光柵應(yīng)變花的研制及其在復(fù)合材料殘余應(yīng)力測(cè)試中的應(yīng)用.pdf

1、殘余應(yīng)力對(duì)材料、結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度和使用壽命等性能的影響早已為人們所熟知，由于它的大小、方向和分布隨制造加工或處理方法不同而有很大的隨機(jī)性，國(guó)內(nèi)外對(duì)它的研究很重視。對(duì)于各向異性的復(fù)合材料，隨著加上生產(chǎn)制造過(guò)程及工藝參數(shù)的不同，其中的殘余應(yīng)力的大小、方向等就更加復(fù)雜。從國(guó)內(nèi)外對(duì)殘余應(yīng)力的研究中，可以看出大多數(shù)都著重于實(shí)驗(yàn)研究。 目前殘余應(yīng)力測(cè)試的方法大致有：電阻應(yīng)變法、X射線衍射法、中子法、超聲波法、電磁法以及云紋干涉法、全息干涉法、

2、散斑干涉法、曲率法、應(yīng)變片包埋法、光纖布拉格光柵法等。 用電阻應(yīng)變花結(jié)合鉆孔法、移層法是最常見的，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在這方面的研究很多，早在1932年J.Mathar就提出了鉆孔法的基本思路與方法，美國(guó)ASTM還專門制定了該測(cè)試殘余應(yīng)力方法的標(biāo)準(zhǔn)。由于電阻應(yīng)變花測(cè)試的只是在三個(gè)方向上應(yīng)變的平均值，這就使得該方法在測(cè)試?yán)w維增強(qiáng)型復(fù)合材料等各相異性材料時(shí)有一些不能令人滿意的地方。因?yàn)闅堄鄳?yīng)力本來(lái)就帶有隨機(jī)性，其大小和方向在非常小的面積上都可

3、能是變化的，因此用相對(duì)比較大面積上的平均應(yīng)變值代替它，肯定會(huì)有誤差。 本文應(yīng)用鉆孔法和云紋干涉技術(shù)的成果，針對(duì)殘余應(yīng)力測(cè)試中的特點(diǎn)，尤其針對(duì)鉆孔法和云紋干涉技術(shù)測(cè)試殘余應(yīng)力時(shí)存在的問(wèn)題，在目前絕大多數(shù)云紋干涉技術(shù)所使用的正交光柵的基礎(chǔ)上，提出并研制出一種三個(gè)方向的光柵，即在原來(lái)0°、90°兩個(gè)方向光柵上，再加上一個(gè)45°方向的光柵，在進(jìn)行云紋干涉測(cè)試時(shí)，一次加載時(shí)就可以同時(shí)測(cè)試出三個(gè)獨(dú)立的位移場(chǎng)：u場(chǎng)、v場(chǎng)和s場(chǎng)，利用這三個(gè)位移

4、場(chǎng)就可以得到相應(yīng)的三個(gè)應(yīng)變：(ε0、ε90和ε45)，進(jìn)而可以計(jì)算得到相應(yīng)的應(yīng)力。 針對(duì)應(yīng)用三個(gè)方向的光柵測(cè)試的要求，設(shè)計(jì)、制造出一臺(tái)三方向的云紋干涉儀。該儀器與三方向光柵，即“光柵應(yīng)變花”，結(jié)合使用，可以很方便地測(cè)試出同一面內(nèi)的三個(gè)方向的位移場(chǎng)。該儀器有較寬的適用范圍，可以適用于不同頻率的光柵，也同樣適用于單方向光柵和正交光柵。而且對(duì)上述不同的光柵的moiré條紋的調(diào)試都很方便。 通過(guò)對(duì)不同結(jié)構(gòu)參數(shù)和制造工藝的碳纖維增