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近年来,国内外材料研究机构研制出了许多先进的高温合金材料,一些航空材料在高温状态下的力学性能测试成了研究的热点。另外,随着条纹自动处理技术的发展,应用相移技术来提高条纹的精度也成为了研究的热点。
本文对这两个热点问题进行了探讨。主要工作分为两个部分:
第一部分是云纹干涉法高温力学性能测试研究。首先阐述了云纹干涉法的波前干涉理论和零厚度光栅的制作方法。接着采用激光干涉装置对航空高温合金材料在高温下的断裂韧性、弹性模量和泊松比等力学性能进行了测试,为该材料应用于航空发动机试验提供了参考数据。其中,用云纹干涉法来测量高温下金属材料平面断裂韧性KIC的测试方法,其部分结论和方法已经被有关单位吸收采纳为行业标准。
试验时试件放置在带有石英窗口的可传递光波的高温炉内,将一个u-v分离装置安置在光路中,可以同时获得垂直和水平位移场的干涉条纹。经试验测得的数据,通过计算机计算可以得到平面应变断裂韧度强度因子KIC的条件值KQ,以及材料的弹性模量和泊松比值。为了避免传统方法制作的转移光栅在高温环境下作业时,由于试件材料和光栅的热膨胀系数的不同,容易导致光栅脱落的现象的发生,试验前,在试件表面直接刻蚀了零厚度光栅,这样一来大大提高了光栅的可靠性,拓展了高温合金云纹干涉法的研究空间。
工作的第二个部分是相移技术在云纹干涉试验中的应用研究。首先阐述了相移技术的基本原理和光纤相移器的相移原理,接着尝试着将相移技术引入到云纹干涉试验中,测试了合金材料的横向应变。通过试验的研究,初步形成了具有云纹条纹图的采集、处理,条纹的位相信息的提取,位移场计算等多功能的自动测试系统。
试验中,利用云纹干涉法的波前干涉理论来设置光路,通过光纤相移器,利用时间相移法(TPM)在每个载荷下产生四幅相移干涉条纹图像。记录的相移图像经过位相计算,标记噪声点,去包裹处理等步骤后,得到试件横向位移场中全场各个像素点的位移数据,并计算出相应的应变。相比传统的条纹图的人工读取的处理方法,引入相移技术后,可以通过计算机实现条纹的自动处理,大大缩短了条纹图像的处理时间,提高了测量精度。