SMA丝的测试原理与方法.pptVIP

SMA丝的测试原理与方法 测试实验的目的 测试实验的原理 测试实验的设备 测试实验的步骤 数据处理 测试系统的参考设备 拉伸测试机 温度控制系统 测量位移的传感器，温度传感器，力传感器，负载单元系统，精密电阻测量仪。 测量相变温度的仪器 相变温度测量仪 测试系统原理图 测试样品的要求与特性 材料种类:NiTi或铁系SMA等，需要考虑能够提供式样的厂家的情况 。 截面形状 :圆形 ,矩形，工字形 。 截面尺寸，长度:一般特性测量：取圆形，丝径0.4mm，长度100mm。用于机器鱼：丝径2.5mm，长度100mm。 材料的成分 :49.5%-50.5%或各自为50% 。 样品形状：丝或弹簧形式 SME种类: 单向记忆还是双向记忆 ，最好是双向记忆效应 系统测试对温度的要求 材料相变温度：Ms，Mf，As，Af（以Ni-50.5%Ti-49.5%为例，Ms＝43.5℃；Mf＝40.7℃，As＝52.0℃，Af＝65.0℃ ），用Pyris–6 DSC测量 。 过程中的环境温度 ：范围（20 ℃ ～90 ℃ ）使用2个热电偶：一个测量环境温度，一个K型热电偶测量合金丝温度。测量精度0.1℃？ 丝和K型热电偶用高电绝缘和高热传导的材料连接，连接关系图如下。 环境加热方式时，丝的温度信息提供给温控仪；而丝加热方式时，环境的温度信息提供给温控仪。 K型热电偶与合金丝连接示意图 系统测试对应变的要求 合金丝应变有最大值的限制：对于一般的SMA，其可恢复性相对应变一般只有百分之几 。具体值生产厂家提供。 测量应变是通过测量位移来实现的，根据最大相对应变和丝的有效长度获得位移的范围。测量精度为0.02mm应该可以满足要求。 位移测量使用LVDT.其外形结构如图。 系统测试对拉力的要求 拉力的测量可以通过丝下端增减载荷来实现应力的改变，方法简单，要求载荷的最小单元必须足够小。载荷的范围30kg以内，载荷的单元精度：1g，结构示意图如右。 对合金丝电阻测量要求 电阻是相变温度的函数 ，电阻相对较小，一般只有几个欧姆。测量精度最好到0.01Ω。 测量电阻的测头要能在高温（100℃）下正常使用。 测头和丝要可靠的接触。 合金丝的固定与调整问题 合金丝采用机械夹头固定。 丝的松紧状态有螺栓调整。 细丝细长弹簧测量问题 直接测量 用套筒约束非轴向的自由度 位移传感器的安装调整问题 合金丝的应变表现为轴向上的位移，可恢复性应变范围为有效长度*相对应变，假设100mm有效长度，相对应变约6%，其最大应变量约100×0.06＝6mm，采用的传感器测量范围可以为±10mm，精度达0.02mm应该可以满足要求， 温度控制及加热方法问题 利用热电偶测量的环境温度和丝的温度、以及设定的温度，来控制温控仪加热的时间，达到一个准静态热平衡的状态时 。 测试过程与步骤 测试设备 加热方式 测试步骤描述 数据记录 实验注意事项 应力与应变，应力与温度关系 恒定温度下，应力与应变的关系 加热的方式：测试腔环境加热和合金丝直接加热 。 为了满足准静态热平衡的条件，加热的温升速率不高于5℃/min 。 根据厂家提供的式样的最高相对应变值来设定加载过程中的最大应变值 。 由于SMA是一个与过程有关联的材料，意思是在相同的应力下，温度和应变存在多个状态。所以必须保证在各个温度值下的测试都有一个共同的起点条件 。 应力与应变的关系测试步骤 (1)在每个设定的温度值时，都是首先在没有加载的状态下，加热到Af温度点以上，然后再降温到Mf以下。 （2）然后以不高于5℃/min的温升速率来加热到设定的温度. (3)在此温度下，维持加热腔环境温度条件不变，慢慢加载，记录下对应载荷下的应变，电阻值 。 恒应变下，应力和温度的关系 该实验是在不同的应变下，测量应力和温度的关系 。 实验过程是设定一个应变值（在可恢复范围内），加热来改变丝的温度，它的两端因受固定约束，将产生轴向的伸缩力（双向SME）或收缩力（单向SME），这个力也是丝作为驱动器的驱动力。 使用和前面相同的加热速率和起点条件。 拉伸产生的应变速率不能过快，大约5x10-4/s。 应力与温度的关系系统测试图 应力与温度的关系测试步骤 (1)在每个设定的温度值时，都是首先在没有加载的状态下，加热到Af温度点以上，然后再降温到Mf以下。 （2）恒应变的产生方法是在一个低于As的温度下 ，通过预加载，产生了一个伸长的预应变 ，记录此时的应变值（称为总应变）。卸载后，记录残余应变值。 (3)调整使丝保持刚刚处于拉紧的应变状态，固定测试机上约束丝的两端的机构，然后加热腔室，温度升高，必然使丝的变形也随之改变，通过在丝的下端添加负载，使丝的总长度保持不变，记录下此时的温度和负载重量 ,电阻值。 (4)然后再加热升温，