專利名稱:測量高溫下材料力學性能的光學方法及裝置的制作方法
本發(fā)明屬于用光學方法測量材料性能的領(lǐng)域。
相近技術(shù)可參考“全息干涉術(shù)的某些應用”〔SoMe Application of holographic interferometry.Experimental Mechanics Vol8 P405〕目前已有測試方法大多為常溫測量，高溫測量有機械方法，要求試件大，測量精度低。光學方法有用散斑法測量面內(nèi)伸長，但由于彎曲變形及位移靈敏度低，使用中精度不高。
發(fā)明的目的在于簡單地、高精度地、以加力方式在高溫1000℃下用非接觸方法，一次測得材料的彈性模量和泊桑比。
發(fā)明的要點高溫下材料力學性能的測試裝置和測試方法，它有一個能加熱到1000℃，恒溫精度1℃的高保溫電阻爐，在爐體內(nèi)裝有一個耐高溫的純彎加載裝置。被測材料加工成板試件形式放入純彎加載裝置的刀口間。在全息照相兩次曝光間加以彎矩，測力傳感器和等強度梁同時測量力矩，用象平面全息照相光路拍攝全息圖獲得板的撓度分布，求得材料彈性模量和泊桑比。
附圖一，測量高溫下材料力學性能的裝置示意圖附圖二，象平面全息照相光路圖以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的裝置及測試方法作進一步的闡述。
測量高溫下材料性能的裝置由三部份組成，〔見附圖一〕。第一部份為加熱和溫度控制部分。一個專門設(shè)計制作的可以加溫到1000℃，恒溫精度1℃的高保溫電阻爐〔1〕，爐壁內(nèi)充填優(yōu)質(zhì)絕熱材料〔5〕，由碳化硅粘土質(zhì)材料制成的爐膽〔14〕，爐絲布置保證加熱溫度均勻。爐前蓋板〔3〕中央有一可以拆卸的石英玻璃窗口〔2〕，為了減少熱輻射，爐前蓋板〔3〕為空心蓋板，以便通水冷卻保持低溫，避免熱空氣對流，以獲得優(yōu)質(zhì)的干涉條紋。前蓋板〔3〕后放置一塊有雙層石英玻璃的耐火磚〔4〕，以增加爐口的密封性，減少熱對流，保持高恒溫精度。
本裝置的第二部份是加載和測力部份，在爐膽〔14〕的后部放一個純彎加載裝置，它有一個在1000℃的高溫下仍有良好力學性能的純彎夾具架〔6〕，夾具架〔6〕用新型共熔合金經(jīng)精密鑄造加工而成，純彎加載由剛玉制做的二對刀口〔15〕加到試件〔7〕上，予頂螺絲〔13〕給試件〔7〕加一初載荷，以防止試件掉落。測力部份是由冷卻水套〔9〕，傳感器〔10〕，等強度梁〔11〕，加載螺絲〔12〕組成。通過等強度梁〔11〕、鋼制滾珠、測力傳感器〔10〕、水套〔9〕和陶瓷桿〔8〕傳遞加載螺絲〔12〕所加的載荷。由于加載量小，可用精密測力傳感器和等強度梁上的電阻應變片同時測力。第三部份為光路部份(見附圖二)。采用象平面全息照相光路，它由激光器〔〔16〕經(jīng)分光鏡〔17〕，分為物光和參考光分別經(jīng)反射鏡〔18〕和擴束鏡〔19〕擴束后照明試件〔7〕和干版〔21〕。一個高質(zhì)量的透鏡〔20〕把試件成象在底片上。
測量方法把被測材料加工成板試件〔7〕(其尺寸為130mm×25mm×2.5mm)放入純彎加載裝置上在全息照相的兩次曝光間在板試件件〔7〕上加一彎矩。彎矩由測力傳感器〔10〕和刀口距計算而得。由象平面全息照相所獲得的撓度分布，根據(jù)純彎板理論可導出彈性模量、泊桑比與彎矩及撓度的關(guān)系為W(X、Y) = (6MX(X2- vY2))/(Et3)MX為單位彎矩，t試件板厚，X、Y以板的中心點為原點的坐標值，W(X、Y)為相對于中心點的撓度。由板中心處馬鞍形等撓度線可求得泊桑比或 。X1，Y1，X2，Y2為條紋的兩點的坐標值，當Y＝0，有E= (3MX(X22-X12))/((W2-W1)t3) 求得彈性模量E。
為了提高測量精度，可取多個采樣點用最小二乘法在微處理機上計算。
本發(fā)明可在20℃～1000℃間任何溫度下測量各種材料的彈性模量和泊桑比。方法簡單，精度高，試件加工容易，尺寸小節(jié)省被測材料。
權(quán)利要求
1.一種用傳感器[10]和等強度梁[11]同時測力的測量力學性能的方法，其特征在于被測試件[7]放在高保溫加熱爐[1]內(nèi)的加載裝置上二刀口[15]間，兩次全息曝光間，加以純彎彎矩，象平面全息照相拍攝板的變形圖，可一次性測量得到彈性模量和泊桑比。
2.按照權(quán)利要求
1所說的方法，其特征在于該方法適用于溫度為20℃-1000℃之間。
3.一種為權(quán)利要求
1，2所說方法而設(shè)計的裝置，其特征在于該裝置由一個加溫到1000℃的高保溫加熱爐〔1〕，在其爐體內(nèi)設(shè)置有耐高溫的加載裝置，測力和象平面全息光路四部份構(gòu)成。
4.按照權(quán)利要求
3所說的裝置，其特征在于高保溫加熱爐前表面有空心的可通水冷卻的前蓋〔3〕，在前蓋板中心裝有可拆卸的石英玻璃窗〔2〕，前蓋〔3〕后放置有雙層石英玻璃的耐火磚〔4〕。
5.按照權(quán)利要求
3所說的裝置，其特征在于所說純彎加載裝置的純彎夾具架〔6〕能耐1000℃高溫的新型共熔合金經(jīng)精密鑄造加工而成，二對刀口〔15〕是剛玉制成。
專利摘要
測量高溫下材料力學性能的光學方法及裝置，屬于光學方法測量材料力學性能的領(lǐng)域。
文檔編號G01N35/00GK85100056SQ85100056
公開日1986年7月9日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者金觀昌, 章偉寶, 董良金 申請人:清華大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan