[发明专利]一种用于磁致变形材料实验测试的磁场动态加载控制装置

说明书

本发明公开了一种用于磁致变形材料实验测试的磁场动态加载控制装置，包括基座；动力模块，设置在基座上，动力模块包括驱动部；旋转台，包括旋转底座、支撑平台以及样品夹持平台，旋转底座固定设置在驱动部上，驱动部驱动旋转台绕第一方向轴转动，支撑平台转动设置在旋转底座上，支撑平台绕第二方向轴转动，样品夹持平台滑动设置在支撑平台上，第一方向轴和第二方向轴相互垂直，样品夹持平台的滑动方向垂直于第二方向轴，样品夹持平台用于放置待测试样品；控制系统，与动力模块连接，用于控制旋转台；以及图像采集系统，固定设置在旋转底座上，用于采集待测试样品的实时数据。该装置利用动态旋转控制和实时观测来研究磁致变形材料的材料性能、形貌特征、微观结构等。

技术领域

本发明涉及磁致变形材料动态磁场加载实验领域，特别涉及一种用于磁致变形材料实验测试的磁场动态加载控制装置。

背景技术

以磁性形状记忆合金、磁流变弹性体、磁性水凝胶等为代表的磁致变形材料具有其独特的材料性能，在航空航天、生物医学、机器人制造等高新技术领域受到越来越广泛的关注。例如，磁性形状记忆合金兼具可恢复磁致变形和热弹性形状记忆效应，已被视为制造新一代功能器件(驱动器、传感器等)的理想材料；磁流变弹性体相对于磁流变液具有的可控性、可逆性、快速响应、稳定性、轻质等特点，可广泛用于变刚度控制器、阻尼器等；磁性水凝胶材料具有良好的生物相容性、可降解等特点，可作为药物传递装置、核磁共振造影剂、热疗剂等的优选材料。

磁致变形材料的共同特点就是磁场敏感性，即在磁场作用下自身的材料性能、形貌特征、微观结构等会产生改变，而大部分磁致变形材料的应用研发也正是利用了这一特性。因此，研究磁场对磁致变形材料的影响显得意义重大。在磁致变形材料的磁场加载实验方面，目前科研人员已经开展了大量的实验研究，其中大部分实验工作主要关注其准静态磁力学行为。如Müllner等研究了磁性形状记忆合金样品在旋转磁场作用下的轴向伸缩变形并对其疲劳损伤进行了分析，Kucza等讨论了磁性形状记忆合金样品的长宽比对其弯曲应变和轴向应变的影响，Saren等利用激光测振技术测量了脉冲磁场作用下磁性形状记忆合金样品中孪晶界面的迁移速度，Fuchs等研究了磁场对磁流变弹性体刚度的影响，Saslawski和Liu等讨论了磁场对不同类型磁性水凝胶药物释放装置药物释放速率的促进和抑制作用等。

在磁致变形材料的实际应用中，其更多受到的是动态的、多场耦合的、多种模式的加载方式，但在这些加载方式下还有很多关键问题没有得到有效的解决。比如在多模式动态磁场加载下，形状记忆合金孪晶界面的形成与动态演化，多变体存在所形成复杂孪晶结构的形状等还不能清楚地描述；磁流变弹性体、磁性水凝胶疲劳性能、损伤机理与动态发展、微观结构的动态演化，各向异性磁流变弹性体材料力学性能与动态磁场加载时方向角、强度等的准确关系等还不能很好的表示，这些关键问题不能得到有效解决对磁致变形材料的应用和推广造成了很大的阻碍。

为了全面解析磁致变形材料在动态磁场加载下的复杂磁力学行为，在实验方案、测量方法、观测手段等方面还需进一步改进。现有实验方案所存在的主要问题包括：

1、现有实验方案更多关注磁致变形材料的准静态磁场加载实验，无法系统地进行多种模式的动态磁场加载实验，无法全面解析磁致变形材料的复杂动态磁力学行为。

2、现有实验方案的测量方法和观测手段等不利于描述磁致变形材料的复杂动态磁力学行为，比如磁性形状记忆合金孪晶结构的动态演化、磁流变弹性体和磁性水凝胶疲劳损伤的动态发展历程等。

3、为了准确描述磁致变形材料复杂的动态磁力学响应，需要电磁铁提供较强、可调节、持续稳定的旋转磁场，这样的实验方案对大型电磁铁来说难以实现，这也成为了多种加载模式的动态磁场加载实验开展的阻碍。

因此，设计一种适用于磁致变形材料的动态旋转磁场加载实验装置，可以提供多种动态磁场加载模式以全面解析磁致变形材料的材料性能、形貌特征、微观结构的动态演化等复杂动态磁力学行为的实验装置，是本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容