Méthodes expérimentales pour les enquêtes de la mémoire de forme à base Elastocaloric processus de refroidissement et de validation du modèle

Résumé

Des méthodes expérimentales pour l’étude des procédés de refroidissement à l’état solide et la caractérisation des propriétés des matériaux élastocaloriques des alliages à mémoire de forme (SMA) sont présentées. Un banc d’essai sur mesure a été conçu pour le contrôle et la surveillance complète des processus de refroidissement élastocalorique. De plus, il fournit une plate-forme de validation pour les approches de modélisation thermomécaniquement couplées.

Résumé

Forme Memory Alloys (SMA) en utilisant des procédés de refroidissement elastocaloric ont le potentiel d'être une alternative écologique au processus de refroidissement classique de compression de vapeur sur la base. systèmes d'alliage à base de nickel-titane (Ni-Ti), en particulier, présentent d'importants effets elastocaloric. De plus, présentent de grandes chaleurs latentes qui est une propriété de matériau nécessaire pour le développement d'un processus de refroidissement efficace à solide. Un banc d'essai scientifique a été conçu pour étudier ces processus et les effets elastocaloric en AMF. Le banc d'essai réalisé permet un contrôle indépendant des cycles de chargement et de déchargement mécanique d'un SMA, ainsi que le transfert de chaleur par conduction entre les éléments de refroidissement SMA et une source de chaleur / évier. Le banc d'essai est équipé d'un système de surveillance complet capable de mesures synchronisées des paramètres mécaniques et thermiques. En plus de déterminer le travail mécanique dépendant du processus, le système permet également DE MESUREt des aspects thermiques caloriques de l'effet de refroidissement elastocaloric grâce à l'utilisation d'une caméra infrarouge haute performance. Cette combinaison est particulièrement intéressante, car elle permet à des illustrations de localisation et de taux d'effets - à la fois importants pour le transfert de chaleur efficace du milieu à refroidir.

Le travail présenté décrit une méthode expérimentale pour identifier les propriétés des matériaux elastocaloric dans différents matériaux et géométries échantillon. En outre, le banc d'essai est utilisée pour étudier les différentes variations de processus de refroidissement. Les méthodes d'analyse introduites permettent une considération différenciée des matériaux, processus et l'état limite les influences liées à l'efficacité du processus. La comparaison des données expérimentales avec les résultats de simulation (d'un modèle d'éléments finis thermomécanique couplé) permet une meilleure compréhension de la physique sous-jacentes de l'effet elastocaloric. En outre, les résultats expérimentaux, ainsi que les conclusions based sur les résultats de la simulation, sont utilisés pour améliorer les propriétés du matériau.

Introduction

processus de refroidissement à l'état solide à base de matériaux ferroïques ont le potentiel d'être des alternatives respectueuses de l'environnement au procédé conventionnel à base de compression de vapeur. Matériaux ferroïque peuvent présenter des effets magnétocaloriques, électrocalorique et elastocaloric ^{1, 2,} ainsi que des combinaisons de ces effets, qui sont décrits en tant que matériau multicaloric comportement ^3. Les différents effets caloriques dans les matériaux ferroïques sont actuellement à l'étude dans le cadre de la Fondation allemande pour la science (DFG) Programme prioritaire SPP 1599 " d' effets c....

Protocole

Préparation 1. Echantillon

1. Mesurer le ruban SMA avec étriers et de déterminer la section transversale de l'échantillon.
2. Préparer l'échantillon pour la mesure IR par enduction du ruban avec une couche mince de haute émissivité (ε = 0,96), la peinture.
   Attention: La peinture est classée comme un irritant. Gants, lunettes de sécurité et de protection de la bouche doivent être portés pendant le traitement de la peinture.

2. Matériel de stabilisation (formation)

Remarque: le vélo mécanique initial conduit à une stabilisation mécanique et thermique matériel. L'enquê....

Résultats

Stabilisation des matériaux (Formation):

La figure 9 montre un diagramme contrainte / déformation de 50 cycles de formation. L'échantillon étudié est un ruban de Ni-Ti ayant une section transversale A = 1,45 mm ^2. Le taux de déformation appliquée de 1 x 10 ^-3 s ^-1 conduit à une augmentation de la température moyenne de AT = 12,2 K. L'augmentation de tem.......

Discussion

Le banc d'essai scientifique présentée permet une enquête complète de matériaux elastocaloric et processus de refroidissement en effectuant les expériences décrites dans la section de protocole. un alignement précis de l'échantillon avant serrage est crucial pour toutes les expériences. Bad alignement peut potentiellement conduire à une défaillance prématurée du matériau. En outre, la contrainte maximale appliquée a une influence notable sur la durée de vie la matière, alors que la souche requise pour atteindre .......

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
Entraînements directs linéaires	ESR-Pollmeier	ML 1418-U5-W1	SMA chargement/déchargement ; transfert de chaleur
Vérin pneumatique  ;	Festo	ADNGF-40 574031	Contact entre la source/le dissipateur de chaleur et le
système de mesure de position inductif SMA  ;	AMO	LMKA-1101.1NN-1.0-0
Capteur de force en traction et compression	Futek	LCF451 ; FSH02241	de force SMA
Futek		LTH300 ; FSH00297	Caméra IR à force de contact
	Infra Tec	Image IR 9360 ; M91129	1 280 x 1 024 pixels ; Fréquence d’images maximale 3 200 Hz
Contrôleur temps réel  ;	National Instruments	NI CompactRIO-9074	Système d’acquisition et de contrôle
de données Vernis pour caméra	Tetenal	105202

Capteur