力-磁-热多场耦合环境下磁致材料的动态响应测试平台制造技术

本发明专利技术涉及力‑磁‑热多场耦合环境下磁致材料的动态响应测试平台，属于材料力学测试领域。本发明专利技术的测试平台，包括支撑底座、竖直升降设备、支撑箱、工作台、夹具体、加热设备、上压头、永磁体支架和永磁体；支撑底座的上表面安装竖直升降设备，竖直升降设备上端安装工作台；工作台上表面中心安装夹具体；工作台上表面夹具体的两侧各固定有两个相对设置永磁体支架；支撑箱的内壁固定有加热设备；支撑箱开口朝下固定在支撑底座的上表面，形成封闭腔体，支撑箱上端面的上压头正对夹具体的上端。本发明专利技术的测试平台解决了现有单一物理场材料力学性能测试平台不能满足实际研究需要的问题。

【技术实现步骤摘要】
力-磁-热多场耦合环境下磁致材料的动态响应测试平台
本专利技术涉及力-磁-热多场耦合环境下磁致材料的动态响应测试平台，属于材料力学测试领域。
技术介绍
磁致形状记忆材料作为一种新型的功能材料，具有优异的热弹性形状记忆效应和磁致形状记忆效应，力-磁-热多场耦合环境下可以输出较大的宏观应变，变形响应频率较高，至今已合成和制备出Fe-Pd、Co-Ni-Ga、Ni-Mn-Al、Ni-Mn-Ga和Ni-Mn-In等多种类型的磁致形状记忆材料，作为新型驱动器、阻尼器和传感器件的关键功能材料，未来在航空航天、轨道交通、机械控制等领域有着巨大的应用前景。磁致形状记忆材料未来作为功能器件材料使用，力-磁-热多场耦合循环作用是必须面临的典型载荷环境。多场耦合循环载荷作用下，材料孪晶微结构会发生变化，物理和力学性能也会发生相应改变，将导致材料的形状记忆效应发生退化，出现不可恢复残余应变、相变驱动力下降和磁致滞回等现象，进而影响执行器件的响应行为和功能特性。因此，研究磁致形状记忆材料在力-磁-热多场耦合循环加载作用下的宏观变形响应演化特性，通过相变动力学、热力学和弹性塑性力学等方法分析材料的响应机理，建立描述材料宏观响应演化规律预测模型，是磁致形状记忆材料未来作为功能器件材料应用的基础和保障。基于实验测试方法准确获得材料的变形行为，是建立有效理论模型的重要手段。目前，针对磁致形状记忆材料在力磁、磁场、热场下变形响应的测试平台，主要存在两个突出问题：第一，缺乏力-磁-热三场耦合模块以及循环加载测试模块，现存表征平台主要局限于力-磁、力-热或磁-热耦合下单循环周期内材料准静态响应测试，没有实现循环加载功能，亟需发展高低频稳定循环加载和材料变形响应高精度测量方法；第二，温度场的施加和控制主要以电热丝和油浴加热为主，磁致形状记忆材料对温度变化十分敏感，循环加载过程中材料由于涡流损耗产生的热效应比较明显，亟需发展适用于循环加载情况下的温度调控新方法。综上所述，开发一种力-磁-热多场耦合环境下磁致形状记忆材料的动态响应测试平台是十分必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种更接近实际工况的力-磁-热多场耦合作用下材料的力学性能测试平台，解决现有单一物理场材料力学性能测试平台不能满足实际研究需要的问题。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现：本专利技术的力-磁-热多场耦合环境下磁致材料的动态响应测试平台，包括支撑底座、竖直升降设备、支撑箱、工作台、夹具体、加热设备、上压头、永磁体支架和永磁体；支撑箱为下端开口的封闭箱体，支撑箱的上端面向下固定上压头；支撑箱的内壁固定有加热设备；支撑底座的上表面安装竖直升降设备，竖直升降设备上端安装工作台，竖直升降设备控制工作台竖直方向移动；工作台上表面中心安装夹具体；工作台上表面夹具体的两侧各固定有两个相对设置永磁体支架，每个永磁体支架上端为支撑环，支撑环的侧壁开有锁紧孔；永磁体的后端固定有直径与支撑环内径相匹配的连接杆，永磁体后端的连接杆插入永磁体支架上端的支撑环，根据永磁体后端的连接杆在支撑环的插入深度调节两块永磁体之间的磁场强度，通过在支撑环的锁紧孔旋入锁紧螺钉使永磁体在永磁体支架上端的支撑环上定位；支撑箱开口朝下固定在支撑底座的上表面，形成封闭腔体，支撑箱上端面的上压头正对夹具体的上端。永磁体后端的连接杆上刻有磁场刻度，根据磁场刻度准确调节两块永磁体之间的磁场强度。支撑箱开有透明窗口。所述加热设备为光加热设备。支撑箱的内壁连接有温度传感器。支撑箱的内壁连接有激光位移传感器，激光位移传感器的测试头始终指向夹具体的上沿，当竖直升降设备控制工作台竖直方向移动时，通过激光位移传感器的移动角度得出工作台的竖直移动距离。工作过程将测试试件装夹在夹具体内，根据永磁体后端的连接杆在支撑环的插入深度调节两块永磁体之间的磁场强度，通过在支撑环的锁紧孔旋入锁紧螺钉使永磁体在永磁体支架上端的支撑环上定位；通过光加热设备对测试试件施加热场，通过温度传感器控制光加热设备对测试试件加入温度进行控制。通过控制竖直升降设备驱动工作台竖直向上移动，使夹具体上装夹的测试试件与上压头接触后，对测试试件施加力场，激光位移传感器的测试头始终指向夹具体的上沿，通过激光位移传感器的移动角度控制工作台的竖直移动至预定距离。有益效果(1)实现了在力-磁-热多场耦合环境下对磁致形状记忆材料动态响应的测试，为研究磁致形状记忆材料的宏观模量特性及其演化规律提供有效的测试手段；(2)本专利技术在测试平台中布置红外热像仪、激光位移传感器等仪器，可以实时监控、反馈试样所处环境的参数，精密控制力加载的循环规律；(3)本专利技术中的力加载装置将驱动部分置于下方，带动试件竖直移动，可以更加精密地按照既定规律进行加载。附图说明图1为测试平台的结构示意图；图中：1、扭转电机；2、支撑底座；3、支撑箱；4、光加热设备；5、上压头；6、激光位移传感器；7、测试试件；8、永磁体支架；9、永磁体；10、夹具体；11、工作台。具体实施方式下面结合附图进一步说明本专利技术的详细内容及其具体实施方式。本专利技术的力-磁-热多场耦合环境下磁致材料的动态响应测试平台，如图1所示，包括支撑底座2、竖直升降设备1、支撑箱3、工作台11、夹具体10、加热设备4、上压头5、永磁体支架8、永磁体9、激光位移传感器6；支撑箱3为下端开口的封闭箱体，支撑箱3的上端面向下固定上压头5；支撑箱3的内壁固定有加热设备4；支撑底座2的上表面安装竖直升降设备1，竖直升降设备1上端安装工作台11，竖直升降设备1控制工作台11竖直方向移动；工作台11上表面中心安装夹具体10；工作台11上表面夹具体10的两侧各固定有两个相对设置永磁体支架，每个永磁体支架8上端为支撑环，支撑环的侧壁开有锁紧孔；永磁体9的后端固定有直径与支撑环内径相匹配的连接杆，永磁体9后端的连接杆插入永磁体支架8上端的支撑环，根据永磁体后端的连接杆在支撑环的插入深度调节两块永磁体之间的磁场强度，通过在支撑环的锁紧孔旋入锁紧螺钉使永磁体9在永磁体支架8上端的支撑环上定位；支撑箱3开口朝下固定在支撑底座2的上表面，形成封闭腔体，支撑箱3上端面的上压头5正对夹具体10的上端。永磁体9后端的连接杆上刻有磁场刻度，根据磁场刻度准确调节两块永磁体之间的磁场强度。支撑箱3开有透明窗口。所述加热设备4为光加热设备。支撑箱3的内壁连接有温度传感器。支撑箱3的内壁连接有激光位移传感器6，激光位移传感器6的测试头始终指向夹具体10的上沿，当竖直升降设备1控制工作台11竖直方向移动时，通过激光位移传感器6的移动角度得出工作台11的竖直移动距离。工作过程将测试试件7装夹在夹具体10内，根据永磁体后端的连接杆在支撑环的插入深度调节两块永磁体之间的磁场强度，通过在支撑环的锁紧孔旋入锁紧螺钉使永磁体9在永磁体支架8上端的支撑环上定位；通过光加热设备4对测试试件7施加热场，通过温度传感器控制光加热设备4对测试试件7加入温度进行控制。通过控制竖直升降设备1驱动工作台11竖直向上移动，使夹具体10上装夹的测试试件7与上压头5接触后，对测试试件7施加力场，激光位移传感器6的测试头始终指向夹具体10的上沿，通过激光位移传感器6的移动角度控制工作台11的竖直移动至预定距离。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.力‑磁‑热多场耦合环境下磁致材料的动态响应测试平台，其特征是：包括支撑底座、竖直升降设备、支撑箱、工作台、夹具体、加热设备、上压头、永磁体支架和永磁体；支撑箱为下端开口的封闭箱体，支撑箱的上端面向下固定上压头；支撑箱的内壁固定有加热设备；支撑底座的上表面安装竖直升降设备，竖直升降设备上端安装工作台，竖直升降设备控制工作台竖直方向移动；工作台上表面中心安装夹具体；工作台上表面夹具体的两侧各固定有两个相对设置永磁体支架，每个永磁体支架上端为支撑环，支撑环的侧壁开有锁紧孔；永磁体的后端固定有直径与支撑环内径相匹配的连接杆，永磁体后端的连接杆插入永磁体支架上端的支撑环，根据永磁体后端的连接杆在支撑环的插入深度调节两块永磁体之间的磁场强度，通过在支撑环的锁紧孔旋入锁紧螺钉使永磁体在永磁体支架上端的支撑环上定位；支撑箱开口朝下固定在支撑底座的上表面，形成封闭腔体，支撑箱上端面的上压头正对夹具体的上端。

【技术特征摘要】
1.力-磁-热多场耦合环境下磁致材料的动态响应测试平台，其特征是：包括支撑底座、竖直升降设备、支撑箱、工作台、夹具体、加热设备、上压头、永磁体支架和永磁体；支撑箱为下端开口的封闭箱体，支撑箱的上端面向下固定上压头；支撑箱的内壁固定有加热设备；支撑底座的上表面安装竖直升降设备，竖直升降设备上端安装工作台，竖直升降设备控制工作台竖直方向移动；工作台上表面中心安装夹具体；工作台上表面夹具体的两侧各固定有两个相对设置永磁体支架，每个永磁体支架上端为支撑环，支撑环的侧壁开有锁紧孔；永磁体的后端固定有直径与支撑环内径相匹配的连接杆，永磁体后端的连接杆插入永磁体支架上端的支撑环，根据永磁体后端的连接杆在支撑环的插入深度调节两块永磁体之间的磁场强度，通过在支撑环的锁紧孔旋入锁紧螺钉使永磁体在永磁体支架上端的支撑环上定位；支撑箱开口朝下固定在支撑底座的上表面，形成封闭腔体，支撑箱上端...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷红帅，董文，曲兆亮，陈浩森，方岱宁，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11