电‑热耦合场中的形状记忆合金材料疲劳性能测试系统技术方案

本发明专利技术公开了电‑热耦合场中的形状记忆合金材料疲劳性能测试系统；该测试系统包括供电系统、摄影系统、温度采集系统和控制系统。摄影系统包括带取景窗的摄影箱、照明光源、工业照相机和照相机脚架；温度采集系统包括测温热电偶和温度采集卡；控制系统包括时间继电器和计算机。用供电电源对形状记忆合金材料进行电流加载；用时间继电器独立控制被监测样品和冷却风扇的通电时间。本发明专利技术测试系统可实现对所涉及形状记忆合金材料在电流及焦耳热耦合作用下的位移和温度的监测，同时获得被监测样品上一个或若干个标记点的位移和温度数据，适用于表征形状记忆合金材料在电‑热耦合场下的功能疲劳性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及功能材料的力学性能测试及智能材料的精密驱动领域，具体涉及一种形状记忆合金材料在电流及焦耳热耦合作用下的功能疲劳性能、服役可靠性、显微组织演化过程评价的测试系统。
技术介绍
形状记忆合金材料在经过适当的“训练”后能够在没有外力介入的条件下在升温和降温过程中发生与相变过程相伴随的可逆宏观变形，从而作为智能材料被广泛应用于航空航天、机械工程、生物医学等各个领域。形状记忆合金材料的这种可逆宏观变形源于材料的内应力场，此内应力场可由“训练”过程中材料内部产生的位错引发，也可由“训练”过程中材料内部产生的具有特定取向的细小析出相导致。然而，当电流经过时由焦耳热产生的温度场长期作用于形状记忆合金材料时，在材料内部将会逐渐产生如位错增殖、析出相长大等显微组织变化，表现为相变温度的漂移或形状记忆回复率的衰退，即形状记忆合金材料的功能疲劳行为。这就使得了解和掌握形状记忆合金材料在各种物理场(包括电场、温度场、热应力场、残余外应力场、内应力场等)长期作用过程中由相变产生的形变的变化特点和规律成为表征形状记忆合金材料功能疲劳性能及预测功能疲劳寿命的重点。目前，由形状记忆合金材料组成的构件大部分是在热传递所致的变温过程中工作，然而对于某些在特殊条件下使用的构件(如形状记忆人工肛门括约肌)则需要在通电过程中工作。同时，虽然有部分关于电流通过形状记忆合金材料时对其相变和形变行为产生影响的研究，但鲜少涉及电流对形状记忆合金材料的相变和形变的长期影响。尤其需要指出的是，电流对材料的影响是多方面的，包括电迁移、电致塑形和电致焦耳热等，无论哪方面都会对形状记忆合金材料的显微组织产生程度不等的影响从而改变材料的相变和形变行为。在长期使用过程中，电流及焦耳热耦合作用对形状记忆合金材料的积累作用更会使之产生不同于热传递加载方式的疲劳行为，表现为形状记忆合金构件的工作温度区间和工作位移在长期使用过程中发生变化。这就使得形状记忆合金材料在电-热耦合场下功能疲劳性能的优劣成为选择智能构件材料、预估材料(或构件)寿命及分析材料(或构件)失效方式的重要指标。因此，在对形状记忆合金构件通电的情况下长期、稳定、同步地记录其工作位移和温度变化成为表征和评价其功能疲劳性能的重要步骤。然而，作为一种非典型的力学试验方法，在实际研究和测试工作中，尚无能够进行长期、实时监测、系统记录数据等功能的实验方法和测试系统。因此需要设计一种新的实验方法和测试系统来表征形状记忆合金材料的功能疲劳性能，该系统应包含位移采集装置、温度采集装置以及长期通电所需的控制系统。目前常见的位移传感器(包括接触式和非接触式位移传感器)大多只能获得被监测样品上一个点的位移变化，如需同时测量同一样品上多个点的位移数据，需要设置多个位移传感器。这不仅会大大增加制作成本，而且不利于系统长期运行的稳定性。近几年，成像法由于具有直观、全面、稳定的特点，被越来越多的用于表征被监测样品的尺寸和位移变化，并能同时测量样品上多个点的位移数据，尤其适合用于解决本专利技术的技术问题。综上所述，设计一种长期稳定、便于操作、能够利用成像系统实时同步监测形状记忆合金材料在电流及焦耳热耦合作用下的位移和温度变化的测试系统是本领域目前迫切需要解决的技术问题，从而达到研究形状记忆合金功能疲劳性能、间接评价显微组织演化过程及预测功能疲劳寿命的目的。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服现有技术存在的问题，提供了一种直观、全面、实时地展示和监测形状记忆合金材料的电-热耦合场中的形状记忆合金材料疲劳性能测试系统。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：电-热耦合场中的形状记忆合金材料疲劳性能测试系统：包括供电系统、摄影系统、温度采集系统、控制系统和检测台；供电系统主要为供电电源；摄影系统包括带取景窗的摄影箱、照明光源和工业照相机；温度采集系统包括测温热电偶和温度采集卡；控制系统包括时间继电器和计算机；检测台包括样品台和金属柱；样品台上设有两根金属柱，带标记点的被监测样品两端分别与样品台上的两根金属柱相连接，两根金属柱一根连接供电电源的一极，供电电源的另一极与时间继电器连接，时间继电器与两根金属柱的另一根连接；样品台设置于摄影箱内，正对摄影箱的取景窗；摄影箱内取景窗左上方和右上方分别装有两个照明光源；摄影箱上正对样品台的左右两侧分别装有两个冷却风扇；两冷却风扇串联连接，一端连接供电电源的一极，另一端连接时间继电器；工业照相机正对取景窗和被监测样品；测温热电偶贴在被监测样品上；测温热电偶连接温度采集卡；工业照相机和温度采集卡连接计算机。为进一步实现本专利技术目的，优选地，所述工业照相机安装在照相机脚架上，所述照相机脚架高度可调，以获得理想的拍摄质量。优选地，所述摄影箱由黑色不透光的亚克力板制成。优选地，所述供电电源为直流稳压电源。优选地，所述照明光源为5500K色温的摄影灯。优选地，所述照相机脚架顶部带球形云台，使工业照相机角度可调。优选地，所述测温热电偶为直径80μm的特细K型热电偶。优选地，所述测温热电偶由耐高温隔热胶带粘贴在所述形状记忆合金材料的表面。优选地，所述形状记忆合金材料上的标记点的颜色相对周围环境清晰可辨。时间继电器为通电延时型且无需与计算机相连。相对于现有技术，本专利技术具有如下优点：1)本专利技术可实现形状记忆合金材料在电-热耦合场下功能疲劳性能的测试和表征。通过成像法直观、全面、实时地展示和监测形状记忆合金材料上若干个感兴趣位置的位移变化，弥补了传统位移表征方法的单一性。2)本专利技术通过整合温度和位移数据，表征了形状记忆合金材料在电流及焦耳热耦合作用下的温度变化及由相变产生的形变的变化规律，间接评价显微组织演化过程，从而为进一步预测形状记忆合金材料在电-热耦合场下的功能疲劳寿命提供依据。3)本专利技术测试系统可实现对所涉及形状记忆合金材料在电流及焦耳热耦合作用下的位移和温度的监测，同时获得被监测样品上一个或若干个标记点的位移和温度数据，适用于表征形状记忆合金材料在电-热耦合场下的功能疲劳性能。4)本专利技术对温度和位移数据的耦合处理，还可启发对在其他多物理场(如电场、磁场、温度场、应力场等)耦合条件下工作的材料或构件的功能疲劳性能的表征。5)本专利技术结合非常规加载手段对非典型力学性能测试系统进行升级并为多物理场耦合下的疲劳性能测试提供更多参考。附图说明图1为电-热耦合场中的形状记忆合金材料疲劳性能测试系统的结构示意图。图中示出：被监测形状记忆合金材料1、疲劳测试样品台2、金属柱3、供电电源4、时间继电器5、摄影箱6、取景窗7、照明光源8、冷却风扇9、工业照相机10、照相机脚架11、测温热电偶12、温度采集卡13、计算机14。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的进行详细说明，以便能够更清楚地理解本专利技术形状记忆合金材料在电-热耦合场下功能疲劳性能测试系统。如图1所示，电-热耦合场中的形状记忆合金材料疲劳性能测试系统，用于形状记忆合金材料在电-热耦合场下功能疲劳性能测试，包括供电系统、摄影系统、温度采集系统、控制系统和检测台；供电系统由供电电源4和连接导线的回路构成；摄影系统包括带取景窗7的摄影箱6、照明光源8、工业照相机10和照相机脚架11；温度采集系统包括测温热电偶12和温度采集卡13；控制系统包括时间继电器5和计算机14；检测台本文档来自技高网...

【技术保护点】
电‑热耦合场中的形状记忆合金材料疲劳性能测试系统，其特征在于，包括供电系统、摄影系统、温度采集系统、控制系统和检测台；供电系统主要为供电电源；摄影系统包括带取景窗的摄影箱、照明光源和工业照相机；温度采集系统包括测温热电偶和温度采集卡；控制系统包括时间继电器和计算机；检测台包括样品台和金属柱；样品台上设有两根金属柱，带标记点的被监测样品两端分别与样品台上的两根金属柱相连接，两根金属柱一根连接供电电源的一极，供电电源的另一极与时间继电器连接，时间继电器与两根金属柱的另一根连接；样品台设置于摄影箱内，正对摄影箱的取景窗；摄影箱内取景窗左上方和右上方分别装有两个照明光源；摄影箱上正对样品台的左右两侧分别装有两个冷却风扇；两冷却风扇串联连接，一端连接供电电源的一极，另一端连接时间继电器；工业照相机正对取景窗和被监测样品；测温热电偶贴在被监测样品上；测温热电偶连接温度采集卡；工业照相机和温度采集卡连接计算机。

【技术特征摘要】
1.电-热耦合场中的形状记忆合金材料疲劳性能测试系统，其特征在于，包括供电系统、摄影系统、温度采集系统、控制系统和检测台；供电系统主要为供电电源；摄影系统包括带取景窗的摄影箱、照明光源和工业照相机；温度采集系统包括测温热电偶和温度采集卡；控制系统包括时间继电器和计算机；检测台包括样品台和金属柱；样品台上设有两根金属柱，带标记点的被监测样品两端分别与样品台上的两根金属柱相连接，两根金属柱一根连接供电电源的一极，供电电源的另一极与时间继电器连接，时间继电器与两根金属柱的另一根连接；样品台设置于摄影箱内，正对摄影箱的取景窗；摄影箱内取景窗左上方和右上方分别装有两个照明光源；摄影箱上正对样品台的左右两侧分别装有两个冷却风扇；两冷却风扇串联连接，一端连接供电电源的一极，另一端连接时间继电器；工业照相机正对取景窗和被监测样品；测温热电偶贴在被监测样品上；测温热电偶连接温度采集卡；工业照相机和温度采集卡连接计算机。2.根据权利要求1所述的电-热耦合场中的形状记忆合金材料疲劳性能测试系统，其特征在于，所述工业照相机安装在照相机脚架上，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张新平，李媛媛，马骁，曹姗姗，曾才有，李望云，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44