光柵應(yīng)變花的研制及其在復合材料殘余應(yīng)力測試中的應(yīng)用.pdf

1、殘余應(yīng)力對材料、結(jié)構(gòu)的疲勞強度和使用壽命等性能的影響早已為人們所熟知，由于它的大小、方向和分布隨制造加工或處理方法不同而有很大的隨機性，國內(nèi)外對它的研究很重視。對于各向異性的復合材料，隨著加上生產(chǎn)制造過程及工藝參數(shù)的不同，其中的殘余應(yīng)力的大小、方向等就更加復雜。從國內(nèi)外對殘余應(yīng)力的研究中，可以看出大多數(shù)都著重于實驗研究。 目前殘余應(yīng)力測試的方法大致有：電阻應(yīng)變法、X射線衍射法、中子法、超聲波法、電磁法以及云紋干涉法、全息干涉法、

2、散斑干涉法、曲率法、應(yīng)變片包埋法、光纖布拉格光柵法等。 用電阻應(yīng)變花結(jié)合鉆孔法、移層法是最常見的，國內(nèi)外學者在這方面的研究很多，早在1932年J.Mathar就提出了鉆孔法的基本思路與方法，美國ASTM還專門制定了該測試殘余應(yīng)力方法的標準。由于電阻應(yīng)變花測試的只是在三個方向上應(yīng)變的平均值，這就使得該方法在測試纖維增強型復合材料等各相異性材料時有一些不能令人滿意的地方。因為殘余應(yīng)力本來就帶有隨機性，其大小和方向在非常小的面積上都可

3、能是變化的，因此用相對比較大面積上的平均應(yīng)變值代替它，肯定會有誤差。 本文應(yīng)用鉆孔法和云紋干涉技術(shù)的成果，針對殘余應(yīng)力測試中的特點，尤其針對鉆孔法和云紋干涉技術(shù)測試殘余應(yīng)力時存在的問題，在目前絕大多數(shù)云紋干涉技術(shù)所使用的正交光柵的基礎(chǔ)上，提出并研制出一種三個方向的光柵，即在原來0°、90°兩個方向光柵上，再加上一個45°方向的光柵，在進行云紋干涉測試時，一次加載時就可以同時測試出三個獨立的位移場：u場、v場和s場，利用這三個位移

4、場就可以得到相應(yīng)的三個應(yīng)變：(ε0、ε90和ε45)，進而可以計算得到相應(yīng)的應(yīng)力。 針對應(yīng)用三個方向的光柵測試的要求，設(shè)計、制造出一臺三方向的云紋干涉儀。該儀器與三方向光柵，即“光柵應(yīng)變花”，結(jié)合使用，可以很方便地測試出同一面內(nèi)的三個方向的位移場。該儀器有較寬的適用范圍，可以適用于不同頻率的光柵，也同樣適用于單方向光柵和正交光柵。而且對上述不同的光柵的moiré條紋的調(diào)試都很方便。 通過對不同結(jié)構(gòu)參數(shù)和制造工藝的碳纖維增