本實用新型涉及形狀記憶合金性能測試領(lǐng)域，具體涉及一種形狀記憶合金熱-力耦合多軸循環(huán)變形實驗裝置。

背景技術(shù)：

隨著科學(xué)的進步，航空航天、生物工程、微電子等高技術(shù)領(lǐng)域正在進行飛速發(fā)展；人們對材料性能的要求也越來越高，傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)材料已經(jīng)不能滿足科學(xué)發(fā)展的需要；所以很多具有特殊功能的材料應(yīng)運而生，形狀記憶合金因其良好的生物相容性，輕質(zhì)耐磨以及特有的形狀記憶特性使其廣泛應(yīng)用于機械、醫(yī)療、航空和汽車等行業(yè)；其中形狀記憶效應(yīng)是該合金廣泛應(yīng)用的主要變形特性，即具有應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變的熱彈性體，在特定溫度下經(jīng)歷某種程度的變形后固定于另一種形態(tài)，隨后加熱并超過馬氏體相變溫度時，材料能完全恢復(fù)到變形前的形態(tài)；在形狀記憶合金進行服役過程中，必將經(jīng)歷如上所述的循環(huán)加載-卸載-升溫-降溫-加載的復(fù)雜形狀記憶過程；而且在此過程中，材料必然會產(chǎn)生形狀記憶的劣化效應(yīng)，伴隨著材料的結(jié)構(gòu)疲勞和功能疲勞失效；同時，在形狀記憶效應(yīng)發(fā)生時，需要溫度作為其相變的驅(qū)動力；可見形狀記憶過程是典型的熱-力耦合作用過程，其疲勞失效行為是典型的熱-力耦合過程。

由于進行疲勞試驗所需時間較長，且馬氏體相變是瞬時發(fā)生的，現(xiàn)有的實驗方法，如傳統(tǒng)環(huán)境箱加熱方法，采用箱內(nèi)溫度的變化來進行熱傳導(dǎo)和熱輻射加熱會導(dǎo)致加熱試樣內(nèi)外溫度不均，導(dǎo)致相變的不均勻，影響實驗結(jié)果；環(huán)境箱的密封特性阻礙了對馬氏體相變帶的原位觀測，同時由于環(huán)境箱所限，該升溫和降溫方式十分緩慢，對于疲勞試驗來說周期過長，無法開展形狀記憶合金的疲勞失效行為研究；在形狀記憶試驗過程中，需要獲取其中的溫度信號，存在獲取數(shù)據(jù)時間不同步的問題；同時，對于形狀記憶合金的熱力耦合疲勞試驗，由于需要不同的溫度-時間加載情況，傳統(tǒng)的加熱裝置無法獲得試樣表面的應(yīng)變場演化，無法捕捉相變帶的演化。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型提供一種能夠同步采集力、溫度和應(yīng)變的形狀記憶合金熱-力耦合多軸循環(huán)變形實驗裝置。

本實用新型采用的技術(shù)方案是：一種形狀記憶合金熱-力耦合多軸循環(huán)變形實驗裝置，包括MTS試驗機和與其連接的MTS控制器；還包括設(shè)置在MTS試驗機測試試樣對應(yīng)位置的光測應(yīng)變測量裝置，光測應(yīng)變測量裝置連接MTS控制器；還包括第一溫度控制器和用于測量MTS試驗機測試試樣溫度的溫度傳感器；溫度傳感器通過變送器連接到MTS控制器；還包括直流加熱電源，其正負極連接MTS試驗機測試試樣兩端；直流加熱電源和MTS試驗機測試試樣之間設(shè)置有第一繼電器，第一繼電器還連接到第一溫度控制器；MTS試驗機測試試樣對應(yīng)位置還設(shè)置有降溫模塊，降溫模塊連接到第一溫度控制器；第一溫度控制器同時連接溫度傳感器和控制裝置；MTS控制器連接控制裝置。

進一步的，所述降溫模塊包括依次連接的降溫裝置、降溫裝置開關(guān)、第二繼電器和第二溫度控制器，第二溫度控制器連接到溫度傳感器。

進一步的，所述降溫模塊還包括通過降溫裝置開關(guān)連接降溫裝置的第三繼電器，第三繼電器還連接到用于為降溫裝置供電的電源。

進一步的，所述MTS試驗機測試試樣通過絕緣夾持裝置連接MTS試驗機的夾頭。

進一步的，所述絕緣夾持裝置包括分別設(shè)置在MTS試驗機測試試樣兩端的兩個結(jié)構(gòu)相同金屬夾具和設(shè)置在金屬夾具外的絕緣套管。

進一步的，所述溫度傳感器通過變送器連接到MTS控制器。

進一步的，所述溫度傳感器為K型溫度傳感器或非接觸式傳感器。

進一步的，所述絕緣套管采用聚碳酸酯制備。

本實用新型的有益效果是：

（1）本實用新型能夠同步采集試驗過程中的力、溫度和應(yīng)變的數(shù)據(jù)；

（2）本實用新型采用光測應(yīng)變測量裝置能夠準確的測出試樣的應(yīng)變大小和相變帶演化，同時保證試樣的完整性，提高試驗結(jié)果的精度；

（3）本實用新型通過溫度傳感器能夠?qū)崟r采集溫度，通過直流加熱電源和降溫模塊實現(xiàn)對溫度的實時控制。

附圖說明

圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實用新型試樣和絕緣夾持裝置的裝配示意圖。

圖3為本實用新型溫度控制程序運行圖。

圖中：1-MTS試驗機，2-光測應(yīng)變測量裝置，3-MTS試驗機測試試樣，4-降溫裝置開關(guān)，5-MTS控制器，6-變送器，7-第二溫度控制器，8-第二繼電器，9-降溫裝置，10-第三繼電器，11-直流加熱電源，12-控制裝置，13-第一繼電器，14-第一溫度控制器，15電源，16-金屬夾具，17-絕緣套管。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步說明。

如圖1、2所示，一種形狀記憶合金熱-力耦合多軸循環(huán)變形實驗裝置，包括MTS試驗機1和與其連接的MTS控制器5；還包括設(shè)置在MTS試驗機測試試樣3對應(yīng)位置的光測應(yīng)變測量裝置2，光測應(yīng)變測量裝置2連接MTS控制器5；還包括第一溫度控制器14和用于測量MTS試驗機測試試樣3溫度的溫度傳感器；溫度傳感器通過變送器6連接到MTS控制器5；還包括直流加熱電源11，其正負極連接MTS試驗機測試試樣3兩端；直流加熱電源11和MTS試驗機測試試樣3之間設(shè)置有第一繼電器13，第一繼電器13還連接到第一溫度控制器14；MTS試驗機測試試樣3對應(yīng)位置還設(shè)置有降溫模塊，降溫模塊連接到第一溫度控制器14；第一溫度控制器14同時連接溫度傳感器和控制裝置12；MTS控制器5連接控制裝置12。

使用時，將各組件進行組裝，將低電阻率導(dǎo)線插入試樣兩端，溫度傳感器采用K型溫度傳感器，將其纏繞在試樣表面，保證其尖端貼于試樣表面，然后將試樣放入MTS試驗機1的試驗夾頭中；試樣采用空心薄壁形狀記憶合金微管，直流加熱電源的正負極連接試樣的兩端；控制裝置12和MTS控制器5控制試樣的軸向和扭轉(zhuǎn)方向加載以及應(yīng)力、應(yīng)變數(shù)據(jù)的采集；溫度傳感器用于測量試樣的即時溫度，溫度信號通過第一溫度控制器14輸入MTS控制器5；第一溫度控制器14控制直流加熱電源14的通斷，第二溫度控制器7控制電源15的通斷，使試樣保持在設(shè)定的溫度；同時通過MTS扭矩裝置及其傳感器進行多軸加載和數(shù)據(jù)采集，獲得力與溫度的相關(guān)數(shù)據(jù)；第一溫度控制器14通過控制裝置12進行串口通信控制，通過程序可控制在特定時間內(nèi)的目標溫度，通過降溫裝置9和直流加熱電源14將試樣溫度控制到MTS控制器5的目標值。

本實用新型裝置可以進行形狀記憶合金在不同溫度下的多軸循環(huán)變形行為實驗，亦可實現(xiàn)形狀記憶合金熱-力耦合實驗；MTS試驗機1測試試樣為空心薄壁形狀記憶合金微管；直流加熱電源14正負極接在MTS試驗機測試試樣3的兩端；降溫模塊控制MTS試驗機測試試樣3的溫度；溫度傳感器將溫度信號輸入MTS控制器5；第一溫度控制器14控制直流加熱電源14，第二溫度控制器7保證在其設(shè)定溫度下的降溫速率，從而達到溫度的實時控制；即在溫度低于第二溫度控制器7的設(shè)定溫度時，降溫模塊才會工作；本實用新型裝置通過MTS試驗機1的拉扭裝置進行多軸加載和數(shù)據(jù)采集獲得力的相關(guān)數(shù)據(jù)；通過溫度傳感器獲得溫度的相關(guān)數(shù)據(jù)，通過光測應(yīng)變測量裝置2獲得應(yīng)變及相變帶的數(shù)據(jù)，可以準確的測出試樣的應(yīng)變大小和相變帶演化，同時保證試樣的完整性，提高了實驗結(jié)果的精度。

進一步的，所述降溫模塊包括依次連接的降溫裝置9、降溫裝置開關(guān)4、第二繼電器8和第二溫度控制器7，第二溫度控制器7連接到溫度傳感器；降溫裝置開關(guān)4控制降溫裝置4的輸出功率，從而調(diào)整其降溫速度，達到更好的降溫效果；第二溫度控制器7控制降溫裝置9的工作，控制試樣的溫度。

進一步的，所述降溫模塊還包括通過降溫裝置開關(guān)4連接降溫裝置9的第三繼電器10，第三繼電器13還連接到用于為降溫裝置9供電的電源15。

進一步的，所述MTS試驗機測試試樣3通過絕緣夾持裝置連接MTS試驗機的夾頭。

進一步的，所述絕緣夾持裝置包括分別設(shè)置在MTS試驗機測試試樣3兩端的兩個結(jié)構(gòu)相同金屬夾具16和設(shè)置在金屬夾具16外的絕緣套管17。

進一步的，所述溫度傳感器通過變送器6連接到MTS控制器5。

進一步的，所述溫度傳感器為K型溫度傳感器或非接觸式傳感器；保證其可用于不同條件下的溫度測量。

進一步的，所述絕緣套管17采用聚碳酸酯制備；聚碳酸酯有良好的強度、剛度及絕緣性，絕緣套管17設(shè)置在金屬夾具16的外部，由于試驗機夾頭有很大的夾持力，故該金屬夾具16不會產(chǎn)生滑移。

溫度控制裝置根據(jù)設(shè)定好的溫度-時間路徑對試樣進行升降溫，MTS試驗機1在MTS控制器5的控制下按加載路徑對MTS試驗機測試試樣3進行多軸加載，同時光測應(yīng)變測量裝置2對實驗過程中MTS試驗機測試試樣3表面進行拍照，根據(jù)拍攝的照片得到實驗過程中MTS試驗機測試試樣3表面的全場軸向和扭向的應(yīng)變響應(yīng)；本實用新型可以擺脫環(huán)境箱升降溫速率慢等缺點，有效地控制試樣的溫度，實現(xiàn)對該合金熱-力耦合循環(huán)變形行為的研究；同時，光測應(yīng)變測量裝置2能夠得到試樣表面的三維全場應(yīng)變響應(yīng)，應(yīng)變的測量為非接觸式的，有效的保證了試樣表面的完整性，MTS控制器5通過變送器6連接溫度傳感器和光測應(yīng)變測量裝置2，達到數(shù)據(jù)同步采集的目的。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。