Експериментальні дослідження термомеханічних характеристик пружин із сплаву nitinol

Анотація

У статті розглядається питання щодо дослідження термочутливих елементів на основі матеріалу Nitinol - провід діаметром 1,0 мм, який у вигляді пружин потенційно може використовуватися з відповідними геометричними параметрами в конструкції теплового двигуна системи генерації електричної енергії.

Дослідження дозволяють визначити термомеханічні характеристики пружин із цього сплаву, а саме дослідження впливу величини попередньої деформації таких елементів на генероване зусилля.

Термозагартування проводу із нітінолу проводилося при температурі від 400 до 500 ^оС протягом 4,5 годин. Дослідження термомеханічних характеристик здійснювалося при нагріванні термочутливого елемента (пружини) у воді від температури 20 ^оС до 100 ^оС,  вимірювання зусилля виконувались пружинним динамометром. Для досліджень у цій роботі обрано термочутливі елементи – дві пружини із сплаву Nitinol. У роботі зображено модель та загальний вигляд дослідної установки для знаття термомеханічних характеристик пружин.

Побудовано термомеханічні характеристики пружин при різній величині їх деформації. Наведено графіки, які показують, що функціональна залежність максимального генерованого зусилля від величини деформації пружини близька до лінійної. У роботі використаний метод інтерполяції, розраховані відповідні коефіцієнти та побудована функціональна залежність. Отримана залежність дозволяє збільшити межі визначення максимального генерованого зусилля від величини деформації пружини та буде необхідна при моделюванні характеристик теплового двигуна. 

Експериментальними дослідженнями встановлено, що суттєвий вплив на величину генерованого зусилля пружиною із сплаву Nitinol обумовлює величина деформації пружини.  При деформації пружини 160 мм і температурі 100 ^оС генероване зусилля склало 4…4,05 Н, а при деформації 100 мм – 1,75…1,85 Н.

Ключові слова: термочутливий елемент, зусилля, генерація електричної енергії, нітінол, сплав з пам’яттю форми