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Engineering

आकार मेमोरी की जाँच के आधार Elastocaloric शीतलक प्रक्रियाओं और मॉडल सत्यापन के लिए प्रायोगिक तरीके

Published: May 2, 2016 doi: 10.3791/53626
Automatic Translation
1,2, 2, 3, 3, 3, 1, 2
1Lab for Measurement Technology, Saarland University, 2Intelligent Material Systems Lab, Saarland University, 3Lab for Material Science, Ruhr Universität Bochum

Abstract

मिश्र स्मृति (SMA) आकार का उपयोग elastocaloric ठंडा प्रक्रियाओं संभावित पारंपरिक वाष्प संपीड़न आधारित ठंडा करने की प्रक्रिया के लिए एक पर्यावरण अनुकूल विकल्प होना चाहिए। निकल टाइटेनियम (नी तिवारी) आधारित मिश्र धातु प्रणाली, विशेष रूप से, बड़े elastocaloric प्रभाव दिखा। इसके अलावा, बड़े गुप्त ऊष्मा जो एक कुशल ठोस राज्य आधारित ठंडा करने की प्रक्रिया के विकास के लिए एक आवश्यक सामग्री संपत्ति है दिखा रहे हैं। एक वैज्ञानिक परीक्षण रिग इन प्रक्रियाओं और SMAS में elastocaloric प्रभाव की जांच करने के लिए डिजाइन किया गया है। एहसास हुआ कि परीक्षण रिग एक SMA के यांत्रिक लोडिंग और अनलोडिंग के चक्र का स्वतंत्र नियंत्रण, साथ ही SMA ठंडा तत्वों और एक गर्मी स्रोत / सिंक के बीच प्रवाहकीय गर्मी हस्तांतरण में सक्षम बनाता है। परीक्षण रिग एक व्यापक निगरानी प्रणाली यांत्रिक और थर्मल मानकों के सिंक्रनाइज़ माप में सक्षम के साथ सुसज्जित है। प्रक्रिया पर निर्भर यांत्रिक काम का निर्धारण करने के अलावा, इस प्रणाली को भी measuremen सक्षम बनाता हैएक उच्च प्रदर्शन अवरक्त कैमरे के उपयोग के माध्यम से elastocaloric शीतलन प्रभाव के थर्मल गरमी पहलुओं के टी। इस संयोजन, विशेष रुचि का है क्योंकि यह अनुमति देता है और स्थानीयकरण दर प्रभाव के चित्र - माध्यम से कुशल गर्मी हस्तांतरण के लिए दोनों महत्वपूर्ण ठंडा होने के लिए।

प्रस्तुत काम विभिन्न सामग्रियों और नमूना geometries में elastocaloric सामग्री के गुणों की पहचान करने के लिए एक प्रयोगात्मक विधि का वर्णन है। इसके अलावा, परीक्षण रिग विभिन्न रूपों ठंडा करने की प्रक्रिया की जांच करने के लिए प्रयोग किया जाता है। विश्लेषण के तरीकों की शुरुआत की प्रक्रिया की क्षमता पर सामग्री, प्रक्रिया का एक विभेदित विचार और सीमा शर्त संबंधित प्रभावों को सक्षम। सिमुलेशन परिणाम (एक thermomechanically मिलकर परिमित तत्व मॉडल के) के साथ प्रयोगात्मक डेटा की तुलना elastocaloric प्रभाव के अंतर्निहित भौतिक विज्ञान की बेहतर समझ के लिए अनुमति देता है। इसके अलावा, प्रयोगात्मक परिणाम, साथ ही निष्कर्षों बीएसिमुलेशन परिणाम पर sed, सामग्री गुणों में सुधार करने के लिए इस्तेमाल कर रहे हैं।

Introduction

ठोस राज्य ठंडा ferroic सामग्री के आधार पर प्रक्रियाओं पारंपरिक वाष्प संपीड़न आधारित प्रक्रिया के लिए पर्यावरण की दृष्टि से अनुकूल विकल्प होने की क्षमता है। Ferroic सामग्री, magnetocaloric electrocaloric और elastocaloric प्रभाव 1, 2, साथ ही इन प्रभावों, जो multicaloric सामग्री व्यवहार 3 के रूप में वर्णित किया जाता है के संयोजन प्रदर्शन कर सकते हैं। ": ठंडा के लिए नई अवधारणाओं Ferroic सामग्री में गरमी प्रभाव" 4 ferroic सामग्री में विभिन्न गरमी प्रभाव वर्तमान में जर्मन विज्ञान फाउंडेशन (DFG) प्राथमिकता कार्यक्रम एसपीपी 1599 के भाग के रूप में जांच की जा रही है। मिश्र स्मृति आकार (SMA), जो इस कार्यक्रम के भीतर जांच कर रहे हैं उनके बड़े गुप्त ऊष्मा 5 के कारण बड़े elastocaloric प्रभाव दिखाने के लिए, विशेष रूप से नी तिवारी आधारित मिश्र में। उच्च तनाव दरों पर तनाव प्रेरित चरण परिवर्तन एसएमए के महत्वपूर्ण तापमान में परिवर्तन, के रूप में चित्रा 1 में दिखाया गया की ओर जाता है।समोष्ण, austenite से एक्ज़ोथिर्मिक चरण परिवर्तन martensite को एसएमए तापमान बढ़ जाता है। मार्टेंसाईट से एन्दोठेर्मिक परिवर्तन एक महत्वपूर्ण तापमान में कमी की ओर जाता है austenite करने के लिए। ये elastocaloric सामग्री गुण ठोस राज्य एक उपयुक्त यांत्रिक लोडिंग और अनलोडिंग के चक्र को लागू करने से प्रक्रियाओं ठंडा करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। चित्रा 2 एक ठेठ elastocaloric ठंडा चक्र चलता, Brayton चक्र के बाद। गर्मी स्रोत और ठंड के बीच गर्मी हस्तांतरण, उतार एसएमए कम तापमान के स्तर पर जगह ले लो। अगले चरण में, एसएमए एक संपर्क मुक्त अवस्था में है और तेजी से, ऐडियाबैटिक लोड हो रहा है एसएमए की एक महत्वपूर्ण तापमान में वृद्धि हो जाती है। SMA के निरंतर तनाव में गर्म एसएमए और गर्मी सिंक जगह ले के बीच बाद में गर्मी हस्तांतरण। गर्मी हस्तांतरण के पूरा होने पर, तेज, ऐडियाबैटिक उतराई, गर्मी स्रोत के तापमान नीचे एसएमए की एक महत्वपूर्ण तापमान ड्रॉप की ओर जाता है, जिस अगले ठंडा गycle और गर्मी स्रोत के साथ शुरू कर सकते हैं गर्मी हस्तांतरण। elastocaloric ठंडा करने की प्रक्रिया की दक्षता की आवश्यकता यांत्रिक काम और अवशोषित गर्मी पर निर्भर करता है।

सबसे पहले, तन्यता परीक्षण के दौरान तापमान क्षेत्र की निगरानी के प्रयोगों अल। शॉ एट 6, 7, उद्देश्य के साथ अलग-अलग दरों पर SMA स्ट्रिप्स और तारों की तन्यता परीक्षण के दौरान स्थानीय तापमान चोटियों के गठन की जांच करने के लिए प्रदर्शन किया गया। लागू प्रयोगात्मक विधि thermographic माप के माध्यम से तापमान क्षेत्रों के एक साथ अधिग्रहण के साथ यांत्रिक मानकों (तनाव, तनाव और तनाव दर) की माप संयुक्त। लोड हो रहा है और एक तनन परीक्षण मशीन के साथ एक SMA नमूना की उतराई के दौरान, एक अवरक्त (आईआर) कैमरा एसएमए नमूने की आईआर छवियों को प्राप्त करने के लिए इस्तेमाल किया गया था। इस तकनीक के तापमान चोटियों के तनाव दर निर्भर गठन की जांच में सक्षम बनाता है। पर तापमान वितरण की मापनमूना elastocaloric प्रभाव की जांच और सामग्री के शीतलन गुण के निर्धारण के लिए बहुत महत्वपूर्ण है। एक स्थानीय तापमान माप - से संपर्क कर एक तापमान माप को लागू करने से - क्रम में सामग्री का ठंडा गुण को चिह्नित करने में पर्याप्त नहीं है। तापमान क्षेत्र की एक माप भी नी तिवारी तारों में elastocaloric प्रभाव के अध्ययन के लिए कुई एट अल द्वारा इस्तेमाल किया गया था। 8। इसके अलावा, Ossmer एट अल। 9, 10 से पता चला कि thermographic तापमान माप भी नी तिवारी में elastocaloric प्रभाव आधारित पतली फिल्मों की जांच, जो उच्च तनाव में समोष्ण चरण परिवर्तनों की जांच के लिए आईआर कैमरा के उच्च फ्रेम दर की आवश्यकता के लिए उपयुक्त हैं दरें। इस तकनीक elastocaloric मात्रा की जांच और तापमान प्रोफाइल की एकरूपता है, जो राज्य के ठोस आधार पर गर्मी हस्तांतरण और पर एक महत्वपूर्ण प्रभाव है के लिए अनुमति देता हैelastocaloric प्रक्रियाओं की दक्षता।

सामग्री के शीतलन दक्षता तनाव / तनाव माप के साथ ही गर्मी (जो खाते में तापमान परिवर्तन और सामग्री की गर्मी क्षमता लेने के लिए निर्धारित किया जा सकता है) के आधार पर आवश्यक काम की गणना के द्वारा निर्धारित किया जा सकता है। हालांकि, प्रयोगात्मक विधि प्रक्रिया शर्त के तहत elastocaloric सामग्री की जांच के लिए सक्षम नहीं है। इस एसएमए और एक गर्मी स्रोत है, जो ठंडा प्रभाव की दक्षता पर एक महत्वपूर्ण प्रभाव है जो गर्मी हस्तांतरण भी शामिल है।

प्रक्रिया की स्थिति ठंडा करने की सामग्री लक्षण और elastocaloric ठंडा करने की प्रक्रिया की जांच के लिए एक परीक्षण रिग ठोस राज्य आधारित गर्मी हस्तांतरण को सक्षम है, जो किसी भी मौजूदा वाणिज्यिक प्रणाली द्वारा जांच नहीं की जा सकती है की आवश्यकता होती है। यह अंत करने के लिए, एक उपन्यास परीक्षण मंच विकसित किया गया है। के रूप में 3 चित्र में दिखाया परीक्षण रिग दो स्तरों में सेट है। Uppeआर के स्तर का बुनियादी elastocaloric सामग्री लक्षण और प्रारंभिक प्रशिक्षण प्रक्रियाओं के लिए अनुमति देता है, पहले से वर्णित विधि के समान (चित्रा 4 देखें)। सेटअप एक रेखीय प्रत्यक्ष ड्राइव लोडिंग में सक्षम है और 1 सेकंड तक तनाव दरों पर SMA उतारने के साथ सुसज्जित है -1 (चित्रा 5)। रेखीय प्रत्यक्ष ड्राइव, अप करने के लिए 1.8 मिमी 2 के एक क्रॉस सेक्शन के साथ नमूनों की जांच में सक्षम बनाता है, जबकि ठेठ नमूना लंबाई 90 मिमी है। गेंद पेंच ड्राइव जो आम तौर पर तन्यता परीक्षण के लिए उपयोग किया जाता है के विपरीत - एक रेखीय प्रत्यक्ष ड्राइव का लाभ उच्च वेग और उच्च गति है। इसके अलावा, एक लोड सेल, साथ ही रैखिक ड्राइव के एकीकृत स्थिति माप प्रणाली, यांत्रिक माप डेटा प्रदान करता है। एक उच्च संकल्प आईआर कैमरा (1280 x 1024 पिक्सल) अप करने के लिए 400 हर्ट्ज के साथ SMA के तापमान प्रोफ़ाइल (आवश्यक तापमान रेंज में) को मापने के लिए प्रयोग किया जाता है। एक Res के साथ एक माइक्रोस्कोप के लेंस का उपयोग15 माइक्रोन / पिक्सेल की olution स्थानीय तापमान प्रभाव की जांच के लिए सक्षम बनाता है। परीक्षण योजना के निचले स्तर एक तंत्र है कि एसएमए और गर्मी स्रोत / हीट सिंक के बीच प्रवाहकीय गर्मी हस्तांतरण बारी के लिए अनुमति देता है (आंकड़े 6 और 7 देखें)। निचले स्तर में रेखीय प्रत्यक्ष ड्राइव, और SMA के लिए गर्मी स्रोत के बीच एसएमए से गर्मी सिंक करने के लिए स्विच, जबकि एक वायवीय सिलेंडर लिफ्टों और गर्मी स्रोत / सिंक (8 चित्रा देखें) को कम करती है। प्रत्येक actuator स्वतंत्र रूप से अलग-अलग रूपों में ठंडा करने की प्रक्रिया की जांच के लिए अनुमति देने के लिए नियंत्रित किया जा सकता है। व्यापक माप प्रणाली यांत्रिक मापदंडों के मापन के लिए सक्षम बनाता है: actuator स्थिति, actuator वेग, SMA लोडिंग बल, एसएमए और गर्मी स्रोत / गर्मी हस्तांतरण के दौरान सिंक के बीच संपर्क बल के साथ ही थर्मल मानकों (यानी, गर्मी स्रोत / सिंक, तापमान वितरण के अंदर तापमान SMA की सतह और गर्मी स्रोत / पाप परकश्मीर)। वैज्ञानिक परीक्षण मंच के एक अधिक विस्तृत विवरण श्मिट एट अल। 11 में दी गई है।

चित्रा 5
चित्रा 5. परीक्षण योजना के ऊपरी स्तर की योजना लोड हो रहा है और एकीकृत स्थिति माप प्रणाली के साथ SMA नमूने की उतराई के लिए एक रेखीय प्रत्यक्ष ड्राइव। तन्य बलों की मापने के लिए एक लोड सेल, साथ ही तापमान प्रोफाइल अधिग्रहण के लिए एक उच्च संकल्प आईआर कैमरा (1280 x 1024 पिक्सल)।

चित्रा 7
गर्मी सिंक और गर्मी स्रोत के बीच स्विच करने के लिए यह आंकड़ा 7. परीक्षण योजना के निचले स्तर की योजना एक रेखीय प्रत्यक्ष ड्राइव। एक वायवीय सिलेंडर एसएमए नमूना और गर्मी स्रोत / सिंक के बीच संपर्क बनाने के लिए; तापमान सेंसर गर्मी सिंक / sou में एकीकृत किया गया हैRCE ब्लॉक की कोर तापमान को मापने के लिए। एसएमए और गर्मी स्रोत के बीच संपर्क बल को मापने के लिए एक संपीड़न लोड सेल / सिंक गर्मी हस्तांतरण तंत्र में एकीकृत और इस योजना में दिखाई नहीं है।

परीक्षण रिग अलग मिश्र धातु रचनाओं और नमूना आकार के साथ ही geometries (रिबन, तारों) की जांच के लिए अनुमति देता है। इसके अलावा, सेटअप elastocaloric सामग्री और ठंडा करने की प्रक्रिया की व्यापक जांच के लिए सक्षम बनाता है। पहले से वर्णित प्रयोगों का प्रदर्शन किया जा सकता है और निष्पादन कदम-दर-कदम इस पांडुलिपि के प्रोटोकॉल खंड में वर्णित किया जाएगा।

सामग्री स्थिरीकरण:

स्थिर सामग्री व्यवहार शीतलन प्रणाली में elastocaloric सामग्री के उपयोग के लिए महत्वपूर्ण है। यह अंत करने के लिए, एक यांत्रिक स्थिरीकरण प्रक्रिया लागू किया जाता है। इस प्रक्रिया के दौरान सामग्री यांत्रिक लोडिंग और अनलोडिंग के चक्र से गुजरता है और एक चरण करता हैaustenite से परिवर्तन martensite को। सामग्री स्थिरीकरण एक मजबूत दर निर्भरता से पता चलता है। उच्च लोड हो रहा दरों सामग्री है, जो चरण परिवर्तन की अव्यक्त गर्मी के कारण होता है की एक तापमान परिवर्तन करने के लिए नेतृत्व। के रूप में विभिन्न तापमान 12-15 यांत्रिक प्रशिक्षण चक्र ऐसा करते तापमान परिवर्तन, सामग्री स्थिरीकरण पर एक समान प्रभाव है। जाने-माने मैकेनिकल 13 और गरमी 16 स्थिरीकरण के अलावा, एक थर्मल सामग्री स्थिरीकरण thermography 17 को लागू करने के द्वारा डिजाइन की स्थापना के साथ मनाया जा सकता है।

सामग्री लक्षण:

एक प्रारंभिक यांत्रिक प्रशिक्षण प्रक्रिया के बाद, सामग्री स्थिर यांत्रिक, थर्मल और गरमी व्यवहार की इजाजत दी elastocaloric सामग्री गुण होती जा को दर्शाता है। इसलिए, अलग दरों पर यांत्रिक साइकिल चालन जबकि, इसके विपरीत में प्रशिक्षण प्रक्रिया के लिए किया जाता है, elastocaloric लक्षण वर्णन लोडिंग और अनलोडिंग के बाद एक होल्डिंग चरण भी शामिल है। पकड़े चरण की अवधि के लिए SMA तनाव स्थिर रखा जब तक एक परिवेश के तापमान के स्तर पर पहुंच गया है फिर से किया जाता है। इस प्रकार के प्रयोग के क्रम में उतारने, परिवेश के तापमान का स्तर है, साथ ही सामग्री दक्षता से शुरू करने के बाद से सबसे कम तापमान प्राप्त निर्धारित करने के लिए आवश्यक है। स्थानीय तापमान चोटियों की दर निर्भर गठन उच्च एक तेजी से सजातीय तापमान वितरण के लिए अग्रणी दरों के साथ मनाया जा सकता है। इसके अलावा, तनाव दर में वृद्धि से तापमान परिवर्तन के लिए समान रूप से बढ़ जाती है, जब तक समोष्ण की स्थिति प्राप्त कर रहे हैं। सामग्री दक्षता आवश्यक यांत्रिक काम, एक adiabatic प्रयोग का एक बल विस्थापन आरेख, साथ ही अवशोषित गर्मी के आधार पर सामग्री का मतलब तापमान परिवर्तन के आधार पर उतारने के दौरान और नमूना की गर्मी क्षमता की गणना के द्वारा निर्धारित किया जा सकता ।

Elastocaloric ठंडा करने की प्रक्रिया:

प्रक्रिया परिस्थितियों में SMAS के शीतलन दक्षता की जांच एसएमए ठंडा माध्यम है और एक गर्मी स्रोत है, साथ ही एक गर्मी सिंक के बीच गर्मी हस्तांतरण की आवश्यकता है। इस प्रयोजन के लिए, एसएमए एक ठोस राज्य गर्मी स्रोत (समोष्ण उतारने के बाद) और एक गर्मी सिंक (समोष्ण लोडिंग के बाद) के साथ संपर्क में है। प्रक्रिया की दक्षता में जोरदार प्रक्रिया नियंत्रण और थर्मल सीमा की स्थिति पर निर्भर करता है। ठंडा करने की प्रक्रिया की व्यापक जांच के क्रम में सबसे अधिक कुशल प्रक्रिया नियंत्रण निर्धारित करने के लिए नियंत्रण के मानकों के एक बदलाव की आवश्यकता है। प्रक्रिया के प्रदर्शन पर मापदंडों के अलग-अलग प्रभाव (संपर्क समय, SMA तनाव, SMA तनाव दर, संपर्क चरण (लोडिंग / अनलोडिंग चरण या निम्न) और संपर्क बल के दौरान संपर्क) की जांच की जानी है। इसके अलावा, ठंडा चक्रों की संख्या में वृद्धि से बदल रहा थर्मल सीमा शर्त के प्रभाव पड़ता हैध्यान में रखा जाना।

मॉडल सत्यापन:

एक thermomechanically मिलकर माल मॉडल, ठंडा चक्र के दौरान यांत्रिक और थर्मल सामग्री व्यवहार reproducing में सक्षम के विकास, एक उपन्यास शीतलन प्रौद्योगिकी के विकास के लिए महत्वपूर्ण है। मॉडल कम हो प्रयोगात्मक और भौतिक विकास के प्रयास से सामग्री और प्रक्रिया अनुकूलन के लिए अनुमति देता है। सत्यापन के लिए एक स्थिर सामग्री की आवश्यकता यांत्रिक सामग्री इनपुट डेटा (austenite की लोचदार मापांक और मार्टेंसाईट चरण, यांत्रिक हिस्टैरिसीस की चौड़ाई के साथ ही परिवर्तन तनाव) उत्पन्न करने के लिए एक प्रारंभिक इज़ोटेर्माल तन्यता परीक्षण की आवश्यकता है। मॉडल के सत्यापन अलग दरों पर तन्यता परीक्षण के आधार पर जगह लेता है। मॉडल के लिए आवश्यक गरमी इनपुट डेटा अंतर स्कैनिंग उष्मामिति (डीएससी) यांत्रिक प्रयोगों निम्न द्वारा निर्धारित किया जा सकता है। डीएससी माप वायुसेना प्रदर्शन किया जाना हैआदेश में एक स्थिर नमूना की गरमी सामग्री के गुणों को मापने के लिए यांत्रिक परीक्षण आतंकवाद।

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Protocol

1. नमूना तैयार

  1. नली का व्यास के साथ SMA रिबन उपाय और नमूना के पार अनुभाग का निर्धारण।
  2. उच्च उत्सर्जन (ε = 0.96) रंग की एक पतली परत के साथ रिबन कोटिंग से आईआर मापन के लिए नमूना तैयार करें।
    सावधानी: रंग एक अड़चन के रूप में वर्गीकृत किया जाता है। दस्ताने, सुरक्षा चश्मा और मुंह संरक्षण रंग के प्रसंस्करण के दौरान पहना जाना चाहिए।

2. सामग्री स्थिरीकरण (प्रशिक्षण)

नोट: प्रारंभिक यांत्रिक साइकिल चालन के एक यांत्रिक और थर्मल सामग्री स्थिरीकरण की ओर जाता है। स्थिरीकरण प्रभाव की जांच, और प्रशिक्षण प्रक्रिया ही, actuator के उपयोग और सेंसर परीक्षण योजना के ऊपरी स्तर के साथ ही आईआर कैमरे में मुहिम शुरू की आवश्यकता है।

  1. मोटर नियंत्रक कार्यक्रम शुरू करने और भरी हुई सेटिंग्स की जाँच करें। स्थिति मोड और आदेश मोड के लिए सेटिंग्स बदलें। सत्यापित करें मोटर सक्रिय मोड में है।
  2. एसएट 0 माइक्रोन और क्लिक करने के लिए मोटर नियंत्रक कार्यक्रम में लक्ष्य की स्थिति पर बटन "आपरेशन सक्षम" - इस स्थिति में अकड़न के बीच की दूरी 90 मिमी है।
  3. प्रयोगात्मक स्थापना की अकड़न के बीच नमूना प्लेस और नमूना के लिए पंक्ति में एक विशेष रूप से डिजाइन संरेखण उपकरण का उपयोग करें।
  4. आदेश में एक बढ़ते सहायता का उपयोग लोड सेल और नमूना पर झुकने लोड से बचने के लिए अकड़न मजबूत करनी होगी। एक प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य clamping बल (: 20 एनएम टोक़ कस) सुनिश्चित करने के लिए शिकंजा कस के लिए एक टोक़ रिंच का प्रयोग करें।
  5. वर्तमान मोटर स्थिति की जाँच करें और सुनिश्चित करें कि मोटर शुरू की स्थिति (0 माइक्रोन) पर है।
  6. आईआर कैमरा सॉफ्टवेयर शुरू करने और एक 50 मिमी एक बंद हुआ लेंस के साथ संयुक्त लेंस के लिए अंशांकन लोड। 1280 x 100 पिक्सल के एक छवि का आकार और -20 डिग्री सेल्सियस से 50 डिग्री सेल्सियस के तापमान रेंज चुनें। मोटर ध्यान इकाई का उपयोग करके कैमरा स्थिति और इस बात की पुष्टि पूरे नमूना कैमरे के दृश्य के क्षेत्र में है।
    नोट: आईआर कैमरा, combina मेंचुने हुए लेंस प्रणाली के साथ मोर्चे, एक फोकल लम्बाई है (च) 50 मिमी, एफ / 2 और 200 मिमी की दूरी काम पर 60 माइक्रोन की एक न्यूनतम पिक्सेल आकार का एक छेद की।
  7. प्रशिक्षण और सामग्री लक्षण वर्णन के लिए नियंत्रण कार्यक्रम खोलें और नियंत्रण के मानकों (विस्थापन, वेग, पकड़े समय, अधिकतम और न्यूनतम बल, चक्रों की संख्या और कैमरे के फ्रेम दर) की स्थापना की।
    1. शुरू की स्थिति (0 माइक्रोन) निर्धारित करें और लक्ष्य की स्थिति (4,500 मीटर) का चयन ताकि सामग्री एक पूरा चरण परिवर्तन आए।
    2. रेखीय प्रत्यक्ष ड्राइव वेग (वेग लोडिंग / अनलोडिंग) सेट वांछित तनाव दर को पूरा करने के लिए। ठंडा करने की प्रक्रिया से संबंधित प्रशिक्षण के लिए 5 एक्स 10 -4 सेकंड -1 (45 माइक्रोन / सेकंड की गति देनेवाला वेग) के एक तनाव दर का चयन करें।
      1. रेखीय प्रत्यक्ष ड्राइव वेग का निर्धारण (v) चुना तनाव दर के आधार पर ( एप्सिलॉन ) और 90 मिमी (वी के प्रारंभिक नमूना लंबाई (एल 0) = <img alt = "एप्सिलॉन" src = "/ files / ftp_upload / 53626 / epsilon.jpg" /> एल 0 ∙)
    3. 0 सेकंड के लिए होल्डिंग समय निर्धारित करें।
    4. एक नया नमूना के साथ पहले चक्र के लिए 1 से चक्रों की संख्या निर्धारित करें।
    5. नमूना-विशिष्ट न्यूनतम और अधिकतम बल स्तर सेट लोड compressive और तन्य अधिभार (न्यूनतम लोड 1 एमपीए, अधिकतम भार 800 एमपीए) से बचने के लिए।
    6. 50 मिसे / फ्रेम के एक आईआर कैमरा अधिग्रहण की दर (20 फ्रेम प्रति सेकंड) चुनें।
    7. सेटिंग लोड करने के लिए प्रारंभ बटन पर क्लिक करें।
  8. , आईआर कैमरा सॉफ्टवेयर खोलें एक फ़ाइल नाम का चयन और 5,000 फ्रेम का आवंटन।
    1. आंतरिक से बाहरी ट्रिगर स्रोत के लिए स्विच और डाटा अधिग्रहण मोड शुरू करते हैं।
  9. नियंत्रण कार्यक्रम खोलें और शुरू प्रयोग बटन दबाएँ।
  10. डेटा विज़ुअलाइज़ेशन
    1. एक बार प्रयोग समाप्त हो गया है, डाटा प्रोसेसिंग सॉफ्टवेयर में डेटा लोड और बल / विस्थापन, सेंट के मामले में यह कल्पनाress / तनाव, बल / समय और स्थिति / समय चित्र।
    2. आईआर कैमरा सॉफ्टवेयर में आईआर डेटा लोड और समय का संकल्प तापमान प्रोफाइल मूल्यांकन। एक माप क्षेत्र में जो एसएमए रिबन की सतह शामिल परिभाषित करें और नमूना बनाम समय का मतलब है अधिकतम और न्यूनतम तापमान साजिश है।
  11. दोहराएँ 2.9 के लिए 2.6 कदम जब तक सामग्री स्थिर यांत्रिक व्यवहार से पता चलता है और अवशिष्ट उपभेदों के लिए क्षतिपूर्ति करने के लिए शुरू की स्थिति अनुकूल है।
    1. पहले 10 चक्रों के बाद, 10 को प्रयोग के प्रति चक्रों की संख्या बढ़ाने के लिए और प्रयोगों के साथ आगे बढ़ना तक स्थिर सामग्री व्यवहार पर पहुंच गया है।

3. सामग्री विशेषता

नोट: सामग्री लक्षण actuator के उपयोग और सेंसर परीक्षण योजना के ऊपरी स्तर के साथ ही आईआर कैमरे में मुहिम शुरू की आवश्यकता है। लक्षण वर्णन प्रक्रिया के दौरान नमूना भरा हुआ है और अलग-अलग दरों पर उतार दिया, जबकि प्रदर्शन कर रहा हैलोडिंग और अनलोडिंग के बाद एक होल्डिंग अवधि।

  1. SMA रिबन unclamped किया गया है और परीक्षण योजना के नियंत्रण प्रणाली के प्रशिक्षण के बाद बंद कर दिया गया है, दोहराने 2.6 करने के लिए 2.1 कदम और नमूना फिर से दबाना। यदि यह मामला नहीं था, इस प्रकार है आगे बढ़ना।
  2. प्रशिक्षण और सामग्री लक्षण वर्णन के लिए नियंत्रण कार्यक्रम खोलें और नियंत्रण के मानकों (विस्थापन, वेग, पकड़े समय, और चक्रों की संख्या कैमरे के फ्रेम दर) की स्थापना की।
    1. शुरू की स्थिति शून्य बोझ के नीचे है, ताकि नमूना सेट और प्रशिक्षण (4,500 मीटर) की लक्ष्य की स्थिति लक्ष्य की स्थिति बराबर निर्धारित किया है।
    2. रेखीय प्रत्यक्ष ड्राइव वेग (वेग लोडिंग / अनलोडिंग) सेट वांछित तनाव दर को पूरा करने के लिए। 1 एक्स 10 सेकंड -1 -1 जिनमें से 0.75 मिमी x 1.4 मिमी या बड़ा एक क्रॉस सेक्शन के साथ नमूने के लिए एक adiabatic चरण परिवर्तन की ओर जाता है (9,000 मीटर / सेकंड की गति देनेवाला वेग) के एक तनाव दर चुनें।
    3. 180 एसई को पकड़े हुए समय निर्धारित करेंसी, जो पर्याप्त है नमूना प्रारंभिक तापमान के स्तर तक पहुंचने के लिए।
      नोट: होल्डिंग समय एक थर्मल संतुलन समय निरंतर (τ) और एक होल्डिंग समय छोटे से 4 x τ पहले अगले लक्षण वर्णन प्रयोग शुरू होता वृद्धि की जानी है गणना के द्वारा प्रयोग के बाद सत्यापित किया जाना है।
    4. 1 करने के लिए चक्रों की संख्या निर्धारित करें।
    5. नमूना-विशिष्ट न्यूनतम और अधिकतम बल स्तर सेट लोड compressive और तन्य अधिभार (न्यूनतम लोड 1 एमपीए, अधिकतम भार 800 एमपीए) से बचने के लिए।
    6. 5 मिसे / फ्रेम के एक आईआर कैमरा अधिग्रहण की दर प्रति सेकंड (200 फ्रेम) का चयन करें।
    7. सेटिंग लोड करने के लिए प्रारंभ बटन पर क्लिक करें।
  3. , आईआर कैमरा सॉफ्टवेयर खोलें एक फ़ाइल नाम का चयन और 80,000 फ्रेम का आवंटन।
    1. आंतरिक से बाहरी ट्रिगर स्रोत के लिए स्विच और डाटा अधिग्रहण मोड शुरू करते हैं।
  4. नियंत्रण कार्यक्रम खोलें और शुरू प्रयोग बटन दबाएँ।
  5. में आईआर डेटा लोडआईआर कैमरा सॉफ्टवेयर। प्लॉट अधिकतम और न्यूनतम तापमान नमूना बनाम समय मतलब है। डेटा निर्यात और थर्मल संतुलन समय डाटा प्रोसेसिंग सॉफ्टवेयर 10,11 के साथ लगातार गणना।
  6. अनुकूलन जोत समय, यदि आवश्यक हो, गणना थर्मल संतुलन निरंतर समय पर आधारित है।
  7. दोहराएँ 3.5 के लिए 3.2 कदम और 5 एक्स 10 -5 सेकंड -1 एक्स के लिए 1 10 सेकंड -1 -1 से तनाव दर, साथ ही 5% की एक अधिकतम तनाव के लिए 2% से तनाव भिन्न (अधिकतम तनाव के बराबर है प्रशिक्षण के दौरान अधिकतम तनाव)।
  8. स्थानीय तापमान चोटियों की जांच:
    नोट: सामग्री elastocaloric प्रभाव की दर पर निर्भर स्थानीयकरण प्रभाव दिखाता है। इन प्रभावों का सावधानी से अध्ययन एसएमए तापमान प्रोफाइल के एक उच्च विशेष संकल्प की आवश्यकता है। इस उद्देश्य के लिए, आईआर कैमरे के लेंस एक माइक्रोस्कोप के लेंस द्वारा प्रतिस्थापित किया गया है। माइक्रोस्कोप के लेंस 3.0 की एक एपर्चर, 1x की एक बढ़ाई और 15 के एक पिक्सेल आकार की है195 मिमी की दूरी काम पर माइक्रोन।
    1. प्रकाश बंद स्विच, आईआर कैमरा के मद्देनजर क्षेत्र से सभी गर्मी स्रोतों को हटाने और लेंस बदल जाते हैं।
    2. कैमरा अंशांकन सेटिंग में बदलाव और 20 डिग्री सेल्सियस के तापमान रेंज 50 डिग्री सेल्सियस और 500 x 250 पिक्सल के एक छवि आकार के भीतर एक माइक्रोस्कोप के लेंस अंशांकन लोड। मोटर ध्यान इकाई का प्रयोग नमूना ध्यान केंद्रित करने के लिए।
    3. 1 एक्स 10 सेकंड -1 -1 (9000 माइक्रोन / सेक) की एक नस्ल दर पर एक तन्य परीक्षण प्रदर्शन, कदम धारा 2 में वर्णित का पालन करें: सामग्री स्थिरीकरण।
  9. डेटा विज़ुअलाइज़ेशन
    1. डाटा प्रोसेसिंग सॉफ्टवेयर में यांत्रिक डेटा लोड और बल / विस्थापन, तनाव / तनाव, बल / समय और स्थिति / समय चित्र के संदर्भ में यह कल्पना।
    2. आईआर कैमरा सॉफ्टवेयर में आईआर डेटा लोड और समय का संकल्प तापमान प्रोफाइल मूल्यांकन। एक माप क्षेत्र में जो एसएमए रिबन की सतह शामिल परिभाषित करें और मतलब अधिकतम साजिशimum और नमूना बनाम समय की न्यूनतम तापमान।

4. Elastocaloric ठंडा करने की प्रक्रिया

नोट: elastocaloric ठंडा करने की प्रक्रिया की जांच की स्थापना के ऊपरी और निचले स्तर के साथ ही आईआर कैमरे में actuators और सेंसरों के उपयोग की आवश्यकता है। इन प्रयोगों आदेश की प्रक्रिया के प्रदर्शन का अनुकूलन करने के लिए नियंत्रण के मानकों के एक बदलाव शामिल हैं।

  1. SMA रिबन unclamped किया गया है और परीक्षण रिग सामग्री लक्षण के बाद बंद कर दिया गया है, दोहराने 2.5 करने के लिए 2.1 कदम और नमूना फिर से दबाना। यदि यह मामला नहीं था, इस प्रकार है आगे बढ़ना।
  2. आईआर कैमरा सॉफ्टवेयर शुरू और बंद हुआ लेंस के साथ 50 मिमी लेंस के लिए अंशांकन लोड। 1280 x 1024 पिक्सल के एक छवि का आकार और -20 डिग्री सेल्सियस से 50 डिग्री सेल्सियस के तापमान रेंज चुनें। मोटर ध्यान इकाई का उपयोग करके कैमरे की स्थिति और सुनिश्चित करें कि पूरे नमूना कैमरा के मद्देनजर क्षेत्र में है।
    नोट: चुने हुए लेंस प्रणाली के साथ संयोजन में आईआर कैमरा एक फोकल लम्बाई है (च) 50 मिमी, एफ / 2 और 200 मिमी की दूरी काम पर 60 माइक्रोन की एक न्यूनतम पिक्सेल आकार का एक छेद की।
  3. elastocaloric ठंडा करने की प्रक्रिया के लिए नियंत्रण कार्यक्रम खोलें और (रैखिक प्रत्यक्ष ड्राइव एक (ऊपरी स्तर), चक्र और कैमरे के रैखिक प्रत्यक्ष ड्राइव एक और दो, संपर्क समय में अधिकतम और न्यूनतम बल, संपर्क चरण, संख्या के वेग के विस्थापन सेट नियंत्रण के मानकों फ्रेम रेट)।
    1. SMA लोडिंग और अनलोडिंग के लिए रेखीय प्रत्यक्ष ड्राइव की शुरुआत की स्थिति सेट, शून्य बोझ के नीचे है, ताकि नमूना और प्रशिक्षण (4,500 मीटर) की लक्ष्य की स्थिति लक्ष्य की स्थिति बराबर निर्धारित किया है।
    2. लोड हो रहा है और SMA की उतराई के लिए रेखीय प्रत्यक्ष ड्राइव के वेग (वेग लोडिंग / अनलोडिंग) सेट 1 एक्स 10 सेकंड -1 -1 (9000 माइक्रोन / सेक) की एक नस्ल दर को पूरा करने के लिए। 100 करने के लिए सेटअप के निचले स्तर में रेखीय प्रत्यक्ष ड्राइव के वेग सेटमिमी / सेकंड।
    3. 6 सेकंड के लिए संपर्क समय निर्धारित करें।
      नोट: संपर्क समय गर्मी हस्तांतरण की अवधि निर्धारित करता है और 10 मिसे के ऊपर किसी भी मूल्य पर सेट किया जा सकता है।
    4. लोडिंग / अनलोडिंग मोड के बाद संपर्क चुनें।
      नोट: संपर्क चरण प्रभावों लोडिंग और अनलोडिंग समोष्ण (के बाद लोडिंग / अनलोडिंग संपर्क) या (लोडिंग / अनलोडिंग के दौरान संपर्क) गर्मी सिंक / स्रोत के लिए एक गर्मी हस्तांतरण के साथ संयुक्त है या नहीं।
    5. से 40 चक्रों की संख्या निर्धारित करें।
    6. नमूना-विशिष्ट न्यूनतम और अधिकतम बल स्तर सेट लोड compressive और तन्य अधिभार (न्यूनतम लोड 1 एमपीए, अधिकतम भार 800 एमपीए) से बचने के लिए।
    7. 20 मिसे / फ्रेम के एक आईआर कैमरा अधिग्रहण की दर (प्रति सेकंड 50 फ्रेम) का चयन करें। सेटिंग लोड करने के लिए प्रारंभ बटन पर क्लिक करें।
  4. , आईआर कैमरा सॉफ्टवेयर खोलें एक फ़ाइल नाम का चयन और 50000 फ्रेम का आवंटन। आंतरिक से बाहरी ट्रिगर स्रोत के लिए स्विच और डाटा अधिग्रहण मोड शुरू करते हैं।
  5. नियंत्रण progr खोलेंपुरूष और शुरू प्रयोग बटन दबाएँ।
  6. डेटा विज़ुअलाइज़ेशन
    1. एक बार प्रयोग डाटा प्रोसेसिंग सॉफ्टवेयर में लोड डेटा समाप्त हो गया और निम्न डेटा कल्पना है: सेना / विस्थापन, तनाव / तनाव, तापमान / समय (हीट सिंक / स्रोत के तापमान), बल / समय, संपर्क बल / समय और स्थिति रैखिक actuators / समय की।
    2. आईआर कैमरा सॉफ्टवेयर में आईआर डेटा लोड और समय का संकल्प तापमान प्रोफाइल मूल्यांकन। तीन माप क्षेत्रों में जो एसएमए नमूना की सतह के साथ ही गर्मी सिंक की सतह और गर्मी स्रोत कवर को परिभाषित करें। निर्यात समय परिभाषित माप क्षेत्रों का संकल्प लिया, मतलब अधिकतम और न्यूनतम तापमान डेटा और उन्हें डाटा प्रोसेसिंग सॉफ्टवेयर में लोड।
    3. एक तापमान / समय चित्र में आईआर डेटा कल्पना।
  7. तनाव, संपर्क समय और संपर्क चरण: मापदंडों के बदलाव के तहत प्रयोग दोहराएँ।

5. मॉडल मान्यकरण

  1. 5 एक्स 10 -5 सेकंड की दर तनाव -1 और 5% के एक तनाव पर एक इज़ोटेर्माल तन्यता परीक्षण प्रदर्शन, कदम धारा 2 में वर्णित प्रदर्शन से आगे बढ़ें।
  2. एक बार प्रयोग समाप्त हो गया है, डाटा प्रोसेसिंग सॉफ्टवेयर में डेटा लोड और तनाव / तनाव माप कल्पना। austenite की लोचदार मापांक और मार्टेंसाईट चरण, परिवर्तन तनाव के साथ-साथ हिस्टैरिसीस की चौड़ाई की गणना। मॉडल 7 के लिए यांत्रिक इनपुट डेटा के रूप में ऊपर उल्लिखित डेटा समारोह।
  3. 1 एक्स 10 -4 सेकंड -1, 5 एक्स 10 -4 सेकंड -1, 1 एक्स 10 -3 सेकंड -1, 5 एक्स 10 -3 के तनाव दरों पर आगे तन्यता परीक्षण प्रदर्शन -1, 1 एक्स 10 -2 सेकंड -1, 5 एक्स 10 सेकंड -2 -1, 1 एक्स 10 सेकंड -1> -1 मॉडल के लिए मान्यता डेटा उत्पन्न करने के लिए।
  4. प्रयोगों पूरा कर रहे हैं परीक्षा प्रणाली से बाहर नमूना लेने के लिए और एक अंतर स्कैनिंग उष्मापन माप (डीएससी) 18 प्रदर्शन करते हैं तो गरमी सामग्री गुण स्थिर सामग्री का (चरण परिवर्तन और सामग्री की विशिष्ट उष्मा की गुप्त ऊष्मा) निर्धारित करने के लिए।
    नोट: डीएससी माप थर्मामीटरों यंत्रवत् मिलकर मॉडल के लिए गरमी इनपुट डेटा प्रदान करते हैं।
  5. 5.3 चरण में वर्णित तन्यता परीक्षण का अनुकरण करना शुरू करें।
    1. व्यावसायिक रूप से उपलब्ध परिमित तत्व सॉफ्टवेयर में मिश्र स्मृति आकार के लिए कस्टम मॉडल को लागू:
      1. ज्यामिति नोड का चयन करें और -1 डी तार ज्यामिति आकर्षित करने के लिए अंतराल चुनें।
      2. मापदंडों का चयन करें नोड काएं में यांत्रिक परीक्षण से पहचान मॉडल मापदंडों को परिभाषित करने के लिएपी 5.2।
      3. परिभाषाएँ नोड राइट क्लिक करें और एक चर नोड बनाने के लिए चर का चयन करें। चर नोड का चयन करें और सांख्यिकीय ऊष्मा 19 से निकाली गई संक्रमण संभावनाओं का निर्धारण करने के लिए एल्गोरिथ्म को परिभाषित।
      4. चयन भौतिकी जोड़ें और जोड़ने के गुणांक पर्चा PDE या सामान्य फार्म PDE एक आयामी आंशिक अंतर समीकरणों Superelastic आकार स्मृति मिश्र धातु के व्यवहार का वर्णन करने का सेट को परिभाषित करने के लिए, स्थिर गति संतुलन, आंतरिक ऊर्जा और चरण परिवर्तन 20 की गतिज समीकरणों के संतुलन से मिलकर ।
    2. वातावरण के तापमान को तार की प्रारंभिक तापमान सेट करने के लिए प्रारंभिक मान उप-नोड का चयन करें।
      1. धारा 2 में वर्णित प्रयोगात्मक प्रक्रिया के बाद एक तनाव को लागू करने के लिए यांत्रिक सीमा की स्थिति निर्धारित करने के लिए सेंट में तनाव दरों के लिए Dirichlet सीमा शर्त का चयन करेंईपी 5.3, तार के एक छोर के विस्थापन में बाधा और दूसरे छोर के विस्थापन विहित।
      2. क्योंकि पतले तार की तुलना में बड़े पैमाने पर clamps के लगातार तापमान के लिए थर्मल सीमा की स्थिति निर्धारित करने के लिए Dirichlet सीमा शर्त का चयन करें।
        नोट: परिमित तत्व सॉफ्टवेयर के मानक सेटिंग एक अभिसारी समाधान करने के लिए नेतृत्व नहीं है।
      3. सॉल्वर विन्यास के चयन उप नोड्स मानक सेटिंग (जैसे, निरपेक्ष और सापेक्ष tolerances और nonlinear की भिगोना गुणांक, चलने का न्यूटन-Raphson solver) को संशोधित करने और "कंप्यूट" पर क्लिक करें सॉल्वर चलाने के लिए करने के लिए।
  6. डेटा विश्लेषण
    1. डेटा विश्लेषण सॉफ्टवेयर में प्रयोगात्मक और सिमुलेशन परिणाम लोड और यांत्रिक और थर्मल डेटा कल्पना।
    2. प्रयोगात्मक और सिमुलेशन परिणाम, संबंधित यांत्रिक (तनाव / तनाव प्रतिक्रिया) और के थर्मल (विशेष सुलझाया तापमान विकास की तुलना करेंनमूना) सामग्री व्यवहार।

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Representative Results

सामग्री स्थिरीकरण (प्रशिक्षण):

चित्रा 9 50 प्रशिक्षण चक्र का एक तनाव / तनाव आरेख दिखाता है। जांच नमूना एक = 1.45 मिमी 2 के एक क्रॉस सेक्शन के साथ एक नी तिवारी रिबन है। 1 एक्स 10 -3 सेकंड के लागू तनाव दर -1 ΔT = 12.2 लालकृष्ण तापमान में वृद्धि का एक मतलब तापमान में वृद्धि की ओर जाता है स्थिरीकरण प्रभाव पर एक महत्वपूर्ण प्रभाव है 12 14; यांत्रिक स्थिरीकरण के अलावा, एक थर्मल स्थिरीकरण के रूप में अच्छी तरह से देखा जा सकता है। फिल्म 1, पहले तीन प्रशिक्षण चक्र के दौरान नमूना पर तापमान वितरण से पता चलता फ्रेम दर वास्तविक समय माप के रूप में पांच गुना अधिक है। प्रयोग के प्रत्येक चक्र के बाद बंद कर दिया और जैसे ही नमूना परिवेश के तापमान तक पहुँच के रूप में फिर आरंभ किया गया था। elastocaloric प्रभाव का एक homogenizationमनाया हालांकि तापमान चोटियों की तीव्रता चक्रों की संख्या में वृद्धि से कम हो जाती है।

9 चित्रा

चित्रा 1 एक्स 10 -3 सेकंड -1 के एक तनाव दर पर 50 प्रशिक्षण चक्र का प्रशिक्षण। तनाव / तनाव आरेख के दौरान एक द्विआधारी नी तिवारी रिबन के 9. यांत्रिक स्थिरीकरण।

सामग्री लक्षण:

एक NiTiCuV रिबन के एक elastocaloric सामग्री लक्षण के परिणाम (एक = 1.07 मिमी 2) चित्रा 10 में 10 चित्र में दिखाया गया है। तनाव / तनाव आरेख (क) से पता चलता है कि बढ़ती तनाव दरों हिस्टैरिसीस चौड़ाई 7, 12, 21 में वृद्धि करने के लिए नेतृत्व । इस संबंध में एक परिणाम ओ हैच चरण परिवर्तन है, जो भी ΔT तनाव दर चित्र में दिखाया गया है के दौरान तापमान परिवर्तन (चित्रा 10 (ख))। इसके अलावा, चित्र से पता चलता तनाव 5 एक्स 10 -2 सेकंड से अधिक दर पर -1 वहां तापमान परिवर्तन की कोई और वृद्धि है। तापमान परिवर्तन के ठहराव इंगित करता है कि समोष्ण सीमा तक पहुँच जाता है, जो भी तापमान संबंधित तनाव वृद्धि (तनाव तनाव चित्र में दिखाया गया है) के ठहराव से प्राप्त किया जा सकता है। इसके अलावा, उच्च दरों पर मतलब है और अधिकतम तापमान परिवर्तन के बीच छोटे विचलन से पता चलता है कि सामग्री लगभग समान रूप से बदल देती है। आईआर वीडियो 1 एक्स 10 -3 सेकंड के एक तनाव दर पर प्रदर्शन प्रयोगों के दौरान अर्जित की तुलना -1 (2 मूवी (लोडिंग) और देखो मूवी 3 (उतराई)) और 1 एक्स 10 -1 सेकंड की दर से तनाव -1 (देखें मूवी 4 (लोड हो रहा है, 10 बार धीमी) और मूवी 5 (10 बार धीमी उतारने)) तनाव दरों में वृद्धि से elastocaloric प्रभाव के homogenization से पता चलता है।

सामग्री लक्षण के आधार पर, सामग्री की दक्षता निर्धारित किया जा सकता है। 1 एक्स 10 -1 सेकंड की दर से तनाव एक adiabatic लोडिंग और अनलोडिंग के चक्र का काम -1 चित्रा 11 में बल-विक्षेपन चित्र में क्षेत्रों के बराबर है। लाल क्षेत्र हिस्टैरिसीस की गैर वसूली काम से पता चलता है जो सामग्री के प्रदर्शन (पुलिस) के गुणांक के निर्धारण के लिए ध्यान में रखा है। गर्मी, नमूना की गर्मी क्षमता 20 कश्मीर का मतलब नकारात्मक तापमान परिवर्तन और के आधार पर गणना की है, जबकि गर्मी क्षमता में लेने के खाते के लिए विशिष्ट गर्मी क्षमता से निर्धारित किया जा सकता है (सीपी = 0.46 जम्मू / (किलो) कश्मीर), घनत्व (ρ = 7340 किलो / सेमी 3) और नमूने की मात्रा। 7 के परिणामस्वरूप पुलिस क्यू हैअवशोषित गर्मी और यांत्रिक काम की uotient। एक ग्राफिकल विधि ठंडा चक्र के thermodynamic विश्लेषण श्मिट एट अल में वर्णित है के आधार पर elastocaloric ठंडा करने की प्रक्रिया की दक्षता का निर्धारण करने के लिए। 22

चित्रा 1o

चित्रा 10 सामग्री लक्षण। दर-निर्भर तनाव / तनाव आरेख (क) और ΔT / तनाव दर (ख) एक NiTiCuV रिबन के न्यूनतम, अधिकतम और मतलब एसएमए तापमान परिवर्तन दिखा आरेख। तनाव लोडिंग और अनलोडिंग के बाद 150 सेकंड के लिए स्थिर रखा गया था।

11 चित्रा
चित्रा 11. काम करते हैं। एक NiTiCuV रिबन के बल / विक्षेपन आरेख (एक = 1.07 मिमी 2) घएक adiabatic लोडिंग और अनलोडिंग चक्र uring। विक्षेपन लोडिंग और अनलोडिंग के बाद 150 सेकंड के लिए स्थिर रखा गया था। काम उतारने संभावित बरामद किया जा सकता है, जबकि दौरान काम चित्र में क्षेत्रों के बराबर है।

ठंडा करने की प्रक्रिया:

चित्रा 12 में बल विक्षेपन आरेख (क) 40 ठंडा चक्र के दौरान पहले से विशेषता NiTiCuV नमूना के यांत्रिक व्यवहार को दर्शाता है। एसएमए और गर्मी स्रोत / सिंक के बीच संपर्क समय 6 सेकंड के लिए स्थापित किया गया था और तनाव दर 1 एक्स 10 -1 सेकंड के लिए स्थापित किया गया था -1। चित्रा 12 (बी) में तापमान-समय आरेख गर्मी सिंक के तापमान में वृद्धि और 40 ठंडा चक्र के दौरान गर्मी स्रोत के तापमान में कमी, जो इस प्रक्रिया के थर्मल सीमा की स्थिति परिवर्तन दिखाता है। इसके अलावा, सीमा ग का प्रभावयांत्रिक और थर्मल सामग्री व्यवहार के लिए onditions मनाया जा सकता है। आईआर वीडियो (मूवी 6) से पता चलता है कि चक्रों की संख्या में वृद्धि से माल की न्यूनतम और अधिकतम तापमान परिवर्तन कम हो जाती है यह भी हिस्टैरिसीस चौड़ाई की कमी में परिलक्षित होता है (देखें चित्र 12 (एक))। पहले चक्र के बाद, एक inhomogeneous तापमान प्रोफाइल उठता है क्योंकि गर्मी सिंक / स्रोत पूरे एसएमए रिबन (मूवी 6 देखें) संपर्क नहीं करता है। पहले चक्र के बाद एसएमए के महत्वपूर्ण अलग तापमान प्रोफाइल दूसरे चक्र में एक कम परिवर्तन तनाव की ओर जाता है (चित्रा 12 देखें (एक))। इस प्रक्रिया के पुलिस दृढ़ता के रूप में चित्रा 13 में दिखाया गर्मी सिंक और गर्मी स्रोत के तापमान पर निर्भर करता है। गर्मी सिंक और गर्मी स्रोत के बीच तापमान में वृद्धि के अंतर को कम करने के लिए एक सिपाही, जो बीच घटते तापमान के अंतर से संबंधित है के लिए होता है गर्मी स्रोत और वेंई एसएमए। पुलिस गैर वसूली काम के आधार पर गणना की है एसएमए और गर्मी स्रोत के बीच संपर्क के दौरान और अवशोषित गर्मी (10 चित्रा देखें)। अवशोषित गर्मी को ध्यान में एसएमए की गर्मी क्षमता और गर्मी स्रोत के लिए संपर्क के दौरान SMA के औसत तापमान परिवर्तन लेने के द्वारा निर्धारित किया जाता है। प्रति यूनिट बिजली ठंडा करने की प्रक्रिया की सतह क्षेत्र एक बराबर प्रवृत्ति (चित्रा 14 देखें) से पता चलता है। इकाई सतह क्षेत्र के प्रति ठंडा शक्ति चक्र के अनुसार अवशोषित गर्मी, 13.1 सेकंड का समय चक्र और गर्मी स्रोत (8.4 x 10 -6 एम 2) के साथ संपर्क में नमूना की सतह क्षेत्र के आधार पर गणना की जा सकती है। एक SMA आधारित ठंडा करने की प्रक्रिया का यह उदाहरण दर्शाता है कि सामग्री सामग्री लक्षण की तुलना में प्रक्रिया परिस्थितियों में एक अलग व्यवहार से पता चलता है। गर्मी हस्तांतरण और प्रक्रिया नियंत्रण सामग्री के शीतलन प्रदर्शन को प्रभावित करने और ELAST के सत्यापन के लिए ध्यान में रखा जाना हैocaloric सामग्री।

चित्रा 12
चित्रा 12. ठंडा करने की प्रक्रिया। सेना / विक्षेपन आरेख (क) और तापमान / समय आरेख (ख) एक NiTiCuV नमूना (एक = 1.07 मिमी 2) और 6 सेकंड के साथ संपर्क समय के साथ एक 40 चक्र ठंडा करने की प्रक्रिया की।

चित्रा 13
चित्रा 13. ठंडा करने की प्रक्रिया की पुलिस। शीतलन चक्र की बढ़ती संख्या एक कम पुलिस और गर्मी सिंक और गर्मी स्रोत के बीच एक बढ़ती हुई तापमान का अंतर होता है।

चित्रा 14
चित्रा प्रक्रिया से 14. शीतलक बिजली। शीतलन चक्र की बढ़ती संख्या के सीओओ की कमी हो जाती हैइकाई सतह क्षेत्र के प्रति लिंग शक्ति और गर्मी सिंक और गर्मी स्रोत के बीच एक बढ़ती हुई तापमान का अंतर।

मॉडल सत्यापन:

चित्रा 15 (देखें भी मूवी 7) प्रयोग और 1 एक्स 10 -3 सेकंड -1 के एक तनाव दर पर प्रदर्शन एक तन्य परीक्षण के अनुकरण के बीच तुलना से पता चलता। तुलनात्मक नमूना 0.6 मिमी की एक व्यास और 90 मिमी की लंबाई के साथ एक clamping नी तिवारी तार था। सिमुलेशन के अंतर्निहित मॉडल thermomechanically मिलकर मुलर Achenbach-Seelecke (मास) मॉडल 23, 24, 19 के एक संशोधन है। मॉडल स्थानीय चरण परिवर्तन और inhomogeneous तापमान वितरण के अनुकरण के लिए अनुमति देने के लिए बढ़ाया गया था। प्रयोगात्मक परिणामों के बीच तुलना (मूवी 7 देखना (एक)) और सिमुलेशन (देखें मूवी 7 (ख)) से पता चलता है कि मॉडल के रूप में अच्छी तरह से यांत्रिक पुन: पेश करने के लिए थर्मल सामग्री व्यवहार के रूप में सक्षम है। नकली तापमान क्षेत्रों स्थानीय तापमान चोटियों दिखाने के लिए और चोटियों की तीव्रता प्रयोग के साथ एक अच्छा संबंध दिखाने के लिए। इसके अलावा, तापमान चोटी के गठन के समय और जिसके परिणामस्वरूप तनाव कम अच्छे समझौते से पता चलता है। लागू किया मॉडल दृष्टिकोण ही है, तन्यता लोड पर सामग्री व्यवहार का अनुकरण करने के लिए ही सीमित नहीं है यह भी एक झुकने लोड 25 प्रेरित किया जा सकता है। शारीरिक रूप से प्रेरित मॉडल अंतर्निहित तंत्र का विस्तृत विश्लेषण के लिए अनुमति देता है और प्रयोगात्मक और भौतिक विकास के प्रयास को कम करने से प्रक्रिया और सामग्री अनुकूलन का समर्थन करता है।

चित्रा 15
चित्रा 15. प्रयोग (क) और अनुकरण के बीच तुलना (ख) 0.6 मिमी की एक व्यास के साथ एक नी तिवारी तार के परिणाम (एक = 0.2734 मिमी2)। सत्यापन के प्रयोग 1 एक्स 10 -3 सेकंड की दर से तनाव एक तन्य परीक्षण है -1।

आकृति 1
चित्रा 1 (मूवी)। एक SMA नमूने की Adiabatic चरण परिवर्तन। समोष्ण, एक्ज़ोथिर्मिक चरण परिवर्तन austenite से martensite को एसएमए तापमान और मार्टेंसाईट से एन्दोठेर्मिक परिवर्तन एक महत्वपूर्ण तापमान में कमी की ओर जाता है austenite करने के लिए बढ़ जाती है। (राइट के लिए क्लिक करें डाउनलोड इस फिल्म)

चित्र 2
चित्रा 2 (मूवी)। Elastocaloric ठंडा चक्र। गर्मी स्रोत और SMA के बीच गर्मी हस्तांतरण कम तापमान के स्तर पर जगह ले लो। अगले चरण में,SMA एक संपर्क मुक्त अवस्था में है और तेजी से (समोष्ण) लोड हो रहा एसएमए तापमान बढ़ जाता है। SMA के निरंतर तनाव में गर्म एसएमए और गर्मी सिंक जगह ले के बीच बाद में गर्मी हस्तांतरण। गर्मी हस्तांतरण के पूरा होने पर, तेजी से समोष्ण उतराई एसएमए की एक महत्वपूर्ण तापमान ड्रॉप करने के लिए ले जाता है। (राइट के लिए क्लिक करें डाउनलोड इस फिल्म)

चित्र तीन
चित्रा 3 (मूवी)। 3 डी विधानसभा एनीमेशन। एनीमेशन परीक्षण योजना के ऊपरी स्तर में मुख्य घटकों को दर्शाता है। (राइट के लिए क्लिक करें डाउनलोड इस फिल्म)

चित्रा 4
चित्रा 4 (मूवी)। परीक्षण योजना के 3 डी एनीमेशन। डाउनलोड इस फिल्म)

चित्रा 6
चित्रा 6 (मूवी)। 3 डी विधानसभा एनीमेशन। एनीमेशन परीक्षण योजना के निचले स्तर में मुख्य घटकों को दर्शाता है। (राइट के लिए क्लिक करें डाउनलोड इस फिल्म)

आंकड़ा 8
8 चित्रा (मूवी)। परीक्षण योजना के 3 डी एनीमेशन। एनीमेशन एक elastocaloric ठंडा चक्र चलता। (राइट के लिए क्लिक करें डाउनलोड इस फिल्म)

फिल्म 1 मूवी 1. आईआर 1 एक्स 10 -3 सेकंड -1 (5x प्लेबैक की दर) के एक तनाव दर पर एक नी तिवारी रिबन के पहले तीन प्रशिक्षण चक्र की फिल्म। आईआर फिल्म में वृद्धि से elastocaloric प्रभाव की एक बढ़ती हुई homogenization प्रभाव दिखाता है प्रशिक्षण चक्रों की संख्या। (सही करने के लिए क्लिक करें )

फिल्म 2
मूवी 2. 1 एक्स 10 -3 सेकंड -1 (आईआर फिल्म, 1x प्लेबैक की दर) के एक तनाव दर पर एक NiTiCuV रिबन के यांत्रिक लोड हो रहा है। आईआर फिल्म एसएमए सतह पर एक inhomogeneous तापमान वितरण पता चलता है। (सही करने के लिए क्लिक करें )


1 एक्स 10 -3 सेकंड -1 (आईआर फिल्म; 1x प्लेबैक की दर) के एक तनाव दर पर एक NiTiCuV रिबन की फिल्म 3. यांत्रिक उतराई। आईआर फिल्म एसएमए सतह पर एक inhomogeneous तापमान वितरण पता चलता है। (सही करने के लिए क्लिक करें )

मूवी 4
मूवी 4. एक NiTiCuV रिबन के यांत्रिक लोड हो रहा है (एक = 1.07 मिमी 2) 1 एक्स 10 सेकंड -1 -1 (आईआर फिल्म, 10x धीमी प्लेबैक की दर) के एक तनाव दर पर। आईआर फिल्म SMA पर एक सजातीय तापमान वितरण से पता चलता सतह। (सही करने के लिए क्लिक करें )

पेज = "1"> मूवी 5
1 एक्स 10 सेकंड -1 -1 (आईआर फिल्म, 10x धीमी प्लेबैक की दर) के एक तनाव दर पर एक NiTiCuV रिबन की फिल्म 5. यांत्रिक उतराई। आईआर फिल्म एसएमए सतह पर एक सजातीय तापमान वितरण पता चलता है। (सही करने के लिए क्लिक करें )

मूवी 6
मूवी 6. एक 40 चक्र ठंडा करने की प्रक्रिया की आईआर फिल्म। NiTiCuV नमूना और गर्मी सिंक के बीच संपर्क समय / स्रोत 6 सेकंड के लिए स्थापित किया गया था। 1, 2, 11, 12, 21, 22, 31, 32 और 40 (सही करने के लिए क्लिक करें: फिल्म चक्र चलता डाउनलोड )

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मूवी 7. 0.6 मिमी (एक = 0.2734 मिमी 2) की एक व्यास के साथ एक नी तिवारी तार का प्रयोग और सिमुलेशन परिणाम के बीच तुलना। सत्यापन के प्रयोग 1 एक्स 10 -3 सेकंड -1 के एक तनाव दर पर एक तन्य परीक्षण है। मॉडल यांत्रिक और थर्मल सामग्री व्यवहार को पुन: पेश करने में सक्षम है और यांत्रिक साइकिल चालन के दौरान प्रदर्शित होने के तापमान मोर्चों के एक भविष्यवाणी के लिए अनुमति देता है। (सही करने के लिए क्लिक करें )

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Discussion

प्रस्तुत वैज्ञानिक परीक्षण रिग प्रयोगों प्रोटोकॉल खंड में वर्णित प्रदर्शन से elastocaloric सामग्री और ठंडा करने की प्रक्रिया की व्यापक जांच के लिए सक्षम बनाता है। clamping से पहले नमूने के सटीक संरेखण सभी प्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण है। बुरा संरेखण संभवतः जल्दी सामग्री विफलता के लिए नेतृत्व कर सकते हैं। इसके अलावा, अधिकतम लागू किया तनाव, सामग्री जीवनकाल पर महत्वपूर्ण प्रभाव है आवश्यक तनाव तक पहुंचने के लिए, जबकि एक पूरा चरण परिवर्तन मिश्र धातु संरचना पर निर्भर करता है। जांच की NiTiCuV मिश्र के परिवर्तन तनाव (देखें चित्र 10) काफी नी तिवारी मिश्र धातु 9 चित्रा और चित्रा 13 में दिखाया गया के परिवर्तन तनाव की तुलना में कम है। यह अंत करने के लिए, प्रारंभिक परीक्षणों परिवर्तन तनाव के लिए प्रदर्शन किया जाएगा की पहचान करने के लिए नई मिश्र।

परीक्षण मंच के लिए विकास की जरूरत प्रक्रिया पी की स्वतंत्र नियंत्रण थेarameters और सभी चक्र के चरणों के दौरान बातचीत की प्रक्रिया घटकों के थर्मल और यांत्रिक व्यवहार (SMA नमूना, गर्मी स्रोत और गर्मी सिंक) की निगरानी। इसलिए, गर्मी सिंक और गर्मी स्रोत सभी प्रक्रिया चरणों के दौरान एक दूसरे को सक्रिय करने के लिए एक साथ, thermographic एसएमए नमूना और गर्मी स्रोत / सिंक के मापन के बगल में घुड़सवार थे। SMA रिबन पर inhomogeneous तापमान वितरण, साथ ही गर्मी सिंक और SMA व्यवहार पर गर्मी स्रोत के तापमान विकास के प्रभाव (10 चित्रा और मूवी 6 देखें), thermographic प्रक्रिया की जांच के लिए की जरूरत को दर्शाते हैं। तापमान प्रोफ़ाइल और inhomogeneous गर्मी विनिमय केवल प्रक्रिया की क्षमता को प्रभावित नहीं करते; सामग्री जीवनकाल भी तापमान प्रोफ़ाइल से प्रभावित है। सामग्री के कार्यात्मक और संरचनात्मक थकान की एक उल्लेखनीय वृद्धि करने के लिए यांत्रिक साइकिल चालन के नेतृत्व के दौरान उच्च तापमान 12 14 6 चक्र प्रदर्शन किया है जिसके लिए महत्वपूर्ण है। आदेश thermography के माध्यम से सामग्री का तापमान प्रोफाइल को निर्धारित करने के लिए, प्रारंभिक प्रयोगों से पता चला है कि सामग्री का एक सजातीय, उच्च उत्सर्जन गुणांक की आवश्यकता है। सामग्री कोटिंग (एक उच्च उत्सर्जन वार्निश) एक और अधिक प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य उत्सर्जन गुणांक, मिश्र धातु संरचना और नमूने के लिए आवेदन किया सतह के उपचार के स्वतंत्र प्रदान करता है। 90 मिमी की लंबाई के साथ एक SMA रिबन पर तापमान वितरण की जांच 1280 पिक्सल के साथ पूरा नमूना लंबाई कवर करने के लिए लगभग 80 माइक्रोन / पिक्सेल के एक संकल्प की आवश्यकता है। यह 240 माइक्रोन के लिए न्यूनतम नमूना चौड़ाई की सीमा है कि कम से कम एक आईआर पिक्सेल हमेशा पूरी तरह से नमूना द्वारा कवर किया जाता है सुनिश्चित करने के लिए। छोटे नमूने, माइक्रोस्कोप के लेंस के साथ संयोजन में आईआर कैमरा के साथ जांच की जा सकता है, तो तापमान प्रोफाइल की मापपूरा नमूने की आवश्यकता नहीं है। माइक्रोस्कोप के लेंस 15 माइक्रोन / पिक्सेल का एक संकल्प प्रदान करता है और 45 माइक्रोन की चौड़ाई के साथ नमूनों की जांच के लिए सक्षम बनाता है।

डिजाइन किए वैज्ञानिक परीक्षण रिग आगे उन्नत elastocaloric ठंडा चक्र की जांच के लिए सक्षम बनाता है। गर्मी सिंक के साथ संपर्क में SMA के गैर-समोष्ण लोड करने की प्रक्रिया है, जो हिस्टैरिसीस चौड़ाई कम करने से क्षमता बढ़ जाती है के दौरान अधिकतम एसएमए के तापमान को कम कर सकते हैं। इसके अलावा, कम अधिकतम तापमान एसएमए संभावित सामग्री जीवनकाल में वृद्धि कर सकता है।

वैज्ञानिक परीक्षण रिग द्वारा हासिल की प्रतिनिधि परिणामों से पता चला है कि परीक्षण मंच विभिन्न आयामों और फार्म कारकों के साथ विभिन्न धातुओं की जांच के लिए अनुमति देता है। नमूनों की अधिकतम पार अनुभाग 1.8 मिमी 2 तक सीमित है। सीमा 1,200 एन नमूना आयाम infl के रैखिक प्रत्यक्ष ड्राइव की अधिकतम निरंतर बल पर आधारित हैप्रक्रिया नियंत्रण uence, जबकि तनाव दरों, जिस पर नमूनों adiabatically को बदलने के लिए मुख्य रूप से पार अनुभाग अनुपात करने के लिए सतह से प्रभावित हैं। इसके अलावा, एसएमए और गर्मी स्रोत / सिंक के बीच संपर्क समय क्रम में दक्षता और / या ठंडा शक्ति का अनुकूलन करने के लिए नमूना आयाम करने के लिए अनुकूलित किया जाना है। पार अनुभाग अनुपात को एक बड़े सतह समय चक्र कम हो जाती है और विपरीत अनुपात धीमी प्रक्रियाओं की ओर जाता है। नमूना आकार के चुनाव, साथ ही नमूना ज्यामिति, एक भविष्य elastocaloric ठंडा डिवाइस का परिचालन आवृत्ति को परिभाषित करता है और आवेदन आवश्यकताओं के लिए अनुकूलित किया जाना है।

elastocaloric ठंडा प्रक्रियाओं के अनुकूलन के क्रम में एक उपन्यास पर्यावरण के अनुकूल प्रौद्योगिकी ठंडा जो पारंपरिक वाष्प संपीड़न आधारित प्रक्रिया के लिए एक प्रतिस्पर्धी विकल्प हो सकता है स्थापित करने के लिए आवश्यक है। डिजाइन किए वैज्ञानिक परीक्षण सेटअप और ऐसे NiTiCu 26 और नीति के रूप में नए मिश्र का विकासCUV एक कुशल ठंडा डिवाइस के विकास में पहला कदम उठाए हैं। लेखकों में से सबसे अच्छा ज्ञान के लिए, इस वैज्ञानिक सेटअप पहली प्रणाली है जो सभी प्रक्रिया चरणों के दौरान SMA के तापमान और गर्मी स्रोत / सिंक की निगरानी के द्वारा ठोस राज्य आधारित ठंडा करने की प्रक्रिया के दौरान एक SMA के elastocaloric संपत्तियों की जांच की अनुमति देता है । गर्मी स्रोत / सिंक और clamps के एक सीधे आगे संशोधन ग्रिड और ट्यूब की तरह अन्य फार्म कारकों के साथ SMA के प्रवाहकीय गर्मी हस्तांतरण की जांच के लिए अनुमति देता है। हालांकि, वैज्ञानिक परीक्षण रिग एक वैज्ञानिक बिंदु का दृश्य से विकसित किया गया है, और उच्च प्रणाली के प्रदर्शन प्रक्रिया और सामग्री अनुकूलन के बजाय के लिए व्यापक सामग्री और प्रक्रिया की जांच की संभावना प्रदान करता है। आगे कदम आदेश निष्कर्षों एक elastocaloric ठंडा डिवाइस के डिजाइन के लिए वैज्ञानिक परीक्षण सेटअप के साथ प्राप्त स्थानांतरित करने के लिए आवश्यक हैं। इस संदर्भ में, विकसित thermomechanically मिलकर मीटरOdel विकास की प्रक्रिया डिवाइस स्तर पर ठंडा करने की प्रक्रिया का अनुकरण का समर्थन करता है।

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Acknowledgments

लेखकों DFG प्राथमिकता कार्यक्रम के समर्थन को स्वीकार करना होगा 1599 "ferroic सामग्री में गरमी प्रभाव: ठंडा करने के लिए नई अवधारणाओं" (परियोजनाएं: EG101 / 23-1, SCHU2217 / 2-1, SE704 / 2-1, EG101 / 29 -2, SCH2217 / 3-2, SE704 / 2-2)।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Linear direct drives ESR-Pollmeier ML 1418-U5-W1 SMA loading/unloading; heat transfer
Pneumatic cylinder  Festo ADNGF-40 574031 Contact between heat source/sink and SMA
Inductive position measurement system  AMO LMKA-1101.1NN-1.0-0
Tension and compression load cell Futek LCF451; FSH02241 SMA force
Compression load cell Futek LTH300; FSH00297 Contact force
IR camera Infra Tec Image IR 9360; M91129 1,280 x 1,024 pixels; Maximum frame rate 3,200 Hz
Real-Time Controller  National Instruments NI CompactRIO-9074 Data acquisiton and control system
Camera varnish Tetenal 105202

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इंजीनियरिंग अंक 111 Elastocaloric ठंडा चरण परिवर्तन आकार स्मृति मिश्र धातु प्रक्रिया अनुकूलन वैज्ञानिक परीक्षण रिग गुप्त ऊष्मा ठोस राज्य ठंडा thermomechanically मिलकर मॉडल
आकार मेमोरी की जाँच के आधार Elastocaloric शीतलक प्रक्रियाओं और मॉडल सत्यापन के लिए प्रायोगिक तरीके
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Schmidt, M., Ullrich, J., Wieczorek, A., Frenzel, J., Eggeler, G., Schütze, A., Seelecke, S. Experimental Methods for Investigation of Shape Memory Based Elastocaloric Cooling Processes and Model Validation. J. Vis. Exp. (111), e53626, doi:10.3791/53626 (2016).

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