【材料基础】应力-应变分析测试方法


2019-05-16 18:47:45 35 views

研究材料变形时应力-应变的方法有很多,其中应用较广泛的有电测法、光测法、声测法以及其它类型的方法。

(1)电测法:

有电阻、电容、电感等多种,而以“电阻应变计测量技术”应用最为普遍,且实际应用效果也较好。它不仅可以用于模型实验,也可在线进行应变、应力、压力等力学的测量,同时还可以进行远距离应变遥测,利用此技术还可制成相应的传感器和测力装置。

(2)光测法:

发展较快,方法也较多,逐渐形成了一门光测力学。从最经典的光弹性法已经发展到用于现场测试的光弹性贴片法,用以解决扭转和轴对称的光弹性散光法,研究应力传播和热应力的动态光弹性和热光弹性法,进行弹-塑性应力分析的光塑性法;应用于大变形测量的云纹法,测量物体微小变形的散斑干涉法以及便于分离主应力,解决平面应力分析的全息光弹性法。

(3)声测法

①声弹性法:用于测量焊接件的残余应力;

②声发射技术:可用于确定含裂纹试样的开裂,以及监测疲劳裂纹的扩展;

③声全息技术:可用来显示试件内部缺陷的形成与大小;

其它方法:

①脆性涂层法:可定性地(或粗略定量地)测出试件应力集中的区域和相应主应力和方向;

②X-射线应力测定法:可无损地直接测定试件表层应力或残余应力;

 

电阻应变计测量技术(Resistance Strain gage Technique)

 

定义:利用电阻应变计测定材料或构件的表面应变,再由应力应变关系式确定表面应力状态的一种实验应力分析方法。

 1.png

 

原理:电阻应变计被固定在被测件上,当构件变形时,电阻应变计的电阻将发生相应变化,用电阻应变仪测量此电阻的变化,换算成应变,或输出与此应变成正比的模拟电信号(电压或电流),由记录器记录下来,或有用计算机接预定要求进行数据处理,即可得到所测定的应力或应变。

 

优点:

测量精度高,灵敏度高;

频率响应好,可测量从静态到数十万赫的动态应变,应变测量数值范围广;

可在高低温、高压、高速旋转、强磁场和核辐射等环境下工作;

易于实现测量的数字化和自动化;

可制成传感器,测量力、压力、位移和加速度等物理量;

 

缺点:

一个电阻应变计只能测定构件表面一点某个方向的应变;

只能测得栅长范围内的平均应变,用小变形(ε<1.5%);

 

光弹性法(Photoelasticity)

 

定义:光弹性法是利用光学原理研究弹性力学问题的实验方法。

 2.png

原理:将具有双折射效应的透明制成的模型置于偏振光中,当模型受力时,即可看到模型上产生的干涉图,通过计算,就能确定结构模型在受载情况下的应力状态。

 

在光弹性实验中,通常出现两组干涉条纹:等差线和等倾线。

 

等差线:(Isochromatic)

将受载的光弹模型置于白光源的正交圆偏振光中,可以观察到彩色的干涉条纹,当条纹上各点的光称差相等时,就显示出相同的颜色,称其为等色线,由应力光学定律可知,当光称差相等时,主应力差相等,故等色线又称等差线。

 

等倾线:(Isoclinic)

在白光源的正交平面偏振光场中,光弹性模型呈现的应力光图既包含彩色的等差线条纹,又包含黑色条纹。当偏振光轴保持正交,而又相对于模型旋转时,那些随转角改变位置的黑色条纹称为等倾线,在等倾线任意一点上,主应力的方向相同,正交偏振光轴相对于模型转动的角度即代表主应力的方向。

 

应用:利用光弹性法,可以研究几何形状和载荷条件都比较复杂的工程构件的应力分布状态,特别是应力集中的区域和三维内部应力问题。对于断裂力学、岩石力学、生物力学、粘弹性理论、复合材料力学等,也可用光掸性法验证其所提出的新理论、新假设的合理性和有效性,为发展新理论提供科学依据。

 

光塑性法(Photo-plasticity)

 

定义:偏振光通过透明的弹-塑性变形模型时,将产生双折射效应,利用该原理研究物体的塑性变形的实验分析方法。

 

光塑性法主要有两种:

 

非晶态模型材料的光塑性法

 

凡是有明显塑性变形和双折射效应的透明塑料,都可选为光塑性模型材料。例如,硝化赛璐珞比较适用于模拟强化材料;聚碳酸酯适用于模拟理想塑性材料。

 

此法是光塑性的基本方法,适用于研究塑性力学基本问题和应力分析,但因存在材料的粘弹性对实验结果的影响问题,有待进一步解决。

 

B. 晶态模型材料的光塑性法

 

氯化银是典型的光塑性结晶材料,其铸块经过机械加工和热处理后,可制成几乎无色透明的试件。它里晶体结构,具有双折射效应,其机理和力学性能与金属很相似,故称为透明金属。

此法适用于研究金属的延性和脆性破坏、具有切槽的材料的强度、金属材料的组织形态以及三维状态等问题。缺点是材料和模型的制造技术比较复杂,且不易制得大块的氯化银材料。

 

应用:可模拟原型结构或构件的塑性变形过程,并利用塑性变形时记录所得的应力图象,解决超过弹性极限时的应力分析问题。还可以研究塑性流动的一些物理现象,如流动和破坏的观察,研究残余应力、蠕变和松弛等问题。

 

云纹法(Moire Method)

3.png

云纹:将两块印有密集平等线条(栅线)的透明栅片重叠起来,对着明亮背景看去,可以看到明显的黑白相间的条纹,称之为云纹。

 

试件栅:刻制在或粘贴在试件表面上,随试件变形而变形的称为试件栅。

 

基准栅:另一片附在(重叠)试件栅上,试件变形时保持不变的称为基准栅,重叠指若不能直接接触可通过透镜成相于另一块栅一。

 

试件栅随物体变形时,其栅线之间距与方向发生变化,透过基准栅可看到云纹的不同变化,云纹的分布和试件的变形有定量的关系,进而推测试件的位移场或应变场。

 

云纹法具有放大位移且能直接获得等位移线场的特点,并能同时测定物体的正应变和剪切应变,适用于弹性,弹塑性,塑性等材料的动态载荷,高温条件下的应变分析。

 

网格法(Grid Method)

 

在试件的表面印刷或刻划上网格,当试件受载作用发生变形时,这些网格将随之变形,网格法就是通过测量风格因变形而引起的位移以确定试件的位移场或应变场的一种实验应力分析的方法。

 

它适合测量5%以上的大变形,而测定较小的应变时,精度较低,因此,通常用于测定金属的塑性变形,由网格法可得到材料变形过程中某个方向或某个断面上的变形分布曲线图,也可以直观地根据变形确定网格的变化开发部,看出金属流动的景象,并利用这些曲线与图形,评定某个具体变形过程中各个变形参量的优劣,评定加工工模具是否合理。

 

基本原理:在试件表面,侧面和剖面划出网格线,分别拍摄试件变形前后网格图,并测出网格交点在变形前后的坐标,根据受载前后x,y坐标的差值,分别求出x方向和y方向的位移分布。


4.png

网格制作方法:

机械刻线:传统方法,线条宽,精度差,现发展激光刻线Φ0.5mm。

腐蚀法:通过网格横板加电解液,在试件表面腐蚀出网格。

印相法:在试件表面涂一层感光材料树脂,放上网格系统底片,利用紫外线感光,最后显影定影。


视塑性法(visio-plastieity method)

 

通过网格法试验得到金属变形时的位移场或速度场,并根据塑性变形理论计算应变、应变速率、应力。它可很直观地观察金属变形过程中金属质点的流动,故称之为视塑性法。

 

特点:

①直观地反映了金属质点的运动轨迹(流线)以及各个质点的流线所构成的流动图形(流线图);

②由塑性变形应力-应变关系得出全部变形参数;

③适用于稳态变形(流动)过程,如挤压,拉拔;

④便于计算机计算与分析

 

基本过程:

6.png


在选定的剖分面上制作网格,网格交点的坐标代表了质点的位置,整个变形过程可分成若干个变形量相等的阶段测量(拍照)不同阶段各质点所处的位置,并用光滑曲线将其连接起来,即获流线图。

 

在恰当的速度一位置曲线上求出某点的斜率,即能获得该点的应变速率分量因此,记录下连续以小变形增量进行的整个变形过程中每一阶段的变形信息,即可获取该变形过程的变形信息。对于稳定流动过程,从一个稳定流动状态下网格的图形,可得到整个稳定流动期间完整的速度场。


找我测

微信扫一扫,获取更多找我测资讯

版权与免责声明

        文章来源:找我测 ,属于本站原创文章,于 2019-05-16 18:47:45,由 找我测 编辑发表 。

        凡本网注明“来源:找我测 ”的所有作品,版权均属于“找我测”,转载请必须注明“来源:找我测,违反者本网将追究相关法律责任。

        本网转载并注明自其它来源的作品,目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点或证实其内容的真实性,不承担此类作品侵权行为 的直接责任及连带责任。其他媒体、网站或个人从本网转载时,必须保留本网注明的作品来源,并自行承担版权等法律责任。 如涉及作品内容、版权等问题,请在作品发表之日起一周内与本网联系,否则视为放弃相关权利。联系我们或投稿请发到 service@zhaowoce.com。

找我测