云纹法测定高温合金材料弹性模量及泊松比研究

根据云纹干涉法的基本原理,运用激光云纹干涉法测量航空材料在高温下的材料弹性模量和泊松比。使用电化学方法在试件表面刻蚀零厚度光栅进行非接触测量,通过测试各种材料的弹性模量和泊松比证明:激光云纹干涉法是测试高温合金材料弹性模量和泊松比的最先进、最精确的方法。     

三维位移场测量的贴片云纹干涉法

三维位移场测量的贴片云纹干涉法是用多束准直相干光同时入射到贴有全息胶片的试件表面,并记录由其相互干涉形成的三组频率不同、方向不同的全息光栅。若对试件加载前后两次曝光,可得到含有试件三维位移场(u,v,w)的三组云纹图。利用光栅衍射方向的差异,容易在三个彼此分开的方向上观察到三组云纹,由此可定量分析试件的三维位移,无需进行复杂的光学滤波处理。文中给出了严格的理论推导和实验验证。     

TC4和GH4169合金X射线散射比的测定及分析

控制散射线是提高射线检测成像质量的主要手段之一,本研究通过缪勒法对激光快速成型TC4钛合金和GH4169高温镍基合金经X射线透照时的散射比进行了测量,结果表明:在本研究测量的所用的射线能量范围内,厚度一定的条件下,对于激光快速成型TC4钛合金和GH4169高温镍基合金,当管电压分别在80~180 kV和85~170 kV范围内增加时X射线散射比均减小;当管电压分别超过180 kV和170 kV后,散射比基本保持不变。对于TC4钛合金,在7~40 mm厚度范围内,对于GH4169高温镍基合金,在1~14 mm厚度范围内,随着材料厚度的增加,散射比均具有增加的趋势;因此,在条件允许的情况下,适当提高管电压有利于减少散射线对成像质量的影响。     

难加工材料高速切削

介绍了刀具陶瓷的发展、性能、切削特点，以及对提高切削加工技术的作用。重点分析了陶瓷刀具在切削淬火钢和镍基高温合金中有关切削力、切削温度、刀具磨损等方面的机理。研究表明陶瓷刀具可用于淬火钢和镍基合金的高速切削。     

单光束直入射云纹干涉计量 --云纹相机和云纹显微镜

本文用傅氏光学原理分析了光栅在斜入射与直入射之间的关系，提出了直入射云纹光路及其干涉原理。此光路除了继承斜入射波前干涉原理和有相同灵敏度外，还具有结构简化、紧凑，集光源到CCD成像为一体的特点，从而设计了云纹相机（f=300-2400线／毫米）和云纹显微镜（f=12000线／毫米或灵敏度＝83.3纳米／线），实现了云纹测量仪器化，至此云纹实验勿需再采用分离元件在实验室的全息平台上进行，而可用于现场。本文最后分析了光栅恰如－精密度尺，用于变形测量，但度尺与被测物不应为同一量级，因变形高频信号将被转换为衰逝波被光栅所阻挡，根据目前各相关技术发展的详实资料及光测力学的需求，提出可行的纳米级光栅和超紫外云纹，这将是新世纪研究微观断裂力学的一个方向。     

高温密栅云纹法测定高温材料热膨胀系数的研究

分析了激光云纹干涉法测量高温材料热膨胀系数的原理和可行性，本文采用国产高温合金材料，在最高温度为１０００℃的温度环境中进行了试验，得到较理想的热膨胀曲线。     

云纹干涉法测定高温材料弹性模量及泊松比的研究

分析了激光云纹干涉测量高温材料弹性模量和泊松比的可行性，当测量区域的尺寸大小相同时，云纹干涉法的测量灵敏度高于双表式引伸计的测量灵敏度。本文的试验采用国产铝基碳化硅材料，复制了硅橡胶正交栅，在３５０℃及其以下的温度环境中试验结果较理想。     

贴片云纹干涉法测量离面位移及振动

将全息胶片用特种胶粘贴到试件表面,用加载前后两次曝光法得到全息云纹,然后使胶片与测试对象分离后进行处理,这种可分离处理的贴片云纹干涉法在面内位移及应变场测量中已获得成功应用。它具有实验周期短、工艺简单、测量精度高等优点。本文首次提出采用非对称双光束入射贴片云纹干涉法,在忽略较小面内位移影响的前提下可获得离面位移及振幅场。文中用付里叶光学验证了面内位移定量公式,推导了离面位移及振动的计算公式,并对测量精度及灵敏度作了讨论。最后给出了对悬臂梁挠度及矩形板横向振动的测试结果。本文的工作扩大了贴片云纹干涉法的应用范围,对工程实际应用具有一定价值。     

K417合金缓进磨削烧伤表面形貌及形成机理

本文在严格控制的实验条件下,建立了磨削弧区温度同试件表面烧伤色之间的对应关系;并以扫描电镜(SEM)、电子探针(EPA)等较为先进的测试仪器为手段详细研究了K417镍基铸造高温合金缓进磨削中表面为正常、淡黄、黄褐、紫褐以及紫黑等深浅不同的色斑时诸试件表面形貌特征和对应的砂轮表面形貌特征,揭示了K417材料缓磨中表面形貌的变化特征及其形成机理。测试结果表明,K417材料缓磨表面出现烧伤色斑时,磨粒与试件材料之间存在粘结现象;试件表面出现粘结滞留的涂覆物。随表面烧伤色层次的加深,磨粒与试件材料之间的粘结越普遍、越严重,试件表面涂覆程度亦越强烈。当出现紫黑色斑时,表面还伴有微裂纹出现。     

碳基复合材料结构800℃光纤高温应变测量

本文采用自主研制的光纤高温应变复合传感器对碳基复合材料结构样件在常温～810℃范围内的高温应变测试特性进行了研究。在马弗炉内对两件碳基复合材料结构试件分别进行三次常温～810℃重复加热实验,高温应变热输出测试结果具有很好的重复性。在万能试验机上,在800℃高温环境下对碳基复合材料结构试件进行了拉伸实验,光纤高温应变复合传感器的测量值与高温引伸计的测量值具有较好的一致性。与此同时,在本文实验结果中,光纤高温复合传感器测试结果的跟随性、平滑性要优于高温引伸计的测试结果。     

贴片云纹干涉法测定表面裂纹复合材料层板的面内位移场

本文运用光测力学新方法——贴片云纹干涉法测定了含非穿透表面裂纹的C/E复合材料层板的面内位移场,并与有限元计算进行了比较,结果表明实验条纹与计算等值条纹在图样形状和量值上均具有良好的一致性。为定量分析研究复合材料缺陷问题提供了一条新的途径。     

先进云纹测量技术及应用

本文着重介绍了高灵敏度云纹法的发展及其在结构和材料力学行为测量方面的应用,包括云纹干涉法、微米云纹法、纳米云纹法及其相移技术。介绍了清华大学工程力学系光测实验室近年来利用云纹干涉法在材料科学、激光焊接、微电子封装等力学行为测量方面的应用成果。讨论了微米/纳米云纹法分别在微电子封装、微机械系统(MEMS)、纳观变形场测量中的应用。     

长周期光纤光栅用于材料热膨胀系数的测量

基于长周期光纤光栅(Long-period fiber grating,LPFG)对应变和温度的敏感特性,用两只LPFG光栅测量材料的热膨胀系数,提出用一只自由状态的LPFG光栅作为实验光栅的温度补偿。实验原理简单,操作方便,克服了传统测量方法对试件本身的要求,且传感信号属于波长解调,不受光强波动及光纤损耗的影响。通过实验获得了对铝板的测量误差约为0.6%,实验结果表明采用LPFG光栅测量材料热膨胀系数的方法是可行的。     

高温合金零厚度光栅制作方法研究

介绍了零厚度光栅制作方法，其中重点是用电化学刻栅法在高温合金材料试件表面直接刻蚀高密度正交零厚度光栅。     

应用于陶瓷试件的胶粘剂粘贴强度研究

陶瓷试验件在800℃以上快速升温过程中,对粘贴温度传感器的胶粘剂剥离试件现象进行研究。首先从接触角入手,阐述试验用高温胶粘剂在陶瓷试件表面进行粘贴的前提条件是胶粘剂与被粘贴物表面的接触角θ范围为0°≤θ90°;对实际中陶瓷试件表面的粗糙化处理影响胶粘剂粘贴强度进行了理论和试验分析,说明对试件表面适当粗糙化处理提高了粘贴强度并减小了接触角;最后对高温胶粘剂在高温固化过程中的加压工艺改进进行说明,并进行了试验,试验结果表明工艺改进改善了试验过程中的胶粘剂剥离问题。     

气云爆轰

气云爆轰实验研究在一根专门设计的管中进行，通过对压力波和火焰阵面的测试，研究激波的成长与发展过程，气云爆轰的爆速及其影响因素以及激波后的点火诱导时间。理论研究考虑了液滴在高温、高压和高速气流中的变形、剥离和破碎，液滴的点火和局部爆炸以及气云爆轰的Ｃ－Ｊ判据。据此进行的计算进一步揭示了气云爆轰的松弛结构。爆速的计算值与实验值基本相符。     

爆炸载荷作用下带裂纹试件修补后动态断裂实验研究

本文采用用爆炸冲击加载装置，对带裂纹韧性材料三点弯曲试件，进行了裂纹修补后的动态断裂实验研究。实验结果表明，在强冲击载荷作用下，带裂纹试件修补后的抗断强度可提高２－３倍。因而证明，裂方修补技术用于韧性材料的强冲击载荷作用下的防断裂问题有意义的。也是可行的。同时本文运用全塑性应力分析，给出了修补后试件纹启裂时的材料动态裂韧性ＣＴＯＤ的实验结果。     

高温云纹图像细化后的毛刺去除

高温云纹图像在经过平滑滤波、二值化、细化后,仍然会存在着少量毛刺,这些毛刺严重地影响了计算机识别的结果,文章提出了一种去除毛刺的形态学方法,此方法运算速度快,且去除毛刺效果好,为后续数据处理奠定了基础.     

高温合金GH4648焊后处理工艺对比研究

以高温合金GH4648为实验研究对象,优化TIG焊的焊接规范参数、施焊条件等,研究了深冷和深冷后时效两种工艺对该材料TIG焊件的硬度、强度的影响,并探究了两种工艺对显微组织的影响。试验结果表明,深冷处理可提高镍基高温合金GH4648的硬度和强度,该材料焊件既适合高温也适合低温环境下的应用;深冷处理后再在880℃进行12 h时效处理,抗拉强度大幅提升,显微硬度也可得到提高,可有效改善高温合金GH4648焊件的力学性能。     

飞机主起落架的光弹性应力分析

讨论了用光弹性嵌片法（一种新的模型试验方法）进行飞机主起落架的实验应力分析。采用该方法解决了传统光弹性贴片法中的贴片增强效应问题，避免了在贴片边界，因泊松比不匹配引起的误差，从而提高了测试灵敏度。实验应力分析选用了与实物尺寸相同的模型试件，克服了模型制作过程中遇到的许多困难。该方法在一套试验模型上能够直观地进行多种载荷状态下主起落架表面应力场的分析比较，为主起落架结构优化设计方案提供了试验依据，故具有广泛的应用前景．测试数据的计算校核表明，试验结果是可信的，可作为主起落架结构减重修型的重要试验依据。关键词