CN210108579U - 一种用于形状记忆合金约束回复力测试的加热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于形状记忆合金约束回复力测试的加热装置，第一保温层的一侧面与气体搅拌设备的一端面及绝缘导热筒的一端面相连接，第二保温层的一侧面与气体搅拌设备的另一端面及绝缘导热筒的另一端面相连接，第一保温层的外周面及第二保温层的外周面均与电热丝固定筒的内壁密封连接，第一组合式丝材锚具固定于第一保温层的另一侧面上，第二组合式丝材锚具固定于第二保温层的另一侧面上，温度传感器位于绝缘导热筒的内部，外部电源与电热丝相连接，控制器与温度传感器的输出端、气体搅拌设备的控制端及外部电源的控制端相连接；该装置能够实现对形状记忆合金的加热，且具有结构简单、加工制作成本低及可调控加热速率的优点。

Description

一种用于形状记忆合金约束回复力测试的加热装置

技术领域

本实用新型属于形状记忆合金力学性能测试技术领域，涉及一种用于形状记忆合金约束回复力测试的加热装置。

背景技术

形状记忆合金作为新型智能驱动材料，因特有的可逆马氏体相变，在热力载荷作用下表现出形状记忆效应。当约束有塑性预应变的形状记忆合金两端，并将其加热至某特定温度之上，其内部将产生回复应力。近年来，形状记忆合金作为智能驱动器在混凝土主动约束加固、智能预应力结构、预应力纤维以及主动/半主动控制等工程结构领域得到了广泛的应用。

形状记忆合金的约束回复力大小是其在实际工程应用中最为重要的力学参数。目前，形状记忆合金约束回复力测试热触发方法主要有三种：(1)文献《形状记忆合金及其智能混凝土结构研究》中所采用的吹热气至万能试验机自带温控箱内加热的热触发方法；(2)文献《TiNi形状记忆合金在电流激励下的驱动性能研究》中所采用的通电加热热触发方法；(3)文献《形状记忆合金丝致动器新型电热方法及其建模与实验研究》中所采用的于形状记忆合金丝表面缠绕电热丝(漆包线)的方式加热；但上述三种方式均存在缺陷，对于方法1，伸入温控箱中的丝材夹头及金属连接管受热膨胀会影响形状记忆合金约束回复力测试精度，而且该方法加热和冷却效率都很低。前期工作表明：当目标温度设置为100℃时，考虑温度箱内丝材夹头及金属连接管的影响，一次完全加热冷却循环花费时间高达4h以上。对于方法2，通电加热无法直接控制丝材表面温度，且不同的电流施加方案对形状记忆合金回复力-温度迟滞曲线形状影响很大。对于方法3，人工缠绕电热丝会造成丝材表面温度不均，而且直接与形状记忆合金试件接触的电热丝升温速率过快，这都会对测试精度产生较大的影响。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种用于形状记忆合金约束回复力测试的加热装置，该装置能够实现对形状记忆合金的加热，且具有结构简单、加工制作成本低及可调控加热速率的优点。

为达到上述目的，本实用新型所述的用于形状记忆合金约束回复力测试的加热装置包括加热设备、第一保温层、第二保温层、第一组合式丝材锚具、第二组合式丝材锚具、外部电源、控制器及温度传感器，所述加热设备包括气体搅拌设备、绝缘导热筒、电热丝固定筒、绝缘保温筒及电热丝；

气体搅拌设备、绝缘导热筒、电热丝固定筒及绝缘保温筒均为中空结构，气体搅拌设备、绝缘导热筒、电热丝固定筒及绝缘保温筒由内到外依次设置固定，其中，电热丝位于电热丝固定筒内；

第一保温层的一侧面与气体搅拌设备的一端面及绝缘导热筒的一端面相连接，第二保温层的一侧面与气体搅拌设备的另一端面及绝缘导热筒的另一端面相连接，第一保温层的外周面及第二保温层的外周面均与电热丝固定筒的内壁密封连接，第一组合式丝材锚具固定于第一保温层的另一侧面上，第二组合式丝材锚具固定于第二保温层的另一侧面上，温度传感器位于绝缘导热筒的内部，外部电源与电热丝相连接，控制器与温度传感器的输出端、气体搅拌设备的控制端及外部电源的控制端相连接；

形状记忆合金的一端固定于第一组合式丝材锚具上，形状记忆合金的另一端依次穿过第一保温层、气体搅拌设备及第二保温层固定于第二组合式丝材锚具上。

所述第一组合式丝材锚具及第二组合式丝材锚具均包括限位挡板、固定座、紧压螺母、圆台形夹片及锚杯，其中，紧压螺母固定于固定座上，锚杯套接于紧压螺母内且与紧压螺母螺纹连接，形状记忆合金的端部与圆台形夹片相连接，圆台形夹片与锚杯相配合连接，紧压螺母的端面与限位挡板的一侧面相接触，第一组合式丝材锚具中限位挡板的另一侧面与第一保温层的外侧面及电热丝固定筒的端面相连接，第二组合式丝材锚具中限位挡板的另一侧面与第二保温层的外侧面及电热丝固定筒的内壁相连接。

绝缘保温筒与电热丝固定筒之间以及绝缘导热筒与电热丝固定筒之间均通过卡扣相连接。

电热丝呈栅格状均匀排布在电热丝固定筒内。

气体搅拌设备通过支架固定于绝缘导热筒的内壁上。

绝缘导热筒的侧壁上设置有用于放置温度传感器的传感器放置口。

第二保温层的外侧面上设置有滑孔，第二保温层与与其连接的限位挡板围成密封的内部空间。

固定座上设置有用于与外部万能材料试验机上夹头相连接的连接耳。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型所述的用于形状记忆合金约束回复力测试的加热装置在具体操作时，通过控制器、温度传感器及电热丝相配合实现形状记忆合金的加热，为形状记忆合金约束回复力测试提供恒定的高温环境，同时实现升温速率的可控，解决了常见的材料试验机不具备高温环境的问题，另外，本实用新型中通过气体搅拌设备对形状记忆合金加热环境的空气进行搅拌，使得形状记忆合金加热环境的温度场均匀分布，并且结构简单、操作方便，加工成本低，实用灵活。

附图说明

图1为本实用新型的立面图；

图2为本实用新型的截面图；

图3为第一组合式丝材锚具02的结构示意图；

图4为万能材料试验机配合该加热设备01使用图；

图5为采用图4所示设备测试形状记忆合金002约束回复应力的本实用新型变化曲线图。

其中，1为绝缘保温筒、2为电热丝固定筒、3为绝缘导热筒、4为气体搅拌设备、5为卡扣、6为电热丝、7为支架、8为传感器放置口、9为温度传感器、10为第一保温层、11为限位挡板、12为滑孔、13为电线出入口、14为连接耳、15为圆台形夹片、16为锚杯、17为紧压螺母、01为加热设备、02为第一组合式丝材锚具、03为位移传感器、04为200kg负荷传感器、05为夹头、06为控制器、07为计算机、001为形状记忆合金加热装置、002为形状记忆合金。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

参考图1，本实用新型所述的用于形状记忆合金约束回复力测试的加热装置包括加热设备01、第一保温层10、第二保温层、第一组合式丝材锚具02、第二组合式丝材锚具、外部电源、控制器06及温度传感器9，所述加热设备01包括气体搅拌设备4、绝缘导热筒3、电热丝固定筒2、绝缘保温筒1及电热丝6；气体搅拌设备4、绝缘导热筒3、电热丝固定筒2及绝缘保温筒1均为中空结构，气体搅拌设备4、绝缘导热筒3、电热丝固定筒2及绝缘保温筒1由内到外依次设置固定，其中，电热丝6位于电热丝固定筒2内；第一保温层10的一侧面与气体搅拌设备4的一端面及绝缘导热筒3的一端面相连接，第二保温层的一侧面与气体搅拌设备4的另一端面及绝缘导热筒3的另一端面相连接，第一保温层10的外周面及第二保温层的外周面均与电热丝固定筒2的内壁密封连接，第一组合式丝材锚具02固定于第一保温层10的另一侧面上，第二组合式丝材锚具固定于第二保温层的另一侧面上，温度传感器9位于绝缘导热筒3的内部，外部电源与电热丝6相连接，控制器06与温度传感器9的输出端、气体搅拌设备4的控制端及外部电源的控制端相连接；形状记忆合金002的一端固定于第一组合式丝材锚具02上，形状记忆合金002的另一端依次穿过第一保温层10、气体搅拌设备4及第二保温层固定于第二组合式丝材锚具上。

具体的，参考图3，所述第一组合式丝材锚具02及第二组合式丝材锚具均包括限位挡板11、固定座、紧压螺母17、圆台形夹片15及锚杯16，其中，紧压螺母17固定于固定座上，锚杯16套接于紧压螺母17内且与紧压螺母17螺纹连接，形状记忆合金002的端部与圆台形夹片15相连接，圆台形夹片15与锚杯16相配合连接，紧压螺母17的端面与限位挡板11的一侧面相接触，第一组合式丝材锚具02中限位挡板11的另一侧面与第一保温层10的外侧面及电热丝固定筒2的端面相连接，第二组合式丝材锚具中限位挡板11的另一侧面与第二保温层的外侧面及电热丝固定筒2的内壁相连接；第二保温层的外侧面上设置有滑孔12，第二保温层与与其连接的限位挡板11围成密封的内部空间；固定座上设置有用于与外部万能材料试验机上夹头05相连接的连接耳14。

需要说明的是，绝缘保温筒1与电热丝固定筒2之间以及绝缘导热筒3与电热丝固定筒2之间均通过卡扣5相连接；电热丝6呈栅格状均匀排布在电热丝固定筒2内；气体搅拌设备4通过支架7固定于绝缘导热筒3的内壁上；绝缘导热筒3的侧壁上设置有用于放置温度传感器9的传感器放置口8。

另外，所述第一保温层10、第二保温层、第一组合式丝材锚具02、第二第组合式丝材锚具和限位挡板11的中心处均设有孔洞，用于形状记忆合金002的固定和穿过；绝缘保温筒1、绝缘导热筒3、电热丝固定筒2均设有电线出入口13，用于外部设备与传感器及气体搅拌设备4相连接。

所述温度传感器9用于测试绝缘导热筒3内部的温度，温度传感器9与控制器06相连，通过其采集的温度信息来控制电热丝6的加热功率，进而控制本实用新型所述形状记忆合金加热装置001的升温速率。

圆台形夹片15上与形状记忆合金002接触的位置涂覆有隔热材料，以防止组合式丝材锚具热膨胀对回复力测试精度的影响。

图4为万能材料试验机配合该加热设备01的使用图，结合图4具体说明该加热装置与万能材料试验机配合测试形状记忆合金002约束回复力的工作过程：

1)在室温下对形状记忆合金002进行单向拉伸，拉伸至预设拉伸应变值处；

2)当拉伸至预设应变值后，卸载拉伸应力至5MPa并保持夹头05不动，以获得恒定的变形量；

3)启动加热装置对形状记忆合金002进行加热，当达到目标温度后停止加热，自然冷却至室温，从而获得约束回复应力-温度试验曲线；

试验全程开启控制器06采集温度信息，图5为采用该装置测试处的形状记忆合金002约束回复应力变化曲线。

本具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受专利法的保护。

Claims (8)

1.一种用于形状记忆合金约束回复力测试的加热装置，其特征在于，包括加热设备(01)、第一保温层(10)、第二保温层、第一组合式丝材锚具(02)、第二组合式丝材锚具、外部电源、控制器(06)及温度传感器(9)，所述加热设备(01)包括气体搅拌设备(4)、绝缘导热筒(3)、电热丝固定筒(2)、绝缘保温筒(1)及电热丝(6)；

气体搅拌设备(4)、绝缘导热筒(3)、电热丝固定筒(2)及绝缘保温筒(1)均为中空结构，气体搅拌设备(4)、绝缘导热筒(3)、电热丝固定筒(2)及绝缘保温筒(1)由内到外依次设置固定，其中，电热丝(6)位于电热丝固定筒(2)内；

第一保温层(10)的一侧面与气体搅拌设备(4)的一端面及绝缘导热筒(3)的一端面相连接，第二保温层的一侧面与气体搅拌设备(4)的另一端面及绝缘导热筒(3)的另一端面相连接，第一保温层(10)的外周面及第二保温层的外周面均与电热丝固定筒(2)的内壁密封连接，第一组合式丝材锚具(02)固定于第一保温层(10)的另一侧面上，第二组合式丝材锚具固定于第二保温层的另一侧面上，温度传感器(9)位于绝缘导热筒(3)的内部，外部电源与电热丝(6)相连接，控制器(06)与温度传感器(9)的输出端、气体搅拌设备(4)的控制端及外部电源的控制端相连接；

形状记忆合金(002)的一端固定于第一组合式丝材锚具(02)上，形状记忆合金(002)的另一端依次穿过第一保温层(10)、气体搅拌设备(4)及第二保温层固定于第二组合式丝材锚具上。

2.根据权利要求1所述的用于形状记忆合金约束回复力测试的加热装置，其特征在于，所述第一组合式丝材锚具(02)及第二组合式丝材锚具均包括限位挡板(11)、固定座、紧压螺母(17)、圆台形夹片(15)及锚杯(16)，其中，紧压螺母(17)固定于固定座上，锚杯(16)套接于紧压螺母(17)内且与紧压螺母(17)螺纹连接，形状记忆合金(002)的端部与圆台形夹片(15)相连接，圆台形夹片(15)与锚杯(16)相配合连接，紧压螺母(17)的端面与限位挡板(11)的一侧面相接触，第一组合式丝材锚具(02)中限位挡板(11)的另一侧面与第一保温层(10)的外侧面及电热丝固定筒(2)的端面相连接，第二组合式丝材锚具中限位挡板(11)的另一侧面与第二保温层的外侧面及电热丝固定筒(2)的内壁相连接。

3.根据权利要求1所述的用于形状记忆合金约束回复力测试的加热装置，其特征在于，绝缘保温筒(1)与电热丝固定筒(2)之间以及绝缘导热筒(3)与电热丝固定筒(2)之间均通过卡扣(5)相连接。

4.根据权利要求1所述的用于形状记忆合金约束回复力测试的加热装置，其特征在于，电热丝(6)呈栅格状均匀排布在电热丝固定筒(2)内。

5.根据权利要求1所述的用于形状记忆合金约束回复力测试的加热装置，其特征在于，气体搅拌设备(4)通过支架(7)固定于绝缘导热筒(3)的内壁上。

6.根据权利要求1所述的用于形状记忆合金约束回复力测试的加热装置，其特征在于，绝缘导热筒(3)的侧壁上设置有用于放置温度传感器(9)的传感器放置口(8)。

7.根据权利要求2所述的用于形状记忆合金约束回复力测试的加热装置，其特征在于，第二保温层的外侧面上设置有滑孔(12)，第二保温层与其连接的限位挡板(11)围成密封的内部空间。

8.根据权利要求2所述的用于形状记忆合金约束回复力测试的加热装置，其特征在于，固定座上设置有用于与外部万能材料试验机上夹头(05)相连接的连接耳(14)。

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