陶瓷材料表面三维离面位移场测量研究

来源 :广东工业大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:xiaokun787
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陶瓷材料一般具有硬度高、耐高温、耐磨性能极好、重量轻的优良特点,在航空航天、医疗、手机、汽车等多个领域中有着广阔的应用前景。但是因为陶瓷材料是脆性材料,其力学特性为确保使用安全发挥关键作用,为此需要在生产过程中重点关注。非接触式检测技术作为目前检测领域中主要的检测手段,保证生产过程对产品的非接触,准确检测生产产品的质量,关于对陶瓷材料进行相关的品质检测,提高产品应用过程中的可靠性,具有重要地位。作为非接触测量的一种,激光波数扫描干涉测量方法拥有高稳定性、抗干扰能力强、高信噪比的优良特点。本课题研究的主要工作是:(1)搭建一套以激光波数扫描干涉测量技术为理论基础的测量系统,(2)并且验证该系统能够应用于具有弱反射特性的陶瓷材料检测领域,为陶瓷材料力学特性测量提供新方法。本文首先介绍关于陶瓷材料在无损检测领域中的方法,重点描述了激光波数扫描干涉测量方法在国内外的研究现状以及目前所得到的研究成果。从理论基础和光路系统设计两方面重点对激光波数扫描干涉测量方法进行了详细的描述,包括波数扫描方法、波数监测方法、随机傅里叶变换理论和光路系统的整体结构及其各硬件设备选择指标。然后对离面位移场的测量原理从公式推导上进行详细描述,并且在前文的对波数扫描干涉测量的基础理论说明下,进一步阐明了能有效提高抗噪能力、减少噪声点的傅里叶变换-干涉频谱非线性最小二乘算法的基本原理。接下来在完整理论和硬件系统支持的情况下,通过测量系统测量了氧化铝陶瓷片的离面位移场,并且对测量系统的实验操作过程、对样件实验方法、数据的获取及其后续的数据处理步骤进行了详细的说明。论文的最后给出了实验过程所获得的氧化铝陶瓷材料测量数据,即在不同受力情况下陶瓷材料的离面位移场分布图,对数据结果在不同角度下进行力学分析,并对比无缺陷和含缺陷的氧化铝陶瓷片的实验数据,进行详细的结果分析说明。从实验结果可以看出,氧化铝陶瓷片的离面位移场位移量在不同受力下,变形量随受力增大而增大,总体呈线性变化。通过实验数据的分析结果,一方面从理论上验证了波数扫描干涉测量技术的正确性,另一方面表明了该测量系统的可行性,具有全视场非接触测量特点。并证实了激光波数扫描干涉测量方法在陶瓷材料力学特性检测领域的可用性,在该领域提供一种新方法。
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