Experimentella metoder för undersökning av formminne Baserat Elastocaloric kylprocesser och Model Validation

1Lab for Measurement Technology, Saarland University, 2Intelligent Material Systems Lab, Saarland University, 3Lab for Material Science, Ruhr Universität Bochum
Published 5/02/2016
0 Comments
  CITE THIS  SHARE 
Engineering

Your institution must subscribe to JoVE's Engineering section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

Welcome!

Enter your email below to get your free 10 minute trial to JoVE!





By clicking "Submit", you agree to our policies.

 

Summary

Cite this Article

Copy Citation

Schmidt, M., Ullrich, J., Wieczorek, A., Frenzel, J., Eggeler, G., Schütze, A., et al. Experimental Methods for Investigation of Shape Memory Based Elastocaloric Cooling Processes and Model Validation. J. Vis. Exp. (111), e53626, doi:10.3791/53626 (2016).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Shape Memory Alloys (SMA) med hjälp av elastocaloric kylprocesser har potential att bli ett miljövänligt alternativ till den konventionella ångkompression kyla processen. Nickel-titan (Ni-Ti) baserat legeringssystem, i synnerhet, visar stora elastocaloric effekter. Dessutom uppvisar stora latenta heat vilket är en nödvändig materiell egendom för att utveckla en effektiv solid-state kyla processen. En vetenskaplig testrigg har utformats för att undersöka dessa processer och elastocaloric effekter i SMA. Den realiserade testriggen möjliggör oberoende kontroll av en SMA mekaniska lastnings- och lossningscykler, liksom konduktiv värmeöverföring mellan SMA kylelement och en värmekälla / handfat. Testriggen är utrustad med ett omfattande övervakningssystem kan synkroniserade mätningar av mekaniska och termiska parametrar. Förutom att bestämma processberoende mekaniskt arbete, varvid systemet möjliggör också measurement av termiska caloric aspekter av elastocaloric kyleffekten genom användning av en högpresterande IR-kamera. Denna kombination är av särskilt intresse, eftersom det tillåter illustrationer av lokaliserings och kurseffekter - både är viktiga för effektiv värmeöverföring från det medium som skall kylas.

Arbetet presenteras beskriver en experimentell metod för att identifiera elastocaloric materialegenskaper i olika material och prov geometrier. Dessutom är testriggen som används för att undersöka olika kyla processvariationer. De införda analysmetoderna möjliggöra en differentierad bedömning av material, process och relaterade randvillkor påverkar på processeffektiviteten. Jämförelsen av de experimentella data med simuleringsresultaten (av en termo kopplade finita elementmodell) gör det möjligt för bättre förståelse av de bakomliggande fysiken av elastocaloric effekt. Dessutom experimentella resultat, samt slutsatser based på simuleringsresultaten, används för att förbättra materialegenskaper.

Introduction

Solid state kylprocesser baserade på ferroic material har potential att vara miljövänliga alternativ till den konventionella ångkompression baserad process. Ferroic material kan uppvisa magnetocaloric, electrocaloric och elastocaloric effekter 1, 2, samt kombinationer av dessa effekter, som beskrivs som multicaloric material beteende 3. De olika kalori effekter i ferroic material undersöks för närvarande som en del av den tyska Science Foundation (DFG) Priority program SPP 1599 "kalorieffekter i Ferroic Material: Nya koncept för Cooling" 4. Shape Memory Alloys (SMA) som undersöks inom detta program visar stora elastocaloric effekter, i synnerhet Ni-Ti-baserade legeringar på grund av deras stora latenta heat 5. Stammen-inducerad fasomvandling vid höga töjningshastigheter leder till betydande temperaturväxlingar av SMA, som visas i figur 1. Denadiabatisk, exoterm fasomvandling från austenit till martensit ökar SMA temperatur. Den endoterma omvandling från martensit till austenit leder till en betydande minskning temperatur. Dessa elastocaloric materialegenskaper kan användas för solid-state kylning processer genom att tillämpa en lämplig mekanisk lastning och lossning cykeln. Figur 2 visar en typisk elastocaloric kylcykel, efter Brayton-cykeln. Värmeöverföringen mellan värmekällan och den kalla, lossas SMA ske vid nivåer låg temperatur. I nästa fas, är SMA i ett kontaktlöst tillstånd och snabb, adiabatisk belastning leder till en betydande ökning av SMA temperatur. Den efterföljande värmeöverföring mellan den heta SMA och kylflänsen sker vid konstant stam av SMA. Efter slutförandet av värmeöverföringen, leder snabbt, adiabatisk lossning till en betydande temperaturfall av SMA under temperaturen för värmekällan, varefter nästa kylning cycle och värmeöverföringen med värmekällan kan starta. Effektiviteten i elastocaloric kylprocessen beror på den erforderliga mekaniskt arbete och den absorberade värmen.

Först utfördes experiment som övervakar temperaturfältet under drag tester av al. Shaw et 6, 7, med målet att undersöka bildandet av lokala temperaturtoppar under dragprov av SMA remsor och ledningar i olika takt. Den tillämpade experimentell metod kombinerad mätning av mekaniska parametrar (spänning, töjning och töjningshastighet) med samtidig förvärv av fält temperatur genom termografiska mätningar. Under lastning och lossning av en SMA-provet med en dragtestmaskin, en infraröd (IR) kamera användes för att förvärva IR-bilder av SMA provet. Denna teknik gör det möjligt för undersökning av töjningshastigheten beroende bildandet av temperaturtoppar. Mätningen av temperaturfördelningen påprovet är mycket viktigt för undersökningen av de elastocaloric effekter och bestämningen av de kylande egenskaperna hos materialet. En mätning lokala temperaturen - genom att tillämpa en temperaturmätning kontakt - är inte tillräcklig för att karaktärisera kylning egenskaperna hos materialet. En mätning av temperaturfältet användes också av Cui et al. 8 för att studera elastocaloric effekter i Ni-Ti ledningar. Dessutom et al. Ossmer 9, 10 visade att mätningar termo temperatur är också lämplig för undersökning av elastocaloric effekter i Ni-Ti baserade tunna filmer, som krävde hög bildhastighet av IR-kamera för undersökning av adiabatiska fastransformationer vid hög påfrestning priser. Denna teknik gör det möjligt att utreda elastocaloric kvantiteter och homogeniteten av temperaturprofil, som har en betydande inverkan på solid-state baserad värmeöverföring ocheffektivitet elastocaloric processer.

Kyleffektiviteten av materialet kan bestämmas genom beräkning av det arbete som behövs baserat på spänning / töjning mätningar samt den värme (vilket kan bestämmas med hänsyn tagen till temperaturändringen och värmekapaciteten för materialet). Emellertid inte den experimentella metoden inte gör det möjligt för undersökning av elastocaloric material under processbetingelse. Detta inkluderar en värmeöverföring mellan SMA och en värmekälla, som har ett betydande inflytande på effektiviteten av kylningseffekten.

Materialet karakterisering av kylning processförhållanden och undersökning av elastocaloric kylprocesser kräver en testrigg som gör det möjligt solid-state baserad värmeöverföring, som inte kan utredas av alla befintliga kommersiella systemet. För detta ändamål har en ny testning plattform utvecklats. Provningsriggen inrättades två nivåer som visas i figur 3. Den upper nivå tillåter grundläggande elastocaloric materialkarakterisering och inledande förfaranden utbildning, liknande den tidigare beskrivna metoden (se Figur 4). Installationen är utrustad med en linjär direktdrift kan lastning och lossning av SMA vid töjningshastigheter upp till 1 sek -1 (se figur 5). Den linjära direktdrivning möjliggör undersökning av prover med ett tvärsnitt på upp till 1,8 mm 2, medan den typiska provlängden är 90 mm. Fördelen med en linjär direktdrivning är den höga hastigheten och den höga acceleration - i motsats till kulskruvar heter som typiskt används för dragprov. Dessutom en lastcell, samt det integrerade systemet för den linjära körläge mätning, tillhandahåller data mekaniska mätnings. En högupplöst IR-kamera (1,280 x 1024 pixlar) används för att mäta temperaturprofilen för SMA med upp till 400 Hz (i det erforderliga temperaturområdet). Användningen av ett mikroskop lins med en resolution av 15 um / pixel möjliggör undersökning av lokala temperatureffekter. Den lägre nivån av provningsapparaturen innehåller en mekanism som gör det möjligt att alternerande konduktiv värmeöverföring mellan SMA och värmekällan / kylfläns (se figurerna 6 och 7). Den linjära direktdrivning i den lägre nivån växlar mellan värmekällan till den SMA och från SMA till kylflänsen, medan en pneumatisk cylinder höjer och sänker värmekällan / sink (se figur 8). Varje ställdon kan styras oberoende möjliggör för undersökning av olika kylning processvariationer. Det omfattande mätsystem möjliggör mätningar av mekaniska parametrar: manöverdonspositionen, ställdon hastighet, SMA belastningskraften, kontaktkraft mellan SMA och värmekälla / diskbänk under värmeöverföring samt termiska parametrar (dvs temperaturer inne värmekälla / handfat, distribution temperaturen på ytan av SMA och värmekällan / sink). En mer detaljerad beskrivning av vetenskapliga tester plattform ges i Schmidt et al. 11.

figur 5
Figur 5. Schema för den övre nivån av testrigg En linjär direktdrivning för lastning och lossning av SMA provet med integrerat system positionsmätning. en lastcell för mätning av dragkrafter, samt en högupplöst IR-kamera (1,280 x 1024 bildpunkter) för temperaturprofilförvärv.

figur 7
Figur 7. Schema för den lägre nivån av testrigg En linjär direktdrift för att växla mellan kylfläns och värmekälla. en pneumatisk cylinder för att få kontakt mellan SMA provet och värmekällan / sink; temperaturgivare har integrerats i kylflänsen / souRCE för att mäta kärntemperatur av blocken. En kompressionslastcell för mätning av kontaktkraften mellan SMA och värmekällan / sink är integrerad i värmeöverföringsmekanismen och inte synlig i detta system.

Testriggen möjliggör undersökning av olika legeringskompositioner och provstorlekar samt geometrier (band, trådar). Dessutom installationen möjliggör omfattande undersökningar av elastocaloric material och kylprocesser. De tidigare beskrivna experimenten kan utföras och exekveringen kommer att beskrivas steg för steg i protokollet avsnitt i detta manuskript.

Material stabilisering:

Stabilt material beteende är viktig för användningen av elastocaloric material i kylsystem. För detta ändamål är en mekanisk stabiliseringsförfarande som har tillämpats. Under denna procedur materialet passerar mekaniska lastnings- och lossningscykler och utför en fasomvandling från austenit till martensit. Materialet stabilisering visar en stark takt beroende. Höga lastningshastigheter leder till en temperaturförändring av materialet, som orsakas av det latenta värmet av fasomvandlingen. Denna temperaturförändring har en liknande inverkan på materialet stabilisering, liksom mekaniska utbildningscykler vid olika temperaturer 12-15. Förutom de välkända mekaniska 13 och kalori 16 stabilisering kan observeras en termisk material stabilisering med den designade installationen genom att tillämpa termografi 17.

Materialkarakterisering:

Efter en inledande mekanisk träningsproceduren, visar materialet stabilt mekaniska, termiska och kalori beteende låta elastocaloric materialegenskaper ska präglas. Därför är mekanisk cykling i olika takt utförs medan, i motsats till träningsproceduren, den elastocaloric karakterisering innefattar en anläggning fas efter lastning och lossning. Under varaktigheten av hållfasen SMA-stammen hålls konstant tills en omgivningstemperatur nivån uppnås igen. Denna typ av experiment krävs för att bestämma den lägsta möjliga temperaturen efter lossning, från omgivningstemperaturnivåer, samt materialeffektivitet. Hastighet som beror bildandet av lokala temperaturtoppar kan observeras, med högre hastigheter leder till en allt mer homogen temperaturfördelning. Vidare genom att öka töjningshastighet temperaturförändringen ökar lika tills adiabatiska betingelser uppnås. Materialeffektiviteten kan bestämmas genom att beräkna den erforderliga mekaniska arbete, baserat på en kraftförskjutningsdiagram av en adiabatisk experiment, såväl som den absorberbara värme, baserat på den genomsnittliga förändringen av materialtemperaturen vid lossning och värmekapaciteten hos provet .

Elastocaloric kylprocess:

Undersökningen av kyleffekten av SMA under processbetingelser kräver värmeöverföringen mellan SMA kylmedium och en värmekälla, samt en värmesänka. För detta ändamål är den SMA i kontakt med en solid-state värmekälla (efter adiabatisk lossning) och en värmesänka (efter adiabatisk lastning). Effektiviteten i processen är starkt beroende av processtyrning och de termiska randvillkor. Den omfattande undersökning av kylningsprocessen kräver en variation av kontrollparametrar för att bestämma det mest effektiva processtyrning. Den individuella påverkan av parametrarna (kontakttid, SMA-stam, SMA töjningshastighet, kontaktfasen (kontakt under lastning / lossning fas eller följande) och kontaktkraft) på den processprestanda måste undersökas. Vidare har påverkan av den förändrade termiska randvillkoret genom att öka antalet kylningscykler för attbeaktas.

Modellvalidering:

Utvecklingen av en termo kopplat materialmodell, kan reproducera den mekaniska och termiska material beteende under kylningscykeln, är avgörande för utvecklingen av en ny kylteknik. Modellen gör det möjligt för material och processoptimering av minskad experimentell och materialutveckling ansträngning. Valideringen kräver en initial isotermisk dragprov av en stabiliserad material för att alstra ingångsdata som krävs mekanisk material (elasticitetsmodulen hos den austenit och martensitfasen, bredden på den mekaniska hysteresen samt transformations stam). Valideringen av modellen sker på grundval av dragprov i olika takt. De erforderliga caloric indata till modellen kan bestämmas genom differentiell svepkalorimetri (DSC) genom att följa de mekaniska experiment. Mätningarna DSC måste utföras after den mekaniska prov för att mäta kalorimaterialegenskaper ett stabiliserat prov.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Provframställning

  1. Mät SMA bandet med skjutmått och bestämmer tvärsnittet av provet.
  2. Preparera provet för IR-mätningarna genom att belägga bandet med ett tunt skikt av hög emissions (ε = 0,96) färg.
    Varning: Färgen är klassificerad som irriterande. Handskar, skyddsglasögon och munskydd måste bäras under bearbetningen av färgen.

2. Material Stabilization (Utbildning)

Obs: Inledande mekanisk cykling leder till en mekanisk och termisk material stabilisering. Undersökningen av stabiliseringseffekten, och förfarandet träning själv, kräver användning av ställdon och sensorer monterade i den övre nivån av testriggen samt IR-kamera.

  1. Starta motorstyrning program och kontrollera de laddade inställningar. Ändra inställningarna till position läge och kommandoläge. Kontrollera att motorn är i aktivt läge.
  2. Set målläget i motorstyrprogram för att 0 pm och klicka på "operation aktivera" knappen - i detta läge avståndet mellan klämmorna är 90 mm.
  3. Placera provet mellan klämmor av experimentuppställning och använda en speciell utformad inriktningsverktyg för att anpassa provet.
  4. Dra klämmor med hjälp av en monterings stöd för att undvika böjning belastningen på belastningscellen och provet. Använd en momentnyckel för att dra åt skruvarna för att säkerställa en reproducerbar klämkraft (åtdragningsmoment: 20 Nm).
  5. Kontrollera aktuell motorläge och se till att motorn är i startposition (0 um).
  6. Starta IR-kamera programvara och ladda kalibreringen för en 50 mm objektiv i kombination med en närbildslins. Välj en bildstorlek på 1280 x 100 pixlar och ett temperaturområde på -20 ° C till 50 ° C. Placera kameran med hjälp av motorfokus enheten och bekräfta hela provet befinner sig i synfältet för kameran.
    Obs: IR-kamera, i combination med den valda linssystem, har en brännvidd (f) av 50 mm, en bländare på f / 2 och en minsta pixelstorlek på 60 pm på en arbetsavstånd på 200 mm.
  7. Öppna styrprogram för utbildning och materialkarakterisering och ställ in styrparametrar (förskjutning, hastighet, hålltid, högsta och lägsta kraft, antal cykler och kamerabildhastighet).
    1. Ställ startposition (0 um) och välj målpositionen (4500 pm) så att materialet genomgår en fullständig fasomvandling.
    2. Ställa den linjära direktdrivningshastighet (hastighet lastning / lossning) för att uppfylla den önskade töjningshastighet. Välj en töjningshastighet av 5 x 10 -4 sek -1 (ställdon hastighet 45 pm / sek) för att kyla processrelaterad utbildning.
      1. Bestämma den linjära direktdrivningshastigheten (v) baserat på den valda töjningshastighet ( epsilon ) Och den initiala provlängden (l 0) av 90 mm ​​(v = <img alt = "epsilon" src = "/ filer / ftp_upload / 53.626 / epsilon.jpg" /> ∙ l 0)
    3. Ställ in hålltiden till 0 sek.
    4. Ställ in antalet cykler till en för den första cykeln med ett nytt prov.
    5. Ställ in provspecifika lägsta och högsta kraftnivå för att undvika tryckbelastning och drag överbelastning (minsta belastning 1 MPa, maxlast 800 MPa).
    6. Välj en IR-kamera förvärvsfrekvens på 50 ms / ram (20 bilder per sekund).
    7. Klicka på startknappen för att ladda inställningar.
  8. Öppna IR-kamera programvara, välj ett filnamn och fördela 5000 ramar.
    1. Växla från intern till extern triggerkälla och starta datainsamlingsläget.
  9. Öppna styrprogrammet och tryck på start experimentet knappen.
  10. datavisualisering
    1. När experimentet är klar, läsa in data i databehandlingsprogram och visualisera det i termer av kraft / förskjutning, stryck / stam, kraft / tid och position / tidsdiagram.
    2. Ladda IR-data till IR-kamera programvara och utvärdera tids löst temperaturprofiler. Definiera ett mätområde som täcker ytan av SMA bandet och plotta den genomsnittliga maximala och minimala temperaturen hos provet som funktion av tiden.
  11. Upprepa steg 2,6-2,9 tills materialet visar stabil mekanisk beteende och anpassa startpositionen för att kompensera för kvarvarande stammar.
    1. Efter de första 10 cyklerna, öka antalet cykler per experiment för att 10 och fortsätta med experimenten tills stabilt material beteende uppnås.

3. Material karakterisering

Märk: Materialet karakterisering kräver användning av manöverdonet och sensorerna är monterade i den övre nivån av provningsapparaturen såväl som IR-kameran. Under karakterisering förfarande provet lastas och lossas i olika takt när de utfören innehavsperiod efter lastning och lossning.

  1. Om SMA bandet har ospänt och styrsystemet i testriggen har stängts av efter träningen, upprepa steg från 2,1 till 2,6 och klämma provet igen. Om detta inte var fallet, gör så här.
  2. Öppna styrprogram för utbildning och materialkarakterisering och ställ in styrparametrar (förskjutning, hastighet, hålltid, antal cykler och kamerabildhastighet).
    1. Ställ in startposition så att provet är under nollbelastning och ställ in målläget motsvarar målläget av utbildningen (4500 nm).
    2. Ställa den linjära direktdrivningshastighet (hastighet lastning / lossning) för att uppfylla den önskade töjningshastighet. Välja en töjningshastighet av 1 x 10 -1 sek -1 (ställdon hastighet 9000 ^ m / sek) vilket leder till en adiabatisk fasomvandling för prover med ett tvärsnitt av 0,75 mm x 1,4 mm eller större.
    3. Ställ in hålltid till 180 sec, vilket är tillräckligt för att provet skall nå den initiala temperaturnivå.
      Obs! Hålltiden måste kontrolleras efter experimentet genom att beräkna en termisk jämvikt tidskonstant (τ) och en hålltid mindre än 4 x τ måste ökas innan nästa karakterisering experiment startar.
    4. Ställ in antalet cykler till en.
    5. Ställ in provspecifika lägsta och högsta kraftnivå för att undvika tryckbelastning och drag överbelastning (minsta belastning 1 MPa, maxlast 800 MPa).
    6. Välj en IR-kamera förvärv hastighet av 5 ms / ram (200 bilder per sekund).
    7. Klicka på startknappen för att ladda inställningar.
  3. Öppna IR-kamera programvara, välj ett filnamn och fördela 80.000 ramar.
    1. Växla från intern till extern triggerkälla och starta datainsamlingsläget.
  4. Öppna styrprogrammet och tryck på start experimentet knappen.
  5. Ladda IR-data i denIR-kamera programvara. Plot betyder högsta och lägsta provtemperaturer jämfört med tid. Exportera data och beräkna den termiska jämviktstidskonstant med databearbetningsmjukvaran 10,11.
  6. Anpassa hålltiden, om så är nödvändigt, baserat på den beräknade termiska jämviktstiden konstant.
  7. Upprepa steg 3.2 till 3,5 och varierar töjningshastigheten från 5 x 10 -5 sek -1 till 1 x 10 -1 sek -1, såväl som den stam från 2% till ett maximum stam av 5% (maximal töjning är ekvivalent med den maximala påfrestningar under träning).
  8. Undersökning av lokala temperaturtoppar:
    Märk: Materialet visar ett hastighetsberoende lokalisering effekten av elastocaloric effekt. Noggranna studier av dessa effekter krävs en hög speciell upplösning av temperaturprofilen SMA. För detta ändamål måste ersättas med ett mikroskop lins lins IR-kamera. Mikroskoplinsen har en öppning av 3,0, en förstoring av 1X och en pixelstorlek på 15um på ett arbetsavstånd av 195 mm.
    1. Stäng av ljuset, ta bort alla värmekällor från synfältet av IR-kamera och byta objektiv.
    2. Ändra kalibreringskamerainställningar och ladda ett mikroskop lins kalibrering inom temperaturintervallet 20 ° C till 50 ° C och en bildstorlek på 500 x 250 pixlar. Använd motorfokus enheten att fokusera provet.
    3. Utför ett dragprov vid en töjningshastighet av 1 x 10 -1 s -1 (9000 pm / sek), följ stegen som beskrivs i avsnitt 2: Material stabilisering.
  9. datavisualisering
    1. Ladda mekaniska data till databehandlings programvara och visualisera det i termer av kraft / förskjutning, stress / spänning, kraft / tid och position / tidsdiagram.
    2. Ladda IR-data till IR-kamera programvara och utvärdera tids löst temperaturprofiler. Definiera ett mätområde som täcker ytan av SMA band och rita medel maxmum och minimum temperaturen hos provet som funktion av tiden.

4. Elastocaloric kylprocess

Notera: Undersökningen av elastocaloric kylprocesser kräver användning av manövreringsorgan och sensorer i den övre och nedre nivå i inställnings samt IR-kameran. Dessa experiment inkluderar en variation av styrparametrar för att optimera processprestanda.

  1. Om SMA bandet har ospänt och testriggen har stängts av efter materialkarakterisering, upprepa steg från 2,1 till 2,5 och klämma provet igen. Om detta inte var fallet, gör så här.
  2. Starta IR-kamera programvara och ladda kalibrering för 50 mm objektiv med närbildslinsen. Välj en bildstorlek på 1280 x 1024 pixlar och ett temperaturområde på -20 ° C till 50 ° C. Placera kameran med hjälp av motorfokus enheten och se till att hela provet är i synfältet på kameran.
    Obs: IR-kamera i kombination med den valda linssystemet har en brännvidd (f) av 50 mm, en maskvidd av f / 2 och en minsta pixelstorlek på 60 | j, m vid ett mätavstånd av 200 mm.
  3. Öppna styrprogram för elastocaloric kylprocesser och ställ in styrparametrar (förskjutning av linjär direktdrift en (övre nivå), hastighet linjär direktdrift ett och två, kontakttiden, maximal och minimal kraft, kontakta fas, antalet cykler och kamera bildfrekvens).
    1. Ställ in startpositionen av den linjära direktdrivning för SMA lastning och lossning, så att provet är under nollbelastning och ställ in målläget motsvarar målläget av utbildningen (4500 nm).
    2. Ställ in hastigheten (hastighet lastning / lossning) av den linjära direktdrivning för lastning och lossning av SMA för att möta en töjningshastighet av 1 x 10 -1 sek -1 (9000 | j, m / sek). Ställa in hastigheten för den linjära direktdrivning i den lägre nivån av installationen till 100mm / sek.
    3. Ställa kontakttiden till 6 sek.
      Obs: Kontakttiden bestämmer varaktigheten av värmeöverföringen och kan ställas in på ett valfritt värde över 10 msek.
    4. Välj kontakten efter lastning / lossning läge.
      Obs: Kontakt fas påverkar om lastning och lossning är adiabatisk (kontakt efter lastning / lossning) eller i kombination med en värmeöverföring till kylflänsen / source (kontakt under lastning / lossning).
    5. Ställ in antalet cykler till 40.
    6. Ställ in provspecifika lägsta och högsta kraftnivå för att undvika tryckbelastning och drag överbelastning (minsta belastning 1 MPa, maxlast 800 MPa).
    7. Välj en IR-kamera förvärv på 20 ms / ram (50 bildrutor per sekund). Klicka på startknappen för att ladda inställningar.
  4. Öppna IR-kamera programvara, välj ett filnamn och fördela 50000 ramar. Växla från intern till extern triggerkälla och starta datainsamlingsläget.
  5. Öppna kontroll program och tryck på start experimentet knappen.
  6. datavisualisering
    1. När experimentet är klar belastning data till databehandlings programvara och visualisera följande uppgifter: kraft / förskjutning, stress / spänning, temperatur / tid (temperaturen på kylflänsen / källa), kraft / tid, kontaktkraft / tid och position av den linjära ställdon / tid.
    2. Ladda IR-data till IR-kamera programvara och utvärdera tids löst temperaturprofiler. Definiera tre mätområden som täcker ytan av SMA provet liksom ytan på kylflänsen och värmekällan. Exportera tidsupplöst medelvärde, högsta och lägsta uppgifter om de definierade mätområden temperatur och ladda dem i databehandlingsprogram.
    3. Visualisera IR-data i en temperatur / tid-diagram.
  7. Upprepa experimentet enligt variationen av parametrarna: stam, kontakttiden och kontaktfasen.

5. Modell Validering

  1. Utför en isotermisk dragprov vid en töjningshastighet av 5 x 10 -5 sek -1 och en stam av 5%, fortsätter genom att utföra de steg som beskrivs i avsnitt 2.
  2. När experimentet är klar, läsa in data i databehandlingsprogram och visualisera spänning / töjning mätningen. Beräkna elasticitetsmodulen för austeniten och martensitfasen, omvandlingen stammen såväl som bredden av hysteresen. Den ovannämnda uppgifter fungerar som mekaniska indata till modellen 7.
  3. Utföra ytterligare dragprov vid töjningshastigheter av en x 10 -4 sek -1, 5 x 10 -4 sek -1, 1 x 10 -3 sek -1, 5 x 10 -3 -1, 1 x 10 -2 sek -1, 5 x 10 -2 s -1, 1 x 10 -1 s -1 för att generera valideringsdata för modellen.
  4. Om experimenten genomförda ta provet ut ur testsystemet och utför en differentiell avsöknings kalorimetrisk mätning (DSC) 18 för att bestämma de caloric materialegenskaper (Bunden värme vid fasomvandlingen och specifik värmekapacitet av materialet) av det stabiliserade materialet.
    Notera: Mätningarna DSC tillhandahålla caloric indata för det termo mekaniskt kopplad modell.
  5. Starta simulering av dragtester som beskrivs i steg 5,3.
    1. Implementera anpassad modell för formminneslegeringar i kommersiellt tillgängliga finita element program:
      1. Välj Geometri nod och välj intervall för att dra 1D tråd geometri.
      2. Välj parametrar nod för att definiera modellparametrar som identifierats från mekaniska tester i Step 5,2.
      3. Högerklicka Definitioner nod och välj Variabler för att skapa en Variabler nod. Välj variabler nod och definiera algoritm för att bestämma övergångssannolikheterna som härrör från statistisk termodynamik 19.
      4. Välj Lägg fysik och lägg koefficient Form PDE eller General Form PDE att definiera uppsättning endimensionella partiella differentialekvationer som beskriver beteendet hos superelastisk formminneslegering, bestående av den stationära fart balans, balansen mellan inre energi och kinetiska ekvationer av fasomvandling 20 .
    2. Välj initialvärden under nod för att ställa in initiala temperaturen av kabeln till omgivningstemperaturen.
      1. Välj dirichletvillkor att föreskriva mekaniska randvillkor för tillämpning av en stam att följa det förfarande som beskrivs i avsnitt 2, för stammen hastigheter i step 5,3, begränsande av förskjutningen av en ände av tråden och förskrivning av förskjutningen av den andra änden.
      2. Välj dirichletvillkor att ställa termiska randvillkor till konstant temperatur på grund av den massiva klämmor jämfört med tunn tråd.
        Obs: Standardinställningar av finita element program inte leder till en konvergerande lösning.
      3. Välj under noder Lexikon konfiguration för att ändra standardinställningar (t.ex. absoluta och relativa toleranser och dämpningskoefficient för icke-linjära, iterativ Newton-Raphsons lösare) och klicka på "Compute" för att köra lösare.
  6. Dataanalys
    1. Ladda experimentella och simuleringsresultat i dataanalysprogrammet och visualisera de mekaniska och termiska data.
    2. Jämför de experimentella och simuleringsresultat, respektive mekanisk (spänning / töjning svar) och termisk (speciell löst temperatur utvecklingen avprov) materialbeteende.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Material stabilisering (utbildning):

Figur 9 visar ett spännings / stam schema för 50 träningscykler. Det undersökta provet är en Ni-Ti-band med ett tvärsnitt av A = 1,45 mm 2. Den tillämpade töjningshastighet av 1 x 10 -3 sek -1 leder till en genomsnittlig ökning av AT = 12,2 K. Temperaturökningen temperatur har ett betydande inflytande på stabiliseringseffekten 12- 14; i tillägg till den mekaniska stabiliseringen, kan observeras en termisk stabilisering samt. Film 1 visar temperaturfördelningen på provet under de tre första träningscykler, är ramhastigheten fem gånger högre än de realtidsmätning. Experimentet stoppades efter varje cykel och startas så snart som provet nådde omgivningstemperatur. En homogenisering av elastocaloric effektenobserveras emellertid intensiteten av de temperaturtoppar minskar med ökande antal cykler.

figur 9

Figur 9. Mekanisk stabilisering av ett binärt Ni-Ti-band under träning. Stress / stam schema för 50 träningscykler vid en töjningshastighet av 1 x 10 -3 sek -1.

Materialkarakterisering:

Resultaten av en elastocaloric materialkarakterisering av en NiTiCuV bandet (A = 1,07 mm 2) visas i Figur 10. Den spänning / töjning diagrammet i figur 10 (a) visar att ökande töjningshastigheter leda till ökade hysteres bredd 7, 12, 21 . Denna korrelation är ett resultat of temperaturförändringen under fasomvandling, som också visas i diagrammet AT-töjningshastighet (Figur 10 (b)). Vidare visar diagrammet att vid töjningshastigheter högre än 5 x 10 -2 sek -1 det inte finns någon ytterligare ökning av temperaturändring. Stagnation av temperaturändringen indikerar att den adiabatiska gränsen nås, vilket även kan härledas från stagnationen av temperaturen relaterad stress ökning (visad i den spännings-töjnings diagram). Dessutom den lilla avvikelsen mellan medelvärdet och maximal förändring temperaturen vid höga hastigheter visar att materialet omvandlas nästan homogent. Jämförelsen av IR videoklipp som förvärvats under de experiment som utförts vid en töjningshastighet av 1 x 10 -3 sek -1 (se film 2 (lastning) och Movie 3 (lossning)) och vid en töjningshastighet av 1 x 10 -1 sek -1 (se Movie 4 (lastning, 10 gånger långsammare) Och film 5 (lossning 10 gånger långsammare)) visar homogenisering av elastocaloric effekt genom att öka töjningshastigheter.

Baserat på den materialkarakterisering, kan effektiviteten hos materialet bestämmas. Arbetet med en adiabatisk lastning och lossning cykel vid en töjningshastighet av 1 x 10 -1 sek -1 motsvarar de områden i kraft deformationen diagrammet i figur 11. Den röda området visar den icke-återvinnings arbete hysteres som beaktas vid fastställandet av värmefaktorn (COP) av materialet. Värmen beräknas baserat på den genomsnittliga negativa förändringen temperatur av 20 K och värmekapaciteten hos provet, under det att värmekapaciteten kan bestämmas genom att ta in på kontot den specifika värmekapaciteten (cp = 0,46 J / (kg K)), densiteten (ρ = 7340 kg / cm 3) och volymen av provet. Den resulterande COP av 7 är den quotient av absorberad värme och mekaniskt arbete. En grafisk metod för att bestämma effektiviteten av elastocaloric kylprocesser baserat på den termodynamiska analys av kylningscykler beskrivs i Schmidt et al. 22

Figur 1o

Figur 10. Material karaktärisering. Hastighetsberoende stress / spänning diagram (a) och AT / töjningshastighet diagram som visar minimum, maximum och menar SMA temperaturändring (b) av en NiTiCuV band. Stammen hölls konstant för 150 sek efter lastning och lossning.

Figur 11
Figur 11. Arbete. Kraft / deformation-kurva av en NiTiCuV band (A = 1,07 mm 2) dnder en adiabatisk lastning och lossning cykel. Avböjningen hölls konstant under 150 sekunder efter lastning och lossning. Arbetet motsvarar de områden i diagrammet medan arbetet vid lossning skulle kunna återställas.

Kylningsprocessen:

Kraft och böjning diagrammet i figur 12 (a) visar det mekaniska uppträdandet hos den tidigare karakteriserade NiTiCuV provet under 40 avkylning. Kontakttiden mellan SMA och värmekällan / sink var inställd på 6 sekunder och töjningshastigheten var satt till 1 x 10 -1 s -1. Den temperatur-tid diagrammet i figur 12 (b) visar ökningen av kylelementets temperatur och temperaturminskningen hos värmekällan under de 40 kylningscykler, som ändrar de termiska randvillkoren hos processen. Vidare, påverkan av gräns cILLKOR till den mekaniska och den termiska materialbeteende kan observeras. IR video (film 6) visar att genom att öka antalet cykler lägsta och högsta temperaturväxlingar i materialet minskar Detta återspeglas också i minskningen av hysteresbredd (se figur 12 (a)). Efter den första cykeln, uppstår en profil inhomogen temperatur, eftersom kylflänsen / källa inte kommer i kontakt med hela SMA bandet (se film 6). Den betydande annorlunda temperaturprofil SMA efter den första cykeln leder till en lägre omvandling stam i den andra cykeln (se figur 12 (a)). COP av processen är starkt beroende av temperaturen hos kylflänsen och värmekällan som visas i Figur 13. Den ökande temperaturskillnad mellan värmesänka och värmekällan leder till en minskande COP, som är relaterad till den minskande temperaturskillnaden mellan värmekälla och the SMA. COP beräknas utifrån den icke återvinningsbara arbete (se figur 10) och den absorberade värmen under kontakten mellan SMA och värmekällan. Den absorberade värmen bestäms genom att ta hänsyn till värmekapaciteten för SMA och medelförändringen temperaturen för SMA under kontakten till värmekällan. Kyleffekten per enhet ytarea av processen visar en ekvivalent trend (se figur 14). Kyleffekten per enhet ytarea kan beräknas baserat på den absorberade värmen per cykel, den cykeltid av 13,1 sekunder och den yta av provet i kontakt med värmekällan (8,4 x 10 -6 m 2). Detta exempel på en SMA kyla process visar att materialet visar ett annat beteende under processbetingelser i jämförelse med materialkarakterisering. Den värmeöverföring och processtyrningen påverka kyleffekten av materialet och måste beaktas för validering av elaocaloric material.

Figur 12
Figur 12. nedkylningsprocessen. Kraft / deformation-kurva (a) och temperatur / tidsdiagram (b) av en 40 cykel kylprocessen med en NiTiCuV prov (A = 1,07 mm 2) och en kontakttid av 6 sekunder.

Figur 13
Figur 13. COP av kylprocessen. Ett ökande antal kylningscykler leder till en minskande COP och en ökande temperaturskillnad mellan värmesänka och värmekällan.

Figur 14
Figur 14. kyleffekt i processen. Ett ökande antal kylningscykler leder till en minskning av cooLing effekt per ytenhet och en ökande temperaturskillnaden mellan kylfläns och värmekälla.

Modellvalidering:

Figur 15 (se även Movie 7) visar jämförelsen mellan experiment och simulering av ett dragprov utfördes vid en töjningshastighet av 1 x 10 -3 sek -1. Det jämförande provet var en Ni-Ti-tråd med en diameter av 0,6 mm och en inspänningslängd av 90 mm. Den underliggande modellen för simuleringen är en modifiering av termo kopplade Müller-Achenbach-Seelecke (MAS) modell 23, 24, 19. Modellen förlängdes för att möjliggöra simulering av lokal fas omvandling och distribution inhomogen temperatur. Jämförelsen mellan de experimentella resultaten (se film 7 (a)) och simuleringen (se film 7 (b)) Visar att modellen kan reproducera den mekaniska samt termiska material beteende. De simulerade fält temperatur uppvisar lokala temperaturtoppar och intensiteten av topparna visar en god korrelation med experimentet. Dessutom visar tidpunkten för temperaturtoppen bildningen och den resulterande spänningsminskning bra avtal. Den tillämpade modellstrategi är inte bara begränsat till simulering av materialbeteende vid dragbelastning, även en böjning belastning kan simuleras 25. Fysiskt motiverade modellen möjliggör detaljerad analys av de bakomliggande mekanismerna och stöder processen och materialoptimering genom att minska experimentell och materialutveckling ansträngning.

Figur 15
Figur 15. Jämförelse mellan experiment (a) och simulering (b) Resultaten av en Ni-Ti tråd med en diameter på 0,6 mm (A = 0.2734 mm2). Är Validerings experimentet ett dragprov vid en töjningshastighet av 1 x 10 -3 sek -1.

Figur 1
Figur 1 (film). Adiabatisk fasomvandling av en SMA provet. Adiabatiska, exoterma fasomvandling från austenit till martensit ökar SMA temperatur och den endotermiska omvandlingen från martensit till austenit leder till en betydande minskning temperatur. (Högerklicka för att ladda ner denna film)

figur 2
Figur 2 (film). Elastocaloric kylningscykel. Värmeöverföringen mellan värmekällan och SMA ske vid nivåer låg temperatur. I nästa fas,SMA är i ett kontaktfritt tillstånd och snabb (adiabatisk) belastning ökar SMA temperatur. Den efterföljande värmeöverföring mellan den heta SMA och kylflänsen sker vid konstant stam av SMA. Efter avslutad värmeöverföringen leder snabb adiabatisk lossning till en betydande temperaturfall av SMA. (Högerklicka för att ladda ner denna film)

Figur 3
Figur 3 (film). 3D montering animation. Animationen visar huvudkomponenterna i den övre nivån av testriggen. (Högerklicka för att ladda ner denna film)

figur 4
Figur 4 (film). 3D-animering av testriggen. ladda ner denna film)

figur 6
Figur 6 (film). 3D montering animation. Animationen visar huvudkomponenterna i den lägre nivån av testriggen. (Högerklicka för att ladda ner denna film)

Figur 8
Figur 8 (film). 3D-animering av testriggen. Animationen visar en elastocaloric kylningscykel. (Högerklicka för att ladda ner denna film)

filmen 1 Film 1. IR film av de tre första tränings cykler av en Ni-Ti-band vid en töjningshastighet av 1 x 10 -3 sek -1 (5x uppspelningshastigheten). IR-film visar en ökande homogenisering effekt av elastocaloric effekt genom att öka Antalet utbildningscykler. (Högerklicka för att ladda ner )

film 2
Film 2. Mekanisk belastning av en NiTiCuV band vid en töjningshastighet av 1 x 10 -3 sek -1 (IR-film, 1x uppspelningshastighet). IR-film visar en inhomogen temperaturfördelning på SMA ytan. (Högerklicka för att ladda ner )


Film 3. Mekanisk lossning av en NiTiCuV band vid en töjningshastighet av 1 x 10 -3 sek -1 (IR film; 1x uppspelningshastighet). IR-film visar en inhomogen temperaturfördelning på SMA ytan. (Högerklicka för att ladda ner )

film 4
Film 4. Mekanisk belastning av en NiTiCuV bandet (A = 1,07 mm 2) vid en töjningshastighet av 1 x 10 -1 sek -1 (IR-film, 10x långsammare uppspelningshastighet). IR-film visar en homogen temperaturfördelning på SMA yta. (Högerklicka för att ladda ner )

page = "1"> filmen 5
Film 5. Mekaniskt lossning av en NiTiCuV band vid en töjningshastighet av 1 x 10 -1 sek -1 (IR-film, 10x långsammare uppspelningshastighet). IR-film visar en homogen temperaturfördelning på SMA ytan. (Högerklicka för att ladda ner )

film 6
Film 6. IR film av en 40 cykel kylprocessen. Kontakttiden mellan NiTiCuV prov och kylfläns / källa sattes till 6 sekunder. Filmen visar cykler: 1, 2, 11, 12, 21, 22, 31, 32 och 40. (högerklicka för att ladda ner )

g "/>
Filmen 7. Jämförelse mellan experiment och simuleringsresultat från en Ni-Ti-tråd med en diameter av 0,6 mm (A = 0,2734 mm 2). Är Validerings experimentet ett dragprov vid en töjningshastighet av 1 x 10 -3 sek -1. Modellen kan reproducera den mekaniska och termiska materialbeteende och möjliggör en förutsägelse av temperatur fronter som förekommer under mekanisk cykling. (Högerklicka för att ladda ner )

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

De presenterade vetenskapliga testriggen möjliggör omfattande undersökning av elastocaloric material och kylprocesser genom att utföra experiment som beskrivs i protokollet avsnitt. Exakt inriktning av provet innan kläm är avgörande för alla experimenten. Dålig anpassning kan potentiellt leda till tidig materialbrott. Vidare använt det maximala stammen har ett betydande inflytande på det material livstid, medan den erforderliga stammen för att nå en fullständig fasomvandling är beroende av legeringskompositionen. Omvandlingen stam av den undersökta NiTiCuV legering (se figur 10) är betydligt lägre än omvandlingen stam av Ni-Ti-legering som visas i figur 9 och figur 13. För detta ändamål, till inledande tester identifiera omvandlingen stammen måste göras för nya legeringar.

Behoven av testplattformsutveckling var oberoende kontroll av process parameters och övervakning av termiska och mekaniska egenskaperna hos de samverkande processkomponenterna (SMA prov, värmekälla och kylflänsen) under alla cykelfaser. Därför var kylflänsen och värmekällan monterad bredvid varandra möjliggör samtidiga, termo mätningar av SMA provet och värmekällan / diskbänk under alla processfaser. Den inhomogena temperaturfördelningen på SMA band, liksom inverkan av temperaturutvecklingen av kylflänsen och värmekällan på SMA beteende (se figur 10 och film 6), visar behovet av undersökning av termo processen. Temperaturprofilen och inhomogen värmeväxling inte bara påverkar effektiviteten i processen; materialet livslängd påverkas även av temperaturprofilen. Höga temperaturer under mekanisk cykling leder till en betydande ökning av funktionell och strukturell utmattning av materialet 12- 14 6 cykler. För att bestämma temperaturprofilen för materialet med hjälp av termografi, visade preliminära experiment att en homogen, hög emissionskoefficienten för det material krävs. Materialet beläggning (en hög emissivitet lack) ger en mer reproducerbar emissionskoefficient, oberoende av legeringskompositionen och den applicerade ytbehandlingen av proverna. Undersökningen av temperaturfördelningen på en SMA band med en längd av 90 mm kräver en upplösning på cirka 80 um / pixel för att täcka hela provlängd med 1,280 pixlar. Detta begränsar den minsta provbredd till 240 | j, m för att säkerställa att åtminstone en IR-pixel är alltid helt täckt av provet. Mindre prover kan undersökas med IR-kamera i kombination med mikroskopet linsen, om mätningen av temperaturprofilenav den fullständiga provet är inte nödvändig. Mikroskoplinsen ger en upplösning på 15 ^ m / pixel och möjliggör undersökning av prover med en bredd på 45 | j, m.

Den utformade vetenskapliga testriggen möjliggör ytterligare utredning av avancerade elastocaloric kylningscykler. Icke-adiabatisk lastning av SMA i kontakt med värmesänkan kan minska den maximala SMA temperaturen under processen, vilket ökar effektiviteten genom att minska hysteres bredd. Dessutom kan lägre maximala SMA temperaturer potentiellt öka material livstid.

De representativa resultat som uppnåtts genom vetenskapliga testrigg visade att testa plattformen gör det möjligt att undersöka olika legeringar med olika dimensioner och formfaktorer. Det maximala tvärsnittet hos proven är begränsad till 1,8 mm 2. Begränsningen är baserad på den maximala kontinuerliga kraft den linjära direktdrivning av 1200 N. provdimensioner inflytande processtyrningen, medan töjningshastigheter på vilket proverna trans adiabatiskt främst påverkas av den yta som tvärsnittsförhållande. Dessutom kontakttiden mellan SMA och värmekällan / sink måste anpassas till de provdimensioner för att optimera effektiviteten och / eller kyleffekt. En stor yta till tvärsnitt förhållandet minskar cykeltiden och den motsatta förhållandet leder till långsammare processer. Valet av provstorlek, såväl som den provgeometri, definierar den operativa frekvensen för en framtida elastocaloric kylanordning och måste anpassas till applikationskraven.

Optimeringen av elastocaloric kylprocesser krävs för att etablera en ny miljövänlig kylteknik som kan vara ett konkurrenskraftigt alternativ till den konventionella ångkompression baserad process. Den utformade vetenskapligt test installation och utveckling av nya legeringar såsom NiTiCu 26 och NiTiCUV är första steg i utvecklingen av en effektiv kylanordning. Såvitt av författarna, är denna vetenskapliga inställning det första systemet som tillåter undersökning av elastocaloric egenskaperna hos en SMA under halvledarbaserade kylprocesser genom att övervaka temperaturen av SMA och värmekällan / diskbänk under alla processteg . En rakt fram modifiering av värmekällan / sink och klämmorna medger undersökningen av det konduktiv värmeöverföring av SMA med andra formfaktorer som galler och rör. Emellertid har den vetenskapliga testriggen har utvecklats från en vetenskaplig point-of-view, och ger möjlighet till omfattande material- och processundersökningar för process- och materialoptimering i stället för hög systemprestanda. Ytterligare steg krävs för att överföra resultaten som erhållits med den vetenskapligt test setup för att utformningen av en elastocaloric kylanordning. I detta sammanhang, den utvecklade termomekaniskt kopplade mOdel stöder utvecklingsprocessen simulera kylprocessen på enhetsnivå.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Acknowledgements

Författarna vill tacka för stöd av DFG prioriteringsprogram 1599 "kalorieffekter i ferroic material: Nya koncept för kylning" (Projekt: 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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Fähler, S., Rößler, U. K., et al. Caloric effects in ferroic materials: New concepts for cooling. Adv. Eng. Mater. 14, (1-2), 10-19 (2012).
  2. Moya, X., Defay, E., Heine, V., Mathur, N. D. Too cool to work. Nat. Phys. 11, (3), 202-205 (2015).
  3. Starkov, I. A., Starkov, A. S. On the thermodynamic foundations of solid-state cooler based on multiferroic materials. Int. J. Refrig. 37, 249-256 (2014).
  4. Caloric Effects in Ferroic Materials: New Concepts for Cooling. Available from: http://www.ferroiccooling.de/ (2012).
  5. Moya, X., Kar-Narayan, S., Mathur, N. D. Caloric materials near ferroic phase transitions. Nat. Mater. 13, (5), 439-450 (2014).
  6. Shaw, J. A., Kyriakides, S. On the nucleation and propagation of phase transformation fronts in a NiTi alloy. Acta Mater. 45, (2), 683-700 (1997).
  7. Chang, B. -C., Ja Shaw,, Iadicola, M. A. Thermodynamics of Shape Memory Alloy Wire: Modeling Experiments, and Application. Contin. Mech. Thermodyn. 18, (1-2), 83-118 (2006).
  8. Cui, J., Wu, Y. M., et al. Demonstration of high efficiency elastocaloric cooling with large Delta T using NiTi wires. Appl. Phys. Lett. 101, (7), 073904 (2012).
  9. Ossmer, H., Lambrecht, F., Gültig, M., Chluba, C., Quandt, E., Kohl, M. Evolution of temperature profiles in TiNi films for elastocaloric cooling. Acta Mater. 81, 9-20 (2014).
  10. Ossmer, H., Chluba, C., Krevet, B., Quandt, E., Rohde, M., Kohl, M. Elastocaloric cooling using shape memory alloy films. J. Phys. Conf. Ser. 476, (1), 012138 (2013).
  11. Schmidt, M., Schütze, A., Seelecke, S. Scientific test setup for investigation of shape memory alloy based elastocaloric cooling processes. Int. J. Refrig. 54, 88-97 (2015).
  12. Tobushi, H., Shimeno, Y., Hachisuka, T., Tanaka, K. Influence of strain rate on superelastic properties of TiNi shape memory alloy. Mech. Mater. 30, (2), 141-150 (1998).
  13. Miyazaki, S., Mizukoshi, K., Ueki, T., Sakuma, T., Liu, Y. Fatigue life of Ti-50 at.% Ni and Ti-40Ni-10Cu (at.%) shape memory alloy. Mater. Sci. Eng. A. 273-275, 658-663 (1999).
  14. Olbricht, J., Yawny, A., Condò, A. M., Lovey, F. C., Eggeler, G. The influence of temperature on the evolution of functional properties during pseudoelastic cycling of ultra fine grained NiTi. Mater. Sci. Eng. A. 481-482, 142-145 (2008).
  15. Tušek, J., Engelbrecht, K., Mikkelsen, L. P., Pryds, N. Elastocaloric effect of Ni-Ti wire for application in a cooling device. J. Appl. Phys. 117, (12), 124901 (2015).
  16. Zarnetta, R., Takahashi, R., et al. Identification of Quaternary Shape Memory Alloys with Near-Zero Thermal Hysteresis and Unprecedented Functional Stability. Adv. Funct. Mater. 20, (12), 1917-1923 (2010).
  17. Schmidt, M., Ullrich, J., et al. Thermal Stabilization of NiTiCuV Shape Memory Alloys: Observations During Elastocaloric Training. Shape Mem. Superelasticity. (2015).
  18. Höhne, G., Hemminger, W., Flammersheim, H. -J. Differential Scanning Calorimetry. Berlin Heidelberg Springer-Verlag. (2003).
  19. Heintze, O., Seelecke, S. A coupled thermomechanical model for shape memory alloys-From single crystal to polycrystal. Mater. Sci. Eng. A. 481-482, 389-394 (2008).
  20. Furst, S. J., Crews, J. H., Seelecke, S. Numerical and experimental analysis of inhomogeneities in SMA wires induced by thermal boundary conditions. Contin. Mech. Thermodyn. 24, (4-6), 485-504 (2012).
  21. Shaw, J., Kyriakides, S. Thermomechanical aspects of NiTi. J. Mech. Phys. Solids. 43, (8), 1243-1281 (1995).
  22. Cooling Efficiencies of a NiTi-Based Cooling Process. Schmidt, M., Schütze, A., Seelecke, S. ASME 2013 Conf. Smart Mater. Adapt. Struct. Intell. Syst. Dev. Charact. Multifunct. Mater. Model. Simul. Control Adapt. Syst. Integr. Syst. Des. Implement, (2013).
  23. Achenbach, M., Müller, I. A MODEL FOR SHAPE MEMORY. . Le J. Phys. Colloq. 43, (C4), 163-167 (1982).
  24. Müller, I., Seelecke, S. Thermodynamic aspects of shape memory alloys. Math. Comput. Model. 34, (12-13), 1307-1355 (2001).
  25. Experimental Investigation and Numerical Simulation of the Mechanical and Thermal Behavior of a Superelastic Shape Memory Alloy Beam During Bending. Ullrich, J., Schmidt, M., et al. ASME 2014 Conf. Smart Mater. Adapt. Struct. Intell. Syst. Mech. Behav. Act. Mater. Integr. Syst. Des. Implementation; Bioinspired Smart Mater. Syst. Energy Harvest, (2014).
  26. Bechtold, C., Chluba, C., Lima de Miranda, R., Quandt, E. High cyclic stability of the elastocaloric effect in sputtered TiNiCu shape memory films. Appl. Phys. Lett. 101, (9), 091903 (2012).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Video Stats