云纹干涉法测定高温材料弹性模量及泊松比
高温云纹干涉法测定材料力学性能的研究
根 据 面 内位 移干 涉 条 纹 图可 以求 得 试 件 表 面 的应 变 分 布 。设 试 件 表 面 所 在 平 面 为 ｘ— 平 面 ，该 面 内 的 线 应 变 和 剪 应 变 分 别 为 ８ 、 Ｙ Ｘ
ｃ ｘ＝ ， ｅ ＝ ｔ ｎ ＋
ｖ和 ＂ ｙ。 根 据 位 移 和 应 变 的 关 系 可 得 ／ ｘ 密 栅 云 纹 干 涉 法 是 一 种 非 接 触 位 移 测 试 方 法 ，具 有 精 度 高 ， 分 ８
ｓ ： ： ～
… … … …
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全 反 镜 （ （ ） 称 入 射 到 试 样 （ 的 光 栅 上 。 试 样 受 载 后 光 栅 随 着 ５） ６ 对 ７） 试 样 而变 形 ．两束 入 射 光 的 正负 一 级 衍射 光 相 互 干 涉 形 成 条 纹 ， 经 全 反 镜 （ 、 玻 璃 屏 （ 、 像 镜 （ Ｏ） Ｃ Ｄ 摄 像 机 （ １ 送 人 计 算 ８） 毛 ９） 成 １ 、Ｃ １）
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基 金 项 目 ： 空 支 撑 科 技 基 金 资 助 项 （２ ６０ 航 ０ Ｄ５ ０ １）
高 温 云 纹 干 涉 法 测 定 材 料 力 学 性 能 的 研 究
文 ／蔡 亮 亮 李 禾 严超 华
【 要】 摘 运 用 云 纹干 涉法 的 波前 干 涉原 理和 非 接 触 测 量 面 内位 移 方 法 ，通 过 变形栅 衍 射 的不 同波 前 相 干
２ １ 弹 性 模 量 、 松 比 的 测 量 ． 泊
将 带 有 正 交 栅 （０ ６０线 ／ ｍｍ） 试 件 置 于 带 透 明 窗 １ 的 加 温 炉 中 的 的 ２ １
材料弹性模量和泊松比的测定
1 国外标准概括国内外耐火行业弹性模量测试方法有DIN EN ISO 12680-1、ASTM C 885、ASTM C 1548-2、ASTM C 1419。
标准中制定的均为耐火材料常温测试方法，还没对其高温弹性模量测试方法做具体说明。
目前国际上已经制定的弹性模量标准均采用动态法。
据有关方透露，静态法测试杨氏模量标准也在准备中。
1.1 动态法动态法测试主要分为脉冲激振法、声频共振法、声速法。
脉冲激振法：结构原理见图1。
通过合适的外力给定试样脉冲激振信号，当激振信号中的某一频率与试样的固有频率相一致时，产生共振，此时振幅最大，延时最长，这个波通过测试探针或测量话筒的传递转换成电讯号送入仪器，测出试样的固有频率，由公式计算得出杨氏模量E。
图1 弹性模量测试结构原理图（脉冲激振法）特点：--- 国际通用的一种常温测试方法，如ISO 12680-1、ASTM C 1548；--- 信号激发、接收结构简单，测试测试准确；--- 信号激发、接收均采用非接触式，便于实现高温测试；--- 频谱分析得试样固有频率，准确、直观。
声频共振法：结构原理见图2。
指有声频发生器发送声频电信号，由换能器转换为振动信号驱动试样，再由换能器接收并转换为电信号，分析此信号与发生器信号在示波器上形成的图形，得出试样的固有频率f，由公式 E=C1?w?f2 得出试样的杨氏模量。
图2 弹性模量测试结构原理图（声频共振法）特点： --- 采用标准ASTM C 885 Standard Test Method for Young’s Modulus of Refractory Shapes by Sonic Resonance--- 声频发生器、放大器等组成激发器；--- 换能器接收信号，示波器显示信号；--- 李萨如图形判断试样固有频率。
缺点： --- 激发器结构复杂，必要时激发器需要与试样表面耦合，操作不方便；--- 示波器数据处理及显示单一；--- 可能存在多个李萨如图形，易误判；--- 该方法不方便用于高温测试。
毕业设计DD80单晶材料的高温弹性模量与泊松比测试
毕业设计（论文）开题报告题目DD80单晶材料的高温弹性模量与泊松比测试专业名称材料成型及操纵工程班级学号07011333学生姓名薛萌立指导教师李禾填表日期2011 年 4 月5日一、选题的依据和意义意义：高新技术的进步不断向材料提出更高的要求。
如各类高温合金、单晶材料、功能梯度材料等，以知足不同领域对材料的要求。
本课题测试的是航空单晶材料DD80在室温至1100℃的弹性模量及泊松比。
目前单晶材料已有多种类型，如DZ2二、DD3、DZ125等，要紧应用于各类高强度、高韧性、高温、高压、侵蚀和强辐照等服役环境，如航空、航天、核工业等领域，而这些领域那么能够表现出一个国家的国防壮大与否。
咱们国家国防要壮大，那么必需要有自己壮大的航空力量，战斗机的性能那么是超级重要的标志。
而发动机技术这是整个战斗机性能好坏的决定性因素，可是，目前航空发动机技术一直是咱们的瓶颈，除设计之外，还有工艺、材料、测试等都是咱们的短板。
而设计和工艺都要求对材料在高温环境下的力学性能要有明确的了解，尤其是材料在高温下的弹性模量和泊松比，那么是一个必不可少的数据。
因此迫切需要一种能在高温下测量材料力学性能的方式。
在高温环境（600℃～1200℃）下，不管是静力仍是动力性能，采纳原有的接触式测量方式都是困难的，而非接触式云纹测试方式那么能实现准确和靠得住的测量。
密栅云纹干与法是力学、光学、半导体工艺学和运算机科学彼此结合、渗透的一种现代光学测力学方式。
与其他实验方式相较，具有独特的优势和优势：如灵敏度高，测量范围广，图形对照度好等，而其非接触式测量的特点尤其适用于高温环境下材料力学性能的测试，从常温环境到高温环境，从国防材料到民用材料（如集成电路芯片、体育用品等），都能够无障碍的进行测量，而且云纹干与法的理论与方式研究已大体完善, 并在材料科学、无损检测、断裂力学、细观力学、微电子封装等许多领域中取得了成功的应用。
依据：目前，弹性模量与泊松比的测试方式有多种，在必然程度上取得了应用，经常使用的方式有：电测法、共振测量法、引申计法、应变片法、声学方式。
云纹干涉法测定高温材料弹性模量及泊松比
云纹干涉法测定高温材料弹性模量及泊松比 MEASURING ELASTIC MO DULUS AND POISSON RATIO FORHIG H TEMPERATURE MATERIALS BY Moir INTERFEROMETRY李 禾 严超华 李仁增 江五贵 傅艳军(南昌航空工业学院实验力学研究室,南昌330034)何玉怀 刘绍伦(北京航空材料研究院,北京100095)LI H e YAN ChaoHua LI RenZeng JIANG WuGui FU YanJun(Experimental Mechanics Research Room,Nanchang Institute o f Aeronautical Technology,Nanchang330034,China)HE YuHuai LIU ShaoLun(Beijing Institute o f Aeronautical Materials,Beijing100095,China)摘要 运用云纹干涉法的波前干涉原理,分析激光云纹非接触测量高温材料弹性模量和泊松比的可行性,以及高温云纹干涉法试件光栅的类型,通过高温云纹干涉测试技术应用和大量的航空高温材料测试,解决了材料高温弹性模量和泊松比测试的难题,并总结出一套完整的测试方法。
关键词 云纹干涉法 高温材料 弹性模量 泊松比中图分类号 O348 12Abstract It is mainly about using the wave front interference principle of Moir interferometry analyzed the possibility of non contact measuring elastic modulus and Poisson ratio for high temperature materials by Moir interferometry and the types of gratin g specimers of Moir interferometry in high temperatures The means of elastic modulus and Poisson ratio of the materials measured in high temperatures,and application for a large number of aviation materials are completed A new perfect measuring way has been de veloped.Key words Moir interferometry;High tem perature materials;Elastic modulus;Poisson ratioCorrespon ding author:LI H e,E mail:lihe@niat jx cn,T e l:+86 791 8224643Manuscript received20030707,in revi sed form200309011 引言弹性模量和泊松比是表征材料力学行为的两个重要参数。
材料弹性模量E及泊松比实验测定
实验三资料弹性模量E和泊松比μ的测定实验一、实验目的1、测定常用金属资料的弹性模量 E 和泊松比μ。
2、考证胡克（ Hooke）定律。
二、实验仪器设施和工具1、组合实验台中拉伸装置2、XL2118系列力＆应变综合参数测试仪三、实验原理和方法试件采纳矩形截面试件，电阻应变片布片方式如图3-1。
在试件中央截面上，沿前后两面的轴线方向分别对称的贴一对轴向应变片 R1、R1ˊ和一对横向应变片R2、R2ˊ，以丈量轴向应变ε和横向应变εˊ。
P PR1R1ˊR1R RR2R2ˊR2b h赔偿块P P图 3-1 拉伸试件及布片图1、弹性模量E的测定因为实验装置和安装初始状态的不稳固性，拉伸曲线的初始阶段常常是非线性的。
为了尽可能减小丈量偏差，实验宜从一初载荷P0 ( P00) 开始，采纳增量法，分级加载，分别丈量在各同样载荷增量P 作用下，产生的应变增量，并求出的均匀值。
设试件初始横截面面积为A0，又因L L ，则有PEA0上式即为增量法测 E 的计算公式。
式中A0—试件截面面积—轴向应变增量的均匀值组桥方式采纳 1/4 桥单臂丈量方式，应变片连结见图3-2。
BR1R工作片UabA C赔偿片R3R4机内电阻DE图 3-2 1/4 桥连结方式实验时，在必定载荷条件下，分别对前、后两枚轴向应变片进行单片丈量，并取其均匀值(1 1')。
明显代表载荷 P 作用下试件的实质应变量。
并且前2后两片应变片能够互相抵消偏爱曲折惹起的丈量偏差。
2、泊松比μ的测定利用试件上的横向应变片和纵向应变片合理组桥，为了尽可能减小丈量偏差，实验宜从一初载荷 P0 ( P0 0) 开始，采纳增量法，分级加载，分别丈量在各同样载荷增量△P 作用下，横向应变增量和纵向应变增量。
求出均匀值，按定义'即可求得泊松比μ。
四、实验步骤1、明确试件尺寸的基本尺寸，宽30mm，厚 5mm。
2、调整好实验加载装置。
3、按实验要求接好线，调整好仪器，检查整个测试系统能否处于正常工作状态。
常用工程材料属性弹性模量泊松比质量密度抗剪模张力强度屈服度度
常用工程材料属性弹性模量泊松比质量密度抗剪模张力强度屈服度度1. 弹性模量（Young's modulus）：弹性模量反映了材料在外力作用下的变形程度。
它定义为材料在线性弹性阶段的应力与应变的比值。
单位为帕斯卡（Pa）或兆帕（MPa）。
弹性模量越大，材料的刚度越高，抗变形能力越强。
典型弹性模量值：金属约为100-400GPa，钢约为200-210GPa，铝约为70GPa。
2. 泊松比（Poisson's ratio）：泊松比定义为材料纵向（拉伸方向）的应变与横向（垂直拉伸方向）应变之比。
它是衡量材料的压缩性和延展性的能力的参数。
泊松比一般介于0和0.5之间，无量纲。
对于大多数金属材料，泊松比约为0.33. 质量密度（Density）：质量密度是指物质的质量与体积的比值，单位为千克每立方米（kg/m³）或克每立方厘米（g/cm³）。
质量密度是衡量材料重量的参数，越大则材料越重。
4. 抗剪模量（Shear modulus）：抗剪模量是材料在纵向剪切应力作用下的刚度指标。
它描述了材料的剪切刚度。
单位为帕斯卡（Pa）或兆帕（MPa）。
典型抗剪模量值：金属约为1/3-1/4弹性模量。
5. 张力强度（Tensile strength）：张力强度指材料在拉伸过程中所能承受的最大应力。
单位为帕斯卡（Pa）或兆帕（MPa）。
张力强度较高的材料具有抵抗拉伸破坏的能力。
典型张力强度值：钢的张力强度约为300-400MPa，铝的张力强度约为150-300MPa。
6. 屈服度（Yield strength）：屈服度是指材料在拉伸过程中从线性弹性阶段到塑性变形阶段的变化点，也称为屈服点。
屈服度是标志材料开始塑性变形的临界应力。
单位为帕斯卡（Pa）或兆帕（MPa）。
通常屈服度值会低于张力强度，典型屈服度值：钢的屈服度约为200-400MPa，铝的屈服度约为50-250MPa。
总结：以上所介绍的常用工程材料属性包括弹性模量、泊松比、质量密度、抗剪模量、张力强度和屈服度等，它们对于材料的应用、设计和性能具有重要意义，不同材料的这些属性值也有很大的差异。
单晶高温合金弹性模量和泊松比测试方法的现状分析
单晶高温合金弹性模量和泊松比测试方法的现状分析赵澎涛, 于慧臣, 何玉怀（中国航发北京航空材料研究院 航空材料检测与评价北京市重点实验室 中国航空发动机集团材料检测与评价重点实验室材料检测与评价航空科技重点实验室，北京 100095）摘要：针对单晶高温合金等材料弹性常数表现出的各向异性特点，归纳了现有用于单晶高温合金弹性模量和泊松比的两种主要测试方法：静态法和动态法。
分析单晶高温合金弹性模量和泊松比的国内外研究现状，总结目前国内外研究中存在的主要问题及可行的解决途径，并指出：单晶高温合金弹性模量和泊松比测试缺乏专门的测试标准；相比国外，国内在测试与表征技术研究方面还存在明显的差距，工程应用中往往忽视晶体取向对弹性模量和泊松比的影响，因此有必要针对现有的测试标准和方法对测量单晶高温合金弹性常数的误差影响进行评估，制定适用于单晶高温合金的测试标准。
同时，详细阐述在考虑晶体取向的影响下，通过对晶体取向指数与弹性模量的线性回归分析，建立单晶高温合金DD6材料弹性模量和泊松比与晶体取向的定量关系的过程。
关键词：单晶高温合金；弹性模量和泊松比；静态法；动态法；晶体取向doi ：10.11868/j.issn.1005-5053.2019.000019中图分类号：V216.4 文献标识码：A 文章编号：1005-5053(2019)03-0025-10材料在高温下的弹性模量（杨氏模量E 和剪切模量G ）及泊松比μ是材料结构设计和强度校核必不可少的参数，其准确与否直接影响结构中应力应变的计算精度，同时也会对高周疲劳、低周疲劳、蠕变以及疲劳蠕变交互作用的寿命预测的准确性产生重要影响[1-3]。
随着航空工业的发展和需求，航空发动机中的涡轮导向叶片、工作叶片等关键部位，逐步采用了单晶等高温合金。
这些材料表现为各向异性特征，其弹性模量和泊松比性能与晶体取向、温度和基体相/析出相的演变过程等均有密切的关系，弹性模量和泊松比测试标准逐渐凸显不足，尤其表现在高温环境下的测量。
常用材料弹性模量及泊松比(参照类别)
（《钢结构设计规范》GB50017—2003表343统一取弹性模量206000MPa泊松比约为0.3 ）（有限元材料库的参数为：45号钢密度7890kg/m3,泊松比0.269，杨氏模量209000GP.）（HT200,弹性模量为135GPa,泊松比为0.27）（HT200密度：7.2-7.3 ，弹性模量：70-80;泊松比0.24-0.25 ；热膨胀系数加热：10冷却-8）（用灰铸铁HT200,根据资料可知其密度为7340kg/m3，弹性模量为120GPa,泊松比为0. 25）（HT200,弹性模量E=1.22e 11 Pa, 泊松比入=0.25,密度p =7800 kg/m 3 ）（HT200 122 /0. 3 /7. 2 X 10 - 6 ）（材料HT200,密度为7. 8103 kg / m 3 , 弹性模量为145 GPa,泊松比为0.3）（HT200,其弹性模量E=140GPa,泊松比卩=0.25,密度p =7.8 X 10 3 kg/m 3）（模具材料为灰口铸铁HT200,C-3.47%,Si-2.5%, 密度7210 kg / m3 , 泊松比0.27 。
）（箱体材料为HT200,其性能参数为：弹性模量E=1.4X 10 11 Pa,泊松比卩=0.3,密度为p =7.8X 10 3 kg.m -3 ）（模型材料HT200,其主要物理与机械性能参数如下：密度7.25 t/m 3 ,弹性模量126 GPa,泊松比0.3）（垫板的材料采用HT200,材料相关参数查表可得，弹性模量E = 1120 X 10 5 N /mm 2 , 泊松比卩=0125,密度p =712 X 10 - 9 t /mm 3）名称弹性模量E切变模量G泊松比卩GPa GPa镍铬钢206 79.38 0.25-0.30 合金钢206 79.38 0.25-0.30 碳钢196-206 79 0.24-0.28 铸钢172-202 0.3球墨铸铁140-154 73-76 0.23-0.27 灰铸铁113-157 44 0.23-0.27 白口铸铁113-157 44 0.23-0.27 冷拔纯铜127 48轧制磷青铜113 41 0.32-0.35 轧制纯铜108 39 0.31-0.34 轧制锰青铜108 39 0.35铸铝青铜103 41冷拔黄铜89-97 34-36 0.32-0.42 轧制锌82 31 0.27硬铝合金70 26轧制铝68 25-26 0.32-0.36铅17 7 0.42玻璃55 22 0.25混凝土14-23 4.9-15.7 0.1-0.18纵纹木材9.8-12 0.5横纹木材0.5-0.98 0.44-0.64橡胶0.00784 0.47电木 1.96-2.94 0.69-2.06 0.35-0.38尼龙28.3 10.1 0.4参照资料一一页眉页脚可删除一可锻铸铁152拔制铝线69大理石55花岗石48石灰石41尼龙1010 10.7夹布酚醛塑料4-8.8石棉酚醛塑料1.3高压聚乙烯0.15-0.25低压聚乙烯0.49-0.78翁照资料一一页眉页脚可删除参照资料一一页眉页脚可删除一。
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云纹干涉法测定高温材料弹性模量及泊松比 MEASURING ELASTIC MO DULUS AND POISSON RATIO FORHIG H TEMPERATURE MATERIALS BY Moir INTERFEROMETRY李 禾 严超华 李仁增 江五贵 傅艳军(南昌航空工业学院实验力学研究室,南昌330034)何玉怀 刘绍伦(北京航空材料研究院,北京100095)LI H e YAN ChaoHua LI RenZeng JIANG WuGui FU YanJun(Experimental Mechanics Research Room,Nanchang Institute o f Aeronautical Technology,Nanchang330034,China)HE YuHuai LIU ShaoLun(Beijing Institute o f Aeronautical Materials,Beijing100095,China)摘要 运用云纹干涉法的波前干涉原理,分析激光云纹非接触测量高温材料弹性模量和泊松比的可行性,以及高温云纹干涉法试件光栅的类型,通过高温云纹干涉测试技术应用和大量的航空高温材料测试,解决了材料高温弹性模量和泊松比测试的难题,并总结出一套完整的测试方法。
关键词 云纹干涉法 高温材料 弹性模量 泊松比中图分类号 O348 12Abstract It is mainly about using the wave front interference principle of Moir interferometry analyzed the possibility of non contact measuring elastic modulus and Poisson ratio for high temperature materials by Moir interferometry and the types of gratin g specimers of Moir interferometry in high temperatures The means of elastic modulus and Poisson ratio of the materials measured in high temperatures,and application for a large number of aviation materials are completed A new perfect measuring way has been de veloped.Key words Moir interferometry;High tem perature materials;Elastic modulus;Poisson ratioCorrespon ding author:LI H e,E mail:lihe@niat jx cn,T e l:+86 791 8224643Manuscript received20030707,in revi sed form200309011 引言弹性模量和泊松比是表征材料力学行为的两个重要参数。
测量这两个参数的常规方法主要有电测法和引伸计法,它们的优点是,在常温下操作方便;使用引伸计,位移测量直观;电测法则具有灵敏度高,并且可在应变仪上直接读出应变数据或者在x y函数记录仪上直接绘出应力应变曲线的特点。
但是,不管是引伸计法还是电测法,它们都属于接触式测量方法,因此,如果在高温下使用,则要求它们的位移测量元件必须能耐高温,而这一点正好是目前较难解决的问题。
云纹干涉法是上世纪80年代发展起来的一种现代光测力学方法。
从本质上来说,它是一种波前干涉方法,其主要优点是非接触测量,测量精度高。
在高温云纹干涉测量中[1],试件光栅的种类和制作技术与云纹干涉测量有着密切关系,根据不同类型的材料和测试环境,可制作零厚度光栅[2,3]、复制硅橡胶光栅、树脂胶或硅橡胶转移镀膜光栅[4]。
我们通过大量的实验工作,总结出云纹干涉测量中的试件光栅制作技术,可在不同材料、不同测试环境下制作各种类型的试件光栅。
这些技术的研究,对云纹干涉法的推广应用,特别是高温云纹测试技术都具有重要意义。
2 云纹干涉法的基本原理及其位移测量的灵敏度云纹干涉法使用的基本测量元件是光栅,在力学性能测试中常常使用反射式位相型光栅。
根据位相型光栅表面凹凸槽形状的不同,又可进一步分为正弦型全息光栅和矩形光栅等。
无论哪种光栅,它们的光栅Journal of Mechanical Strength机械强度2004,26(3):302~306李 禾,男,1956年11月生,湖南省沅陵县人,汉族。
副教授,南昌航空工业学院实验力学研究室,从事光测力学和高温材料力学性能测试技术的研究。
20030707收到初稿,20030901收到修改稿。
(a)零厚度光栅(a)Zero thickness grati ng(b)单度层光栅(b)Si ngle fi lm grating图2 光栅工艺流程图Fig 2 Grating technol ogical process衍射方程都是一致的,仅仅是它们的各个衍射级次光谱的光强分布不同而已。
光栅的一级衍射方程为sin = f (1)其中 表示入射角, 表示波长,f 表示光栅的频率。
当试件光栅表面,以 角对称入射两束准直光(平面波阵面)A (x )+1和A (x )-1时,正负一级衍射光与法线重合,且仍为平面波阵面。
试件变形后,正负一级衍射光由平面波前变成与表面位移相关的翘曲波前,位相也发生相应的变化如图1所示,产生波前干涉条纹图象,其横向位移函数为U(x ,y )=N x /2f(2)纵向位移函数为 V(x ,y )=N y /2f(3)其中N x 为U 场等位移条纹级数,N y 为V 场等位移条纹级数,f 为光栅频率[5]。
对应的纵向、横向应变和剪应变为 x 、 y 、!xy ,有x = U x ∀N U 2f ∀xy = V y ∀N V2f ∀y!x y = U y + V x ∀N U y 2f ∀y +∀N V x2f ∀x(4)图1 波前干涉原理Fig 1 Wave front i nterference其中∀N U 为水平方向位移场U(x ,y )对应∀x 的干涉条纹数,∀N V 为竖直方向位移场V(x ,y )对应∀y 的干涉条纹数,∀N U y 为水平方向位移场U(x ,y )对应∀y 的干涉条纹数,∀N V x 为竖直方向位移场V(x ,y )对应∀x 的干涉条纹数[2]。
式(4)是云纹干涉法中表征位移与条纹级数之间关系的主要公式[5]。
为了提高测量灵敏度,由式(4)得知,在一定的测量范围内,提高光栅栅线密度可提高测量灵敏度。
目前实验室普遍使用的氦氖激光光源,一般取光栅频率为f =1200线/mm ,位移测量灵敏度为1/(2!1200)=0 417#m /条纹f =600线/mm ,位移测量灵敏度为1/(2!600)=0 833#m /条纹f =300线/mm,位移测量灵敏度为1/(2!300)=1 666#m /条纹f =150线/mm,位移测量灵敏度为1/(2!150)=3 333#m /条纹。
3 试验测试根据不同材料、不同环境的测试温度,在被测试件表面可制作感光胶光栅、零厚度光栅、单镀层光栅,但是这些类型光栅的选择必须能承受所测试的环境温度。
一般对试件光栅的选择是,对容易抛光的金属试件,在其表面最好刻蚀零厚度光栅,以增加光栅的可靠性;对不易抛光的金属(如钛合金、铝合金、铝基复合材料等)采用制作单镀层光栅的方法,即在制作感光胶栅后,光栅表面蒸镀一层自身材料,以达到光栅表面光亮,提高光的反射效果(国产正性感光胶可承受300∀的高温)。
零厚度光栅和单镀层光栅的制作流程图如图2所示[6]。
采用的拉伸试样有两种(参考航标尺寸),如图3所示,正交光栅制作在试件的中段。
采用四光束云纹实验光路测试纵向与横向应变,如图4所示。
在实验中由不同载荷的U 场和V 场云纹条纹数,确定该温度下的U 场和V 场位移函数对应的全场应变为 x 、 y 、!xy ,如式(4)所示。
当测量弹性模量与泊松比时,只需要测量 x 、 y 应变,且∀x =(x 2-x 1)/m x ∀y =(y 2-y 1)/m y(5)第26卷第3期李 禾等:云纹干涉法测定高温材料弹性模量及泊松比303式中x 1、x 2是所取相对条纹范围内初始条纹中心横向坐标和末条纹中心横向坐标,m x 是横向每毫米像素点数;y 1、y 2是所取相对条纹范围内初始条纹中心纵向坐标和末条纹中心纵向坐标,m y 是纵向每毫米像素点数。
实际测量时,取对称轴附近的云纹,如图5,对应载荷的应力∃=P /S (S 是试件中心的横截面面积),可得到图6中的应力 应变曲线。
通过纵向和横向的应图3 拉伸试样尺寸Fig 3 Specimen size图4 四光束高温云纹实验光路原理图Fi g 4 Four beams Moi r interferometry图5 单晶合金高温云纹图Fig 5 Single crys tal materials Moir图6 单晶1100∀纵向(∃ )曲线图Fig 6 Single crys tal 1100∀(∃ )curve力与应变(∃ )曲线,找出对应的线性回归关系横向 ∃H =k H H +b H(6)纵向∃V =k V V +b V (7)弹性模量E =1000k V(8)则泊松比(Poisson ratio)#=k VkH(9)其中k 是斜率[7]。
在弹性范围内进行测试时,为了提高测试精度,尽可能地使用高密度光栅,如1200线/mm 光栅。
这种方法在常温下常常采用,而在高温环境下光栅将受到烧蚀的影响。
高温合金都是多种金属构成,既有高熔点金属,又有低熔点金属,而低熔点金属所含比例直接影响高温合金的固熔点温度。
例如单晶材料试件表面刻制有600线/mm 的光栅,在950∀以下的温度环境,云纹图象的对比度均清晰,而随着温度超过950∀,云纹图对比度逐渐下降。
到1000∀时,表面只有部分区域有云纹,这就意味着无云纹的区域已没有光栅。
随着保温时间的延长,云纹全部消失,如图7所示。
因为高温合金中的金属是按比例均匀混合的,其表面刻蚀600线/mm 的正交光栅(图8),每个栅格的面积只有2 8!10-6mm 2,实际上的面积比此还小。
在高温下,零厚度光栅的衍射与常温下的镀膜矩形光栅或正弦光栅不一样,光栅的沟槽是由化学刻蚀形成粗糙的灰色晶格边缘,不能反光,实际上光的衍射是由未被腐蚀的方块栅格反射形成的。