南澳升降车出租,   对形状记忆复合材料试件分析展开力矩与角度间的关系 ??     南澳升降车租赁,  南澳升降车公司         测量工装设计    1测量设备仪器通过ABAQUS仿真结果我们发现，在展开过程中，试件的力矩会随展开角度的改变而发生一定的改变。为了进一步验证展开力矩与展开角度的关系，需要我们在试件展开过程中对力矩进行测量，即对展开角度及其对应的力矩进行实时数据采集。实验室现有扭矩测试仪，它主要应用于测试太阳翼铰链、涡卷弹簧等产品的刚度，通过测得扭矩和旋转角度的关系，得到产品的刚度特性，该设备还可用于测试电缆等产品的阻力矩、摩擦力矩等驱动特性。借助实验室扭矩测试仪对形状记忆复合材料试件进行力矩测量。扭矩测试仪工作原理：试件一端通过工装，与扭矩测试仪的顶端相连接，扭矩测试仪顶端装有扭矩传感器，可对扭矩进行采集；试件另一端通过工装与测试仪底部的电机相连，电机可随着试件的展开进行缓慢转动，通过电机控制试件的展开速度，实现试件匀速展开。在试件展开过程中，测试仪顶端的扭矩传感器进行数据采集，实现对试件展开过程中力矩的动态测量。固定温度和回复温度为120℃，试件厚度0.8mm（共8层），弯曲半径12.5mm，弯折次数1次，铺层方式为±454s，增强材料为T300-1k的试件回复时间在50s左右，展开速度满足扭矩测试仪要求；试件大小采用120mm×15mm×0.8mm规格，符合扭矩测试仪对试件规格的要求。

    2加热方案与工装设计,  由于试件较小，无法与扭矩测试仪进行直接装卡，且展开过程中需要一直对试件进行加热，以保证足够的驱动力，因此需要设计专门的工装以及加热系统与扭矩测试仪配合使用来测量试件的展开力矩。1加热方案设计:  本文研究的形状记忆复合材料为热致感应型，即通过改变试件温度来实现形状记忆功能。主要通过烘箱加热的方式对试件进行加热，但由于测试仪体积较大，直接利用烘箱加热不利于人员操作，难度较大，因此考虑采用对试件进行局部加热的方式。本章采用加热片对试件进行加热。利用加热片加热的优势在于加热片可以与试件进行很好贴合，导热速度快，效率高，同时加热片体积小，重量轻，通过改变电压即可实现对加热功率的调节，易于控制和操作。将加热片贴附于试件表面，利用直流电源对加热片通电即可对试件进行加热。但由于加热片弹性较小，不易拉伸变形，在试验中我们发现，如果将加热片贴在试件内表面时，弯折过程中加热片会由于挤压而产生褶皱，使得加热片部分区域会与试件分离，贴合不紧密，造成试件受热不均匀的问题；而当将加热片贴附于试件外表面时，若果选择长度较长的加热片，在弯折过程中，加热片很容易由于拉伸而造成电阻丝断裂等破坏，且由于加热片不易变形，对试件的固定率、回复率也有一定的影响。为减少这些不利影响且防止加热片破坏现象，我们选择加热片规格为20mm×20mm，试件弯折处外表面贴附三个加热片，三个加热片之间选择串联方式进行连接。每个加热片电阻为20Ω，通过调试，电压最终选择22v，功率在8w左右。 2工装设计: 试件与扭矩测试仪连接的工装设计方案。通过螺栓，将试件A端压紧固定于装卡座上，装卡座通过螺栓I固定于连接梁I上，连接梁I与测试仪上端的扭矩传感器相连；转轴位于试件B端后方，转轴通过轴承与轴承座相连，轴承座通过螺栓II固定于连接梁II上，连接梁II与测试仪底部电机相连。测量时，先打开加热片电源，对试件进行加热，到达其玻璃化转变温度时，试件由玻璃态转变成高弹态，此时试件A端完全固定，转轴位于B端后方阻挡试件展开，试件仍34保持U形；待试件温度达到120℃且保持稳定后，打开电机电源，在电机的带动下，转轴以较小的速度（小于试件无约束时的展开速度）围绕电机缓慢转动，试件B端随着转轴发生转动，试件缓慢展开，展开过程中扭矩传感器进行数据采集，直到试件完全展开；待试件完全展开后，电机反转，带动转轴反向转动，转轴推动试件B端，使试件进行弯曲折叠，重新弯折成U字型，在此过程中，扭矩传感器进行数据采集。

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    3力矩测量与结果分析:  试件规格：120mm×15mm，厚度为0.8mm（共8层），铺层方式为±454s，纤维织物种类为T300-1k平纹织物。固化后，对试件进行打磨、标号，得到最终试验所用试件，并在试件上贴加热片。之后将试件放入烘箱，温度设置120℃，利用工装将其弯折成U型，弯曲半径为12.5mm，冷却至室温将形状固定，得到待测试件。利用工装将待测试件固定于扭矩测试仪上，加热片连接直流电源，并利用红外线测温仪进行温度监控，通过调节直流电源的电压调试温度，使试件温度在120℃左右。本次试验加热片总电阻为60Ω，直流电源采用固玮（Gwinstek）公司生产的PSS-3203直流电源，电压设置22v，力矩测试仪精度为0.01N•m，测试结果见图3.11。力矩与角度关系:  设试件为U型时，即展开前的角度为0°。试件在0°时有最大力矩，约为0.05N•m，随着试件逐渐展开，试件的力矩逐渐减小，当试件完全展开时，力矩为0。实际测量中我们发现，试件在回收弯折的过程中，力矩要大于展开过程中的力矩。这是由于试件在回收弯折时，由于没有工装限制，试件弯折成的形状并不固定，与试件展开前的形状并不完全相同，导致回收弯折时的力矩要大于展开过程中的力矩。试件在展开120°时便停止，力矩为0，这是由于试件在展开的过程中，B端的运动轨迹并不是一个标准的圆弧，展开过程中，其圆心并不固定，在随着试件的展开而不断变化，与电机转动的圆心不重合。而且由于对试件需要加热，试件表面贴有加热片，对试件的形变及回复力都有一定的影响，因此试件的固定率和回复率也有所降低，导致试件展开不完全。

     首先，通过对形状记忆复合材料试件的弯折及展开过程的力矩、应力和应变进行了有限元分析；然后，设计了试件测量工装及加热方案，制备了试件测量工装，借助实验室的扭矩测试仪对试件展开过程中的力矩进行了动态测量，分析了展开力矩与角度间的关系。通过有限元分析和试验，可以得到以下结论：（1）在展开过程中所产生的力矩随着展开角度的增大近似线性的减小。试件在0°时有最大力矩，随着试件逐渐展开，试件的力矩逐渐减小，当试件完全展开时，力矩为0。在试件弯折过程中，力矩-角度规律与展开过程中力矩-角度规律基本相同。（2）试件随着弯曲变形的增大，弯曲部位应力逐渐增加，最大应力部分位于在试件的中间区域，应力从弯曲正中间向两侧逐渐减小；试件随着弯曲变形的增大，弯曲部位应变也逐渐增加，与应力不同的是，在试件的两侧边应变最大，在中间区域反而应变较小。 

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