桥检车租赁， 桥检车出租， 桥检车出租公司 SMA力学特性实验研究 基于SMA的形状记忆特点进行驱动器设计，首先应对所选用的SMA材料进行基本力学特性实验研究。常温时SMA丝受力作用微观上发生应力诱导孪晶马氏体向非孪晶马氏体的相位转化，此过程中低弹性模量导致SMA丝受力作用下产生可回复应变。同根SMA丝中不同马氏体相在向奥氏体相转化中表现出的特性也不一致，影响SMA丝中不同马氏体相含量的因素包括单根丝的拉伸速率、拉伸幅值等，因此需要对SMA丝进行相关力学实验研究在不同加载条件下合金所表现的力学特性，并与SMA丝有限元仿真结果对比，这对后续利用SMA丝进行驱动器设计分析具有重要的影响。 选用美国DYNALLOY公司生产，直径150μm、长158mm记忆合金丝进行SMA丝力学特性研究，探究拉伸速率、拉伸幅值对合金丝驱动特性影响。该型号SMA丝马氏体相转变初始温度72℃，马氏体相转变终止温度62℃，奥氏体相转变初始温度为88℃，奥氏体相转变终止温度98℃。 硬件方面利用微机电控拉伸试验机进行拉伸试验，利用试验机采集软件对实验结果进行记录。对单根SMA丝进行不同拉伸速率实验以及拉伸幅值实验，实验时利用夹具和铜箍对合金丝固定，实验过程中SMA丝一端固定，另一端随拉伸试验机上升或下降。
1 拉伸速率对SMA丝驱动特性的影响： SMA丝内部孪晶马氏体与非孪晶马氏体含量对合金丝表现出的力学性能起至关重要的影响，SMA丝拉伸速率的不同直接影响马氏体丝中两相体积分数，进而影响SMA丝驱动过程。分别对直径为150μmSMA丝进行拉伸速率为3mm/min、4mm/min、5mm/min、6mm/min、8mm/min的拉伸实验，拉伸幅值设定为常温状态马氏体丝长度的6%，需要注意的是，在拉伸卸载后对未经通电加热的SMA丝进行可回复形变值的测量，实验过程中利用拉伸机采集软件对实验过程中SMA丝的力-位移曲线进行记录。 不同拉伸速率时SMA丝力-位移曲线结果表明，随着拉伸机拉伸速率的增加，由马氏体丝力-位移曲线与坐标轴间的力环呈向外扩展趋势，初始到达弹性模量转折点的应变率不断增加，从3mm/min拉伸速率下0.642%应变处发生转折增加至8mm/min拉伸速率下0.746%应变处到达转折点。随着拉伸速率的不断增加，到达合金丝平台期的力逐渐增大，由3mm/min速率时的2.193N增加至8mm/min时的4.011N，而平台期长度变化呈逐渐减小趋势，从3mm/min拉伸速率时的3.47%平台长度减少至8mm/min拉伸速率下1.41%的平台长度。 不同拉伸速率后可恢复残余应变：在拉伸幅值相同的情况下，SMA的可回复形变值随着拉伸速率整体呈上升趋势，由3mm/min拉伸速率下4.16%的卸载后可回复形变增加至8mm/min拉伸速率下5.54%的可回复形变。可回复形变值决定了SMA驱动器设计的最大驱动行程，根据不同速率拉伸实验可知，SMA丝的可回复形变随拉伸速率的增加而增加，适当提高合金丝的拉伸速率有利于增加驱动器的驱动行程。
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2 拉伸幅值对SMA丝驱动特性的影响： 相较于普通金属延展性差、应变率小的特性，形状记忆合金材料最大可回复应变达8%，这是常规金属材料不可实现的。对SMA丝施加外力作用卸载后，合金丝由于自身特性产生小幅收缩，但仍存在较大比例的残留应变。SMA丝在常温马氏体相时表现为较小的弹性模量，在施加合适激励时发生相位转变为高温奥氏体，以此产生驱动位移。而此过程中产生的驱动位移与实际SMA丝预拉伸的长度息息相关，为研究拉伸幅值对SMA丝驱动特性的影响，对室温时拉伸前长度168mm的SMA丝设定施加不同拉伸幅值的作用。对SMA丝在4mm/min加载速率下进行幅值为2%、3%、4%、5%、6%的拉伸实验。 从室温时不同拉伸幅值时SMA丝的力-位移曲线可知，SMA丝到达力平台期的应变值基本保持不变。当拉伸幅值小于等于4%时，合金丝在首次达到弹性模量转角后，全过程均处于力平台期。当拉伸幅值大于4%时，SMA丝在平台期结束后内部应力迅速增加，合金丝的弹性模量从平台期的2.254GPa转变为平台期结束后的19.857GPa。 在对合金丝卸载后，合金丝产生较小回复量，整理实验数据得到不同拉伸幅值实验后合金丝的可恢复残余应变值。随着施加在SMA丝上的拉伸幅值量的增加，卸载后合金丝的可恢复残余应变值不断增加。SMA丝在不受外界因素影响时自身应变恢复效果较弱，可利用剩余的残余应变进行驱动器设计。 将不同拉伸幅值时SMA丝力-位移曲线与有限元仿真结果对比，实验过程中SMA丝在拉伸幅值2%、4%时与有限元仿真结果具有较高吻合度，且表现出的变化趋势相同。而当拉伸幅值大于4%时，与有限元仿真趋势不同的是，实验结果中合金丝力突破平台期后迅速增大。导致这一差异的主要原因在于，仿真过程中未定义拉伸速率，而在拉伸实验中设定拉伸速率为4mm/min，拉伸速率的差异对平台期长度存在较大影响。当拉伸幅值小于等于4%时，仿真曲线与实验相近，表明在此拉伸范围内有限元模型的准确性与可行性，为后续利用SMA丝力学特性曲线推导力学模型提供理论基础。
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