本发明专利技术公开了一种SMA板弯曲驱动训练和循环寿命试验台，该试验台包括SMA板、负载单元、温度控制单元、挠度测量单元和数据采集单元。负载单元利用弹簧钢板为SMA板提供偏置回复力；SMA板和弹簧钢板叠合连接，挂置于试验框架上。温度控制单元根据温度传感器采集的SMA板的温度，与其相变温度进行对比，进而控制耐高温加热片和冷却风扇工作来对SMA板加热或冷却。弹簧钢板的下端软连接挠度测量片，挠度测量单元的激光传感器通过挠度测量片直接测量SMA板端部的弯曲挠度。本发明专利技术的挠度测量方法为直接测量，精度高；模块化的试验台，可实现SMA板加热、驱动、冷却的自动化循环，能够进行SMA板的弯曲驱动训练或循环寿命试验。SMA板的弯曲驱动训练或循环寿命试验。SMA板的弯曲驱动训练或循环寿命试验。
【技术实现步骤摘要】
一种SMA板弯曲驱动训练和循环寿命试验台
[0001]本专利技术涉及智能材料试验
，具体涉及一种用于SMA板弯曲驱动试验的试验台。
技术介绍
[0002]形状记忆合金(SMA)具有形状记忆效应和超弹性，被广泛应用于传感器、驱动器和减震结构等领域。SMA材料一般具有丝、柱、板等构型，其中SMA板输出弯矩驱动，且驱动力较大，适用于航空飞行器变形驱动器设计。
[0003]SMA板在初始的若干循环中其输出性能会发生变化，因此在其投入使用前需在特定的载荷条件下通过热力循环使其性能趋于稳定，此过程称为驱动训练。此外，随着循环驱动次数的增加SMA板会发生形状记忆效应衰减甚至断裂，从而导致功能失效或结构失效，因此循环寿命的研究对于SMA驱动器同样重要。现有的SMA板的弯曲驱动训练和循环寿命试验所面临的问题为：一是缺少SMA弯曲驱动的训练方法；二是针对训练过程中SMA板驱动输出的弯曲挠度测量精度不足，导致训练过程缺少可靠的数据支撑；三是针对SMA板的循环寿命试验难以自动化进行，试验过程复杂、耗时长，不适合开展长时间循环寿命试验。
[0004]驱动训练方法方面，现有技术中的SMA训练方法多是针对SMA丝、SMA条、SMA带或SMA管等的单轴拉伸训练，典型的如专利CN206736338U所提供的“形状记忆合金热机械训练装置”，通过将SMA条从试验箱体的通孔内伸入至箱体内，利用两根伸缩杆夹紧SMA条的两端，对其施加单轴拉伸载荷，然后使用箱体内的加热器使SMA条恢复形状，从而完成对SMA条的热机训练。此类训练方式能够实现对SMA条单轴拉伸方向上的训练试验，但无法应用于需要弯曲驱动的SMA板。
[0005]弯曲挠度测量方面，现有技术中主要有激光测量、图像识别测量和接触式测量等方法。采用激光测量的原理是使用激光位移传感器测量SMA板弯曲时端部附近的位移，并以此作为SMA板端部的弯曲挠度进行后续的计算分析。实际上，由于利用激光传感器测量时的测点位置是固定的，随着SMA板弯曲变形，激光传感器的测点在SMA上的位置是变化的，无法始终保持测量SMA板端部同一位置的位移变化，因此这种测量方法的精度较低。而且，这种方法不能应用于弯曲挠度较大的情况，这是因为挠度较大时激光传感器的测点可能会脱离SMA板。基于图像识别的位移测量方式需要配套的摄像设备和标定参照物，必要时需要使用特定算法对图像进行处理才能获取挠度数据，测量过程过于复杂。使用接触式测量如千分表、拉线传感器等手段会对SMA板试验引入新的载荷，测量精度受限。
[0006]循环寿命试验方面，目前常用的试验手段是SMA热机循环试验，采用带温箱的拉伸试验机对试件施加拉伸机械载荷同时叠加温度载荷进行循环试验，这种试验中，SMA板被置于温箱中，因此试件上温度分布均匀，但由于试件的温度调节必须通过对温箱内整体环境控温才能实现，一般温箱内的温度变化速率小于6℃/min，温箱的加热或冷却效率都较慢，难以实现对试件温度变化的快速控制。现有技术中，使用温箱对SMA板进行热循环试验时单次循环需要20分钟左右，且温度控制难以自动化，开展循环寿命试验调温效率低、工时长、
成本高。
技术实现思路
[0007]本专利技术针对现有技术的不足，设计了一种SMA板弯曲驱动训练和循环寿命试验台，该试验台具备高精度的SMA板弯曲挠度测量能力，能够实现试验过程温度自动控制，可自动进行SMA板的弯曲驱动训练试验或循环寿命试验。
[0008]本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种SMA板弯曲驱动训练和循环寿命试验台，主要包括SMA板、负载单元、温度控制单元、挠度测量单元和数据采集单元。
[0009]所述负载单元为弹簧钢板，弹簧钢板与SMA板叠合连接。弹簧钢板为SMA板的弯曲驱动提供偏置负载。弹簧钢板一端设有安装边，通过锁紧夹具安装在试验框架上，试验件主体挂置于试验框架下方。
[0010]所述温度控制单元包括温度传感器、耐高温加热片、风冷模块、温度控制模块。温度传感器装于SMA板上，并连接温度控制模块。温度控制模块控制耐高温加热片和风冷模块的工作，实现对SMA板的可控加热和冷却。
[0011]所述挠度测量单元包括挠度测量片和激光传感器。挠度测量片软连接于弹簧钢板的下端，受重力影响而自然下垂；激光传感器的位置可调整，能够确保激光始终垂直于挠度测量片；激光传感器通过直接测量挠度测量片的位移，即可得到SMA板端部的弯曲挠度。
[0012]所述数据采集单元安装了温度采集软件和挠度采集软件，实时记录温度传感器和激光传感器采集的数据，便于试验后数据处理。
[0013]本专利技术SMA板试验台的工作原理是：通过耦合SMA板和弹簧钢板，以弹簧钢板为SMA板提供驱动负载。通过耐高温加热片对SMA板进行加热，SMA板发生奥氏体相变，驱动弹簧钢板弯曲，当温度采集模块监测到SMA板上的温度达到奥氏体相变结束温度时停止加热，通过冷却风扇对SMA板降温，SMA板发生马氏体相变，SMA马氏体相变过程中弹性模量较小，在弹簧钢板的偏置回复力作用下恢复形状。相变驱动过程中，挠度测量片始终保持下垂，将SMA板的弯曲挠度转换为挠度测量片的位移，并由激光传感器直接测量并输出至数据采集单元记录。对于SMA板的训练试验，需要根据SMA板的性能设置训练试验次数。对于SMA板的循环疲劳寿命试验，需要根据寿命要求设置试验次数，试验方法与训练试验相同。
[0014]进一步地，所述弹簧钢板作为恒定刚度的偏置负载，为SMA板提供偏置回复力。弹簧钢板的刚度与其厚度相关，不同刚度的弹簧钢板可为SMA板驱动试验提供不同大小的负载，预先通过三点弯曲试验测量不同厚度的弹簧钢板所对应的刚度，以便于在驱动试验中选择合适的弹簧钢板使用。
[0015]进一步地，所述挠度测量片为一块平且薄的金属片。根据测量，挠度测量片对SMA板所施加的附加载荷小于0.05N，相比SMA板的驱动载荷，该附加载荷的影响可忽略不计。
[0016]进一步地，所述温度控制模块包含一台温度仪和两台直流接触器。温度仪中预先设置试验温度循环区间，结合温度传感器采集到的SMA板实时温度，通过两台直流接触器分别作为加热端控制器和冷却端控制器，控制耐高温加热片工作和风冷模块工作，从而实现对SMA板的可控加热和可控冷却。
[0017]进一步地，所述试验框架上根据需要可在不同位置增加夹具，能够适应不同尺寸和规格的试验件的定位需求。
[0018]本试验台主要用于开展SMA板弯曲驱动试验，包括SMA板弯曲驱动训练试验和SMA板弯曲驱动循环寿命试验，试验的具体步骤如下：
[0019]步骤1，进行试验件组装，将SMA板与弹簧钢板、温度传感器、耐高温加热片、挠度测量片组装在一起，然后将试验件安装在试验框架上；
[0020]步骤2，根据SMA板的马氏体相变结束温度和奥氏体相变结束温度，确定SMA板训练温度区间，并将其输入温度控制模块的温度仪，连接温度控制模块的输出给数据采集单元，配置温度采集软件；
[0021]步骤3，调整光学滑轨使激光传感器发本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种SMA板弯曲驱动训练和循环寿命试验台，包括SMA板(2)、负载单元、温度控制单元、挠度测量单元和数据采集单元，其特征在于：所述负载单元为弹簧钢板(1)，弹簧钢板(1)与SMA板(2)叠合连接，为SMA板(2)的弯曲驱动提供偏置负载；所述温度控制单元包括温度传感器(3)、耐高温加热片(4)、风冷模块、温度控制模块(18)；温度传感器(3)安装在SMA板(2)上，并连接温度控制模块(18)；温度控制模块(18)控制耐高温加热片(4)和风冷模块工作，实现对SMA板(2)的加热和冷却；所述挠度测量单元包括挠度测量片(7)和激光传感器(17)，挠度测量片(7)软连接于弹簧钢板(1)的下端，自然下垂；激光传感器(17)位置可调，其通过测量挠度测量片(7)的位移，直接测取SMA板(2)的弯曲挠度；所述数据采集单元安装了温度采集软件和挠度采集软件，实时记录温度传感器(3)和激光传感器(17)采集的数据。2.根据权利要求1所述的SMA板弯曲驱动训练和循环寿命试验台，其特征在于，所述弹簧钢板(1)上端设有安装边，通过锁紧夹具(9)安装在试验框架(8)上。3.根据权利要求1所述的SMA板弯曲驱动训练和循环寿命试验台，其特征在于，所述风冷模块为连接风管(10)的冷却风扇(11)，风管(10)为可弯曲的金属软管，冷却风扇(11)吹出的冷却空气经风管(10)直吹到SMA板(2)上；风管(10)的出风口可调整截面形状，提高冷却效率。4.根据权利要求1所述的SMA板弯曲驱动训练和循环寿命试验台，其特征在于，所述温度传感器(3)采用K型热电偶，直接夹置在弹簧钢板(1)和SMA板(2)之间，或采用粘贴的方式固定在SMA板(2)表面。5.根据权利要求1所述的SMA板弯曲驱动训练和循环寿命试验台，其特征在于，所述耐高温加热片(4)为聚酰亚胺电阻加热片，粘贴在SMA板(2)表面。6.根据权利要求1所述的SMA板弯曲驱动训练和循环寿命试验台，其特征在于，所述挠度测量片(7)为一块平...
【专利技术属性】
技术研发人员：冷佳明，闫晓军，王啸远，闫泽红，饶智祥，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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