Способ термомеханических исследований эффекта памяти формы и эффекта пластичности превращения термочувствительных элементов и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, а более конкретно - к технике для теплофизических измерений, и может быть использовано при исследовании устройств и механизмов с термочувствительными элементами (ТЧЭ) из материала с памятью формы; для исследования самих ТЧЭ, например, для определения их частотных характеристик. Целью изобретения является повьшение точности и удобства исследований, а также повышение их информативности за счет обеспечения непрерывности измерений . Способ термомеханических исследований эффекта памяти формы и эффекта пластичности преврашения ТЧЭ включает нагружение термочувствительного элемента из материала с памятью формы, термоциклирование в диапазоне температур мартенситного превращения . Перед испытанием определяют изотермические диаграммы нагружения ТЧЭ в диапазоне температур мартенситного преврашения, а об изменении температуры во времени судят по изменению во времени степени деформации ТЧЭ под действием нагрузки. Устройство для реализации способа содержит исследуемый ТЧЭ, выходное звено которого соединено с нагрузкой и который снабжен средством нагрева. Выходное звено ТЧЭ кинематически связано с датчиком положения, который электрически связан с входом шлейфового осциллографа . Повышение точности достигается за счет того, что ТЧЭ сам реагирует на изменение температуры изменением степени деформации под нагрузкой, и, таким образом, тепловая инерционность датчика не влияет на результат измерений,. Измерйется не температура, а степень деформации ТЧЭ, а о температуре судят по результатам предварительно полученных изотермических диаграмм нагружения. Как правило, такие диаграммы являются паспортными характеристиками ТЧЭ, что упрощает практическую реализацию способа. При Э.ТОМ датчик положения (которым измеряется степень деформации ) расположен вне зоны ТЧЭ. Это повышает удобство измерений, особенно при исследования ТЧЭ, установленных в реальных устройствах и механизмах, где не всегда имеется доступ к ТЧЭ, и дополнительно повьппает точность измерения , т.к. датчик не на картиру теплообмена между ТЧЭ и окружающей средой. Кроме того, измерения предложенным способом производятся с (Л со ел о сд о:

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЩИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (191 (11) (511 4 G 01 t1 25/00

ВСГЩЖЯФ%

0,» Э1 116

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4065061/31-25 (22) 05.05.86 (46) 07.11.87. Бюл. Р 41 (71) Ленинградский кораблестроительный институт (72) Е.П. Носов и А.В. Остапенко (53) 536.6(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 970131, кл. С 01 К 7/00, 1978.

О. 1ercier, К.N. Melton. Kinetics

and thermodynamics of the snapememory efEect in martensitic NiTi

and (Си„ Нi„ „ )Ti alloeys. — Journal

of applay physics, v. 50, Р 9, р. 5747-5756. (54) СПОСОЕ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ЭФФЕКТА ПАМЯТИ ФОРМЫ И ЭФФЕКТА ПЛАСТИЧНОСТИ ПРЕВРАЩЕНИЯ ТЕРМОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, а более конкретно — к технике для теплофизических измерений, и может быть использовано при исследовании уст ройств и механизмов с термочувствительными элементами (ТЧЭ) из материала с памятью формы; для исследования самих ТЧЭ, например, для определения их частотных характеристик. Целью изобретения является повышение точности и удобства исследований, а также повышение их информативности за счет обеспечения непрерывности измерений. Способ термомеханических исследований эффекта памяти формы и эффекта пластичности преврашения ТЧЭ включает нагружение термочувствительного элемента из материала с памятью формы, термоциклирование в диапазоне температур мартенситного превращения. Перед испытанием определяют изо термические диаграммы нагружения ТЧЭ в диапазоне температур мартенситного преврашения, а об изменении температуры во времени судят по изменению во времени степени деформации ТЧЭ под действием нагрузки ° Устройство для реализации способа содержит исследуемый ТЧЭ, выходное звено которого соединено с нагрузкой и который снабжен средством нагрева. Выходное звено ТЧЭ кинематически связано с датчиком положения, который электрически связан с входом шлейфового осциллографа. Повышение точности достигается за счет того, что ТЧЭ сам реагирует на изменение температуры изменением степени деформации под нагрузкой, и, таким образом, тепловая инерционность датчика не влияет на результат измерений,. Измеряется не температура, а степень деформации >

ТЧЭ, а о температуре судят по результатам предварительно полученных изотермических диаграмм нагружения. Как правило, такие диаграммы являются паспортными характеристиками ТЧЭ, что упрощает практическую реализацию способа. При этом датчик положения (которым измеряется степень деформации) расположен вне зоны ТЧЭ. Это повышает удобство измерений, особенно при исследования ТЧЭ, установленных в реальных устройствах H механизмах, где не всегда имеется доступ к ТЧЭ, и дополнительно повышает точность измерения, т.к. датчик не влияет на кар. тиру теплообмена между ТЧЭ и окружающей средой. Кроме того, измерения предложенным способом производятся

1 150576 непрерывно, что повышает научную ценность результатов измерения. При этом определяются основные с точки зрения практического применения ТЧЭ параметры эффектов памяти формы и

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, а более конкретно к технике для теплофизических измерений, и может быть использовано при исслецовании устройств и механизмов с термочувствительными .элементами ТЧЭ из материала с памятью формулы; для исследования самих ТЧЭ, например для определения их частотных характеристик. 10

Целью изобретения является повышение точности и удобства исследований, а также повышение их информативности путем обеспечения непрерывности измерений. 15

Повышение точности достигается эа счет того, что ТЧЭ сам реагирует на изменение температуры изменением степени деформации под нагрузкой и, таким образом, тепловая инерционность 20 известного датчика не влияет на ре. зультат измерений, Измеряется не температура, а степень деформации ТЧЭ а о температуре судят по результатам предварительно полученных изотермических диаграмм нагружения. Такие диаграммы являются паспортными характеристиками ТЧЭ, что упрощает практическую реализацию способа. При этом датчик положения, которым измеряется степень деформации, расположен вне зоны ТЧЭ. Это повышает удобство измерений, особенно при исследовании

ТЧЭ, установленных в реальных устройствах и механизмах, где не всегда 35 имеется доступ к ТЧЭ, и дополнительно повышает точность измерения, так как датчик не влияет на картину теплообмена между ТЧЭ и окружающей средой. 40

Кроме того, измерения предложенным способом производятся непрерывно, а не ступенчато как по известному способу, что повышает информативность измерения. При этом определяются основные с точки зрения: практического применения ТЧЭ параметры эффектов пластичности превращения, степень деформации, величина механических напряжений и температура ТЧЭ, а также их изменение во времени при нагреве и охлаждении. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

2 памяти формы и пластичности превращения: степень деформации, величина механических напряжений и температура ТЧЭ, а также их изменение во времени при нагреве и охлаждении.

Практическая значимость предложенных способа измерения и устройства заключается в том,,что устройства и механизмы с ТЧЭ; как правило, работают в противофазе, т„е. поочередно деформируют друг друга. При этом нельзя нагревать следующий ТЧЭ, пока не остыл предыдущий. Предложенным способом можно определить скорость падения механических напряжений и температуру в ТЧЭ, что позволит определить их амплитудно-частотные характеристики

На фиг. t показана схема измерений; на фиг. 2 — результаты опытной проверки параметров пластичности превращения, полученных предлагаемым способом.

Предлагаемый способ был опробован на ТЧЭ в виде проволоки диаметром

2 мм и 0,2 мм из сплава ТН-1. Изотермические кривые в координатных осях напряжение-деформация показаны ча фиг. 2.

На схеме измерений показан термочувствительный элемент ТЧЭ 1, который одним концом жестко прикреплен к неподвижной опоре 2„ а другим концом связан с гибкой тягой 3, к которой подвешен груз 4. Тяга закреплена на барабане 5 скобой 6, установленной в проточку 7. На оси 8 барабана 7 установлен потенциометрический датчик, крайние точки которого соединены с аккумуляторной батареей АБ, а подвижный контакт электрически связан с входом операционного усилителя, выход которого соединен с входом шлейфного осциллографа.

Измерения производили следующим образом.

1 1 1

Т 13. 1 наl рi жали гру:3ом, кo I oðblII на Водил В Т ЧЗ Ilc I II!Тательное1 ме хани ческое напряжения С>, под действием которого ТЧЗ растягивался. При

5 нагреве ТЧЭ через диапазон температур обратного мартенситного превращения реализовывался эффект памяти формы, ТЧЭ сокращался. Однако восстановление формы не было не полным, 10 .а соответствовало „ =Е б,, где E модуль упругости высокотемпературной фазы (полное восстановление произошло бы при устранении груза 4).

Нагрев может осуществляться откры- t5 тым пламенем, электроконтактным, а также любым другим методом. После отключения ТЧЭ от источника нагрева он начинает остывать, а поскольку в процессе охлаждения через диапазон 20 температур мартенситного превращения сопротивление деформации падает (эффект пластичности превращения), то величина деформации, наводимой напряжением O,,увеличивается. На осцил- 25 лографе получается результат в виде изменения степени деформации ТЧЭ во времени (нижние кривые на фиг. 2).

Охлаждение происходит за период Т.

Поскольку каждому значению степени ЗГ деформации соответствует определенная величина падения пластичности, . то по степени деформации в данный момент времени однозначно определяются сопротивление неупругому деформированию и температура ТЧЭ. Так, например, охлаждение до температуры

48 С, точка А1, произойдет за врео мя а„, а до температуры 38 С вЂ” за время а и т.д. 40

Способ можно использовать не только для измерения параметров пластичности превращения и памяти формы отдельных ТЧЭ, но и для измерения этих параметров в устройствах. Для 45 этого достаточно связать датчик положения с выходным звеном устройства.

В качестве датчика положения может использоваться не только потенциометр, но и другие, напРимеР, индук- 50 ционные датчики.

Использование предлагаемого изобретения не должно вызвать затруднений, связанных с переходом на новый способ измерения, поскольку техничес- 55 кая реализация предлагаемого способа проста и не требует использования уникального оборудования. Способ реализуется при помощи широкораспростРа НГН НЫХ э ll(Мг II ГО В II IITPII>IO 0 ПОТЕ Н цпометричесьих 3I;Iгчиков и шлейфных о с пил lo I рафо 13 .

Таким образом, предложенное решение обеспечивает возможность IIoI3bllllc ния точности измерений эа счет того, что при изменении температуры элемента под нагрузкой изменяется степень его деформации, что обуславливается эффектом пластичности превращения (при охлажде гии) или эффектом памяти формы (при нагреве). Т.е. датчиком является сам ТЧЭ. Измерения степени деформации ТЧЭ производятся беэ запаздывания, связанного при традиционных способах измерения терморезисторами или термопарами с тепловой инерционностью датчика температуры.

Иэотермы материала о памятью формы являются паспортными характеристиками материала и хорошо известны.

Кроме того, дополнительно повышается точность измерения закона изменения температуры при исследовании конкретных устройств с ТЧЭ из материала с памятью формы за счет того, что при исследовании нет необходимости устанавливать датчик и соединительно-крепежные элементы на ТЧЭ, что

Вызывало бы изменение картины теплообмена. Датчик де,3ормации может на,<одиться за пределами самого исследуемого устройства.

Упрощается процесс измерения за счет того, что при исследовании нет необходимости в разборке уетройства для установки на ТЧЭ датчиков температуры и последующей герметизации электрических проводов, связывающих датчик с измерительной системой. Измерения производятся за пределами исследуемого устройства.

Повышается унифицированность процесса измерения за счет того, что один и тот же датчик деформации с осциллографом может быть использован для измерения в разных устройствах, работающих в различных диапазонах температур.

Измерения предложенным способом могут производиться в химически активных средах. ТЧЭ имеют высокую химическую стойкость, что определяет возможность их применения в таких средах, опнако не все традиционные датчики способны работать в пвследних.

Измерения производятся непрерывно, а не ступенчато как по известно г 1 му способу, при любых скоростях термоциклирования, что повышает научную ценность результатов измерения.

Формула изобретения

1. Способ термомеханических исследований эффекта памяти формы и эффекта пластичности превращения термо- 10 чувствительных элементов, включающий нагружение исследуемого элемента из материала с памятью формы, последующее термоциклирование с,циапазоне температур мартенситного превращения и определение величины механических напряжений, температуры термочувствительного элемента, а также изменение этих величин во времени при нагреве и охлаждении, о т л и ч а ю— щ и Й с я тем, что, с целью повышения точности и удобства исследований, а также повышения их информативности путем обеспечения непрерывности измерений, во время термоциклиро- 25 вания дополнительно измеряют деформацию исследуемого термочунс твительного элемента, о его температуре судят по результатам предварительно полученных изотермических диаграмм нагружения в диапазоне температур мартенситного превращения, а о изменении температуры элемента во времени судят по изменению во времени его деформации под действием нагрузки.

2. Устройство для термомеханических исследований эффекта памяти формы и эффекта пластичности превращения термочувствительных элементов, содержащее опору для закрепления конца исследуемого термочувствительного элемента, средство нагрева и выходное звено исследуемого элемента, соединенное с нагрузкой, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что„ с целью повышения точности измерения и упрощения этого процесса, выходное звено элемента дополнительно кинематически связано с датчиком положения, который электрически соединен с входом шлейфного осциллографа.

1 3 i() 5 76

Составитель В. Филатова

Редактор Л. Гратилло Техред Л.Олийнык Корректор Л. Тяско

Заказ 5279/44 Тираж 77б Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4