忆效应，其应用范围已涉及航天、航空、建筑、生物医学及日常生活等领域，特别是在生物医学领域得到了广泛的应用。
目前，形状记忆合金回复力的测试主要采用单轴拉伸的方法，该方法可对镍钛形状记忆合金丝材、棒材、板材进行不同加载应变的回复力性能测试，得到镍钛形状记忆合金在单向拉应力状态下回复力性能参数，为镍钛形状记忆合金的实际应用中的设计提供参考。该测试方法的优点是：
(1)能够快速对形状记忆合金进行加热，测定形状记忆合金最大回复力；
(2)采用标准材料拉伸试验机进行测试，测试装置稳定，一致性好。
但是这一方法也存在缺点，包括：
(1)加热速率不可控，只能按照拉伸试验设备初始设定好的加热速率，进行加热，无法根据使用环境进行变升温速率的调节；
(2)无法对待测形状记忆合金试样进行温度测试，拉伸试验机中的加热测试设备只能测试加热箱内的环镜温度，无法测试待测试样的实时温度；
(3)通用拉伸试验机测力量程固定或可选档位较少，无法满足多规格试样试验测试力值需求；
(4)拉伸试验机能够得到回复力值曲线，由于无法测试待测试样温度，无法形成温度-回复力曲线；
(5)现有测试方法无法提供形状记忆合金相变漂移温度。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种形状记忆合金回复力性能测试方法，将标准规格的形状记忆合金拉伸试样安装在专用测试装置上，采用经过校核的保温箱做为形状记忆合金规定温升速率的加热装置，加热过程中，对形状记忆合金进行温度和回复力值的测定。本发明能够实现在不同升温速率下测试形状记忆合金回复力的目的。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种形状记忆合金回复力性能测试方法，包括以下步骤：
1)待测试样结构设计为两端外径大于中段外径的圆柱结构或者两端宽度大于中段宽度的片状结构，圆柱结构的中段外径与产品外径一致，片状结构的中段宽度与产品宽度一致，片状结构的厚度与产品厚度一致；
2)在待测试样中轴线两侧对称布置若干个测温点；
3)将待测试样一端固定，另一端与测力计连接；
4)将待测试样置于保温装置中，按照设定升温曲线进行加热；
5)记录升温过程中各个测温点的温度变化和测力计的力值变化曲线；
6)以各个测温点测量值的均值作为待测试样温度值，建立温度-恢复力曲线，确定待测试样初始相变点As和终止相变点Af；
7)在待测试样一端提供预紧力，测试相变漂移后的初始相变点As1和终止相变点Af2，相变漂移温度ΔA＝As1-As。
所述的圆柱结构中段外径为Φ，两端外径尺寸为Φ+5mm；中段长度不小于90mm，其中标定距离为60mm。
所述的片状结构中段宽度为L5，两端宽度为L5+6mm；中段长度不小于90mm，其中标定距离为60mm。
所述的步骤3)之前对待测试样施加拉力进行预变形处理，拉伸速率不超过1mm/min。
所述的步骤6)去掉各个测温点测量值中的最大和最小值，剩下测温点测量值取平均值，作为待测试样的温度测试结果。
所述的步骤6)采用夹角平分线法确定待测试样初始相变点As和终止相变点Af。
本发明还提供一种形状记忆合金回复力性能测试装置，包括待测试样固定装置、热电偶和保温箱。
所述的固定装置包括测力计2、延伸套管4、拉杆5、夹头、固定座10、拉杆11、调整套管12和调整螺母13；所述的测力计和调整套管安装在固定座上；所述的夹头固定待测试样两端，其中一个夹头固连拉杆，拉杆伸入延伸套管内，并通过固定螺钉调节、固定拉杆和延伸套管的相对位置；延伸套管连接测力计；另一个夹头固连拉杆，拉杆穿过调整套管与调整螺母配合，通过旋转调整螺母改变施加在待测试样上的预紧力；所述的热电偶布置在待测试样上；待测试样放置在具备加热功能的保温箱内。
本发明的有益效果是：
1)本发明中的测试方法和测试系统，能够实现升温速率可调，测试形状记忆合金在不同升温速率下的回复力；
2)本发明中的测试方法和测试系统，加热装置为保温试验箱，加热环境可模拟实际使用工况；
3)本发明中的测试方法和测试系统，温度热电偶直接粘接在形状记忆合金待测试件上，能够实时采集形状记忆合金温度；
4)本发明中的测试方法和测试系统，力值测量采用通用测力计，试验时根据测试力值，可以自由选择力值测试量程；
5)本发明中的测试方法和测试系统，采集系统选用通用静态测试采集器，能够记录测试过程中，形状记忆合金待测试样的温度和回复力值变化，并形成不同升温速率下的温度-回复力值曲线。
6)本发明中的测试系统，结构简单，通用性好，可以适用于各种形状记忆合金恢复性能测试。
7)本发明中的测试系统能够在试验过程中使测定形状记忆合金在形成不同预应力状态下，通过本发明中的测试方法评估，能够有效测定形状记忆合金应力状态与相变漂移的关系，为产品设计提供有效的数据支撑。
8)圆柱型哑铃试样中间段尺寸设计与使用产品结构一致，能够充分表征产品在使用过程中的各项性能，既能预示产品实际性能，又能为后续改进设计提供充分的数据依据，夹持部位尺寸能够有效保证待测试件在试验过程中可靠夹持，提高测试精度和准确性；
9)方片型哑铃试样尺寸设计与使用产品结构一致，能够充分表征产品在使用过程中的各项性能，既能预示产品实际性能，又能为后续改进设计提供充分的数据依据，夹持部位尺寸能够有效保证待测试件在试验过程中可靠夹持，提高测试精度和准确性；
10)本发明中的测试方法能够准确测试形状记忆合金相变漂移温度，操作过程简单，测试精度高，响应速度快，结构设备简单，制造成本低。测试温度范围-50℃～300℃范围内，灵敏度±5℃。
附图说明
图1是本发明中的形状记忆合金固定装置结构图。
图2是本发明中的待测试样结构图。
图3是本发明中的待测试样温度-恢复力曲线。
图4是本发明中的待测试样在不同预应力状态下的温度漂移曲线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
本发明提供的一种形状记忆合金测试方法，将标准规格的形状记忆合金拉伸试样安装在专用测试装置上，采用经过校核的保温箱做为形状记忆合金规定温升速率的加热装置，加热过程中，对形状记忆合金进行温度和回复力值的测定。
本发明所述的专用测试装置主要由以下几个部分组成：温度、力值采集系统、测力计、测温热电偶和形状记忆合金固定装置。
具体测试方法如下：
1)待测试样结构一般设计为哑铃型结构圆柱结构或者方片结构，对于圆柱型哑铃试样，试样中段外径尺寸Φ与产品外径尺寸一致，夹头部分的外径尺寸为Φ+5mm，试样中段长度L2不小于90mm，标定距离L为60mm。
对于方片型哑铃试样，中段宽度L5与产品宽度一致，夹头部位宽度L6等于L5+6mm，试样中段长度L2不小于90mm，标定距离L为60mm，试样厚度h与产品一致。
2)待测试样预变形处理时，以待测试样标定距离为基础，延伸率按照产品使用工况确定，拉伸速率不超过1mm/min。
3)待测试样测温点共计8个，分别为测温点A1～A8，单侧延标距距离均分布置4个点，对侧布置4个点。
4)将待测样品固定在形状记忆合金固定装置上；
5)将形状记忆合金固定装置与测力计连接；
6)热电偶和测力计连接采集系统；
7)系统连接完毕后，调整形状记忆合金固定装置尾端的锁紧螺母，使各个连接部位间隙闭合，以力值显示达到20N-50N为准。
8)将形状记忆合金固定装置放入专用保温箱，设置加热程序，按照实际需求，采用程序控制的方式，使保温箱按照设计要求升温；
9)记录升温过程中，形状记忆合金的温度变化和力值变化曲线。
10)调整形状记忆合金固定装置中的锁紧螺母，调整形状记忆合金试样应力状态，可以测试不同应力状态下，形状记忆合金回复力值变化。
11)数据处理时，温度测试点中去掉最大和最小值，剩下六个测温点取平均值，作为待测试样温度变化测试结果。
12)建立温度-恢复力曲线，采用夹角平分线法，确定待测试样初始相变点As和终止相变点Af。
13)通过预紧螺母，提供预紧力F，测试得到相变漂移后的初始相变点As1和终止相变点Af2，相变漂移温度ΔA＝As1-As。
如图1所示，本发明的形状记忆合金测试固定装置，包括：上固定座1、测力计2、固定螺钉3、延伸套管4、拉杆5、固定块6、夹头7、固定片8、待测试样9、下固定座10、拉杆11、调整套管12和调整螺母13。上固定座1和固定块6通过固定螺钉3固定在下固定座10。固定块6和夹头7通过固定螺钉3将待测试样9夹紧固定，夹头7与拉杆5通过固定螺钉3。拉杆5通过固定块6中孔连接，并且拉杆5可以在固定块6中自由移动。测力计2与上固定座1和延伸套管4采用螺纹连接并固定，延伸套管4穿过上固定座1的孔，并能自由移动。调整套管12套接在拉杆11，并通过调整螺母13与拉杆11螺纹连接。夹头7通过固定螺钉3与拉杆5和拉杆11连接。
所述的上固定座1、测力计2、固定螺钉3、延伸套管4、拉杆5、固定块6、夹头7、固定片8、待测试样9、下固定座10、拉杆11、调整套管12和调整螺母13各部件按照图示安装好之后，将测力计和热电偶连接至采集器。测力装置放入保温箱内，设置升温速率，进行保温试验。试验完成后，形成温度-力值曲线。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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