[实用新型]一种形状记忆合金热机械疲劳实验装置

说明书

技术领域

本实用新型属于形状记忆合金热力学性能测试技术领域，尤其是形状记忆合金的热机械疲劳失效行为。

背景技术

近三十年来兴行的智能合金材料引起国内外众多学者进行研究。其中，形状记忆合金因其良好的生物相容性，轻质耐磨以及特有的形状记忆特性使得其广泛应用于机械，医疗，航空，汽车等行业。形状记忆特性是指材料或结构在低温下进行加载变形，卸载后的残余变形在升温后逐步恢复到加载前状态的过程。材料或结构在服役过程中，经常发生循环往复的形状记忆效应，材料必将经历重复的加载-卸载-升温-降温-加载循环过程。在此过程中，形状记忆合金的可恢复能力下降，在结构疲劳发生之前有可能发生功能疲劳，影响其正常使用。由于形状记忆合金是一种热敏感材料，形状记忆恢复过程需要温度作为驱动力。因此，该合金的疲劳失效行为是典型的热机械载荷耦合作用过程。

由于马氏体相变是瞬时发生的，热机械疲劳实验需要有快速加热和冷却的装置。现已开发的实验方法仍存在着很多的不足：

1)采用传统高温环境箱进行加热。该加热方式升降温缓慢，试验周期长，在所需大量循环实验的情况下，此种升温方式效率低，无法开展形状记忆合金的疲劳失效行为研究。

2)在形状记忆过程中，当材料升温恢复变形时，材料一旦达到马氏体相变开始温度立刻发生变形恢复。然而，环境箱加热原理是通过热辐射升温，这将导致试样表面温度高于试样内部，即试样受热不均匀，表面材料与内部材料将发生不同步的形状记忆特性，对疲劳失效寿命会产生较大的影响。

3)形状记忆合金循环过程需要获取力、温度和应变数据。传统加热方法很难同步记录力、温度和应变数据。

4)在进行形状记忆热机械疲劳实验时，升温-降温过程中的的应变响应很大，需要精确控制升温-降温过程中的机械载荷，若采用电阻加热与力学试验机组合的方式，电流若流入试验机会影响试验机液压控制系统，若电流流入应变引伸计会影响应变传感器测量精度，使其读数不断波动，因此还需解决绝缘问题。

随着形状记忆合金的形状记忆效应的广泛应用，对于材料的形状记忆效应疲劳失效研究进而进行疲劳寿命预测显得极为重要，现有的实验方法或只能获得单个循环的应力、应变和温度曲线，无法进行疲劳失效试验，或采用传统温度箱加热，使得试验周期变长，且温度数据不宜采集，无法获得多个循环的应力、应变和温度曲线，或进行多个循环实验时无法精确控制力或位移，使得实验结果误差较大，无法揭示材料形状记忆效应疲劳循环过程中的规律。故至今，仍缺少一种对于形状记忆合金材料进行热机械循环疲劳实验的高效精确装置

实用新型内容

鉴于上述现有技术的不足，本实用新型的目的是建立一种基于MTS实验机平台的电加热的形状记忆合金热机械疲劳实验装置，使其克服加热设施与加载设施之间绝缘的难点，通过MTS的数据接口，实现了力、温度和应变的同步实时采集。

本实用新型的目的是通过如下的手段实现的。

一种形状记忆合金热机械疲劳实验装置，与MTS试验机配合实施形状记忆合金热机械疲劳实验，MTS控制器2控制试样的加载和应变数据的获取处理。MTS试验机的试样夹头通过一绝缘夹持装置与被测试样8联接；一可控电加热电源4的输出跨接在被测试样8的两端；一用于测量被测试样即时温度的温度传感器将温度信号输入MTS控制器2，温度控制器7控制电源4的开断使被测试样保持选定的温度；其中：

所述绝缘夹持装置由一对绝缘套和置于绝缘套内上传力垫块11和下传力垫块12构成，上传力垫块11和下传力垫块12夹住试样8与电热导线，绝缘套10沿着轴向套在上传力垫块11和下传力垫块12组合体的外部；传力垫块上具有在试样被拉伸时卡住试样凸部的凸出块16；所述被测试样8为两头具有凸部，中段宽度一致的外形结构。

通过如上的处理，常规的MTS试验机通过液压夹头可将绝缘套包含传力垫块以及试样一起夹持。试样绝缘套采用聚碳酸酯制备，经过测试有良好的强度及刚度，适宜做本实用新型的绝缘套材料，MTS试验机引伸计刀片也经过了绝缘处理。

机械加载主要由MTS试验机完成，可控制不同速率和不同轴向载荷下的多种实验工况；温度加载主要由电源与试样串联后通电生热。由于试样中部横截面积小且延长度方向一样，故在测试区域温度场趋于均匀。