[其他]測量高溫下材料力學性能的光學裝置

在審

• 申請號: 101985000000056
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85100056B
• 公開（公告）日: 1988-03-09
• 發明（設計）人: 金觀昌;章偉寶;董良金
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 代理公司: 清華大學專利事務所
• 代理人: 張秀珍

測量高溫下材料力學性能的光學方法及裝置，屬光學方法測量材料力學性能的領域。本發明是在一個有石英玻璃窗口的高溫加熱爐中，安放一個耐高溫的純彎加載裝置，把被測材料以板試件形式放入純彎加載裝置的二刀口間。在全息照相兩次曝光間，加以適當彎矩，用象平面全息照相光路拍攝全息圖，獲得板的撓度分布。并用最小二乘法處理求出彈性模量和泊桑比．本發明是在２０℃～１０００℃溫度下，非接觸測量方式。方法簡單，精度高，試件尺寸小，節省原材料。

本發明屬于用光學方法測量材料性能的領域。

相近技術

1.“全息干涉術的某些應用”〔SoMe Application of holographic interferometry。Experimental Mechanics vo18 P405〕

2.“全息法在實驗力學中的應用”（譯文集），科學出版社，1977.7（北京）

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伸長，但由于彎曲變形及位移靈敏度低，使用中精度不高。

用全息干涉法獲得板的撓度分布的方法是：把被測材料加工成板試件放入純彎加載裝置上在全息照相的兩次曝光間在板試件上加一彎矩。由象平面全息照相所獲得的撓度分布，根據純彎板理論可導出泊桑比與彎矩及撓度的關系為：

M_X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。X₁，Y₁，X₂，Y₂為條紋上1，2點的坐標。

發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。

發明的要點：高溫下材料力學性能的測試裝置，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。

以下結合附圖對本發明的裝置作進一步的闡述。

測量高溫下材料力學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〕，爐壁內充填優質絕熱材料〔5〕，由碳化硅粘土質材料制成的爐膽〔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，以獲得優質的干涉條紋。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〕經分光鏡〔17〕，分為物光和參考光分別經反射鏡〔18〕和擴束鏡〔19〕擴束后照明試件〔7〕和干版〔21〕，一個高質量的透鏡〔20〕把試件成象在底片上。

本發明可在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，尺寸小節省被測材料。