云紋干涉高溫力學(xué)性能測(cè)試及相移應(yīng)用研究.pdf

1、近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外材料研究機(jī)構(gòu)研制出了許多先進(jìn)的高溫合金材料，一些航空材料在高溫狀態(tài)下的力學(xué)性能測(cè)試成了研究的熱點(diǎn)。另外，隨著條紋自動(dòng)處理技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用相移技術(shù)來(lái)提高條紋的精度也成為了研究的熱點(diǎn)。 本文對(duì)這兩個(gè)熱點(diǎn)問題進(jìn)行了探討。主要工作分為兩個(gè)部分： 第一部分是云紋干涉法高溫力學(xué)性能測(cè)試研究。首先闡述了云紋干涉法的波前干涉理論和零厚度光柵的制作方法。接著采用激光干涉裝置對(duì)航空高溫合金材料在高溫下的斷裂韌性、彈性模量和

2、泊松比等力學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試，為該材料應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)提供了參考數(shù)據(jù)。其中，用云紋干涉法來(lái)測(cè)量高溫下金屬材料平面斷裂韌性KIC的測(cè)試方法，其部分結(jié)論和方法已經(jīng)被有關(guān)單位吸收采納為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 試驗(yàn)時(shí)試件放置在帶有石英窗口的可傳遞光波的高溫爐內(nèi)，將一個(gè)u-v分離裝置安置在光路中，可以同時(shí)獲得垂直和水平位移場(chǎng)的干涉條紋。經(jīng)試驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)，通過計(jì)算機(jī)計(jì)算可以得到平面應(yīng)變斷裂韌度強(qiáng)度因子KIC的條件值KQ，以及材料的彈性模量和泊松比值

3、。為了避免傳統(tǒng)方法制作的轉(zhuǎn)移光柵在高溫環(huán)境下作業(yè)時(shí)，由于試件材料和光柵的熱膨脹系數(shù)的不同，容易導(dǎo)致光柵脫落的現(xiàn)象的發(fā)生，試驗(yàn)前，在試件表面直接刻蝕了零厚度光柵,這樣一來(lái)大大提高了光柵的可靠性，拓展了高溫合金云紋干涉法的研究空間。 工作的第二個(gè)部分是相移技術(shù)在云紋干涉試驗(yàn)中的應(yīng)用研究。首先闡述了相移技術(shù)的基本原理和光纖相移器的相移原理，接著嘗試著將相移技術(shù)引入到云紋干涉試驗(yàn)中，測(cè)試了合金材料的橫向應(yīng)變。通過試驗(yàn)的研究，初步形成了

4、具有云紋條紋圖的采集、處理，條紋的位相信息的提取，位移場(chǎng)計(jì)算等多功能的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。 試驗(yàn)中，利用云紋干涉法的波前干涉理論來(lái)設(shè)置光路，通過光纖相移器，利用時(shí)間相移法（TPM）在每個(gè)載荷下產(chǎn)生四幅相移干涉條紋圖像。記錄的相移圖像經(jīng)過位相計(jì)算，標(biāo)記噪聲點(diǎn)，去包裹處理等步驟后，得到試件橫向位移場(chǎng)中全場(chǎng)各個(gè)像素點(diǎn)的位移數(shù)據(jù)，并計(jì)算出相應(yīng)的應(yīng)變。相比傳統(tǒng)的條紋圖的人工讀取的處理方法，引入相移技術(shù)后，可以通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)條紋的自動(dòng)處理，大大