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高温云纹干涉法及其应用

王国弢

  本文首先介绍了云纹干涉法的基本理论,着重对云纹干涉法应用于高温力学测量的各种实验方法和技术进行了系统全面地概括,并对国内外高温云纹干涉法的应用领域和研究历史及现状进行了综述。 在国内外相关研究的基础上,本文研制出用于高温变形实时测量的高温云纹干涉测试系统。该系统包括高温云纹炉及配套的加载系统、四光束云纹干涉仪以及抗高温氧化云纹光栅的制作工艺,同时结合计算机图象采集与处理技术,首次实现了对高温氧化条件下结构与材料变形的云纹干涉法实时测量。文中对该系统的工作原理和功能进行了详细介绍。 本文首次利用高温云纹干涉测试系统,对我国研制的几种新型航空发动机叶片定向结晶材料的高温弹性常数进行了测试,获得了材料从常温至1000℃高温氧化条件下的弹性模量、泊松比、剪切模量等弹性常数;同时,本文还对叶片材料的高温蠕变变形规律进行了研究,首次获得了材料沿不同方向的高温蠕变特性。实验结果表明,材料的弹性模量、剪切模量一般随着温度的增加而下降,但在某个温度范围基本不变,甚至随温度增加还略有上升。实验还发现材料在结晶方向和垂直于结晶方向的弹性常数和蠕变特性等力学性质具有很大的差异。实验结果将为我国发动机叶片材料的研究和发动机叶片设计提供重要数据。 本文利用高温云纹干涉法和高速摄影技术,首次实现了热冲击条件下云纹干涉法条纹的实时记录。使用大电流加热器对承受单向拉伸载荷的铝板进行快速加热,研究了铝板在不同预载和不同加热速率下的变形规律。该实验技术将为承受热冲击载荷的结构变形破坏机理研究提供有效的实验手段。 本文首次利用高温云纹干涉法对强激光辐照下的承受单向拉伸载荷铝板的动态变形破坏机理进行了研究,实时测量了铝板表面强激光辐照区域及周围热影响区域在强激光辐照过程中的动态变形破坏过程。实验结果表明:承受单向拉伸载荷的铝板,在一定的激光辐照参数下,对于较窄的铝板,光斑及热影响区域材料在辐照过程中温度不断升高,局部材料热软化引起承载能力不断下降,导致周围材料承受的应力不断增加,最终导致铝板发生颈缩直至被拉断:对于较宽的铝板,其破坏形式主要是光斑及热影响区域材料在激光辐照下引起的热应力导致的局部失稳破坏,铝板宽度和初始应力大小共同决定发生局部失稳的时间。本文还……   
[关键词]:高温云纹干涉法;高温弹性常数;高温蠕变;热冲击;强激光
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:清华大学1998年