复合材料内部温度—三维应变场分布动态透视测量系统

发布时间：2017-04-12 03:05

  本文关键词：复合材料内部温度—三维应变场分布动态透视测量系统，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：复合材料内部的各种材料相互之间取长补短,使得复合材料呈现出优良的综合性能,可以适用于复杂,恶劣的环境。其中材料的力学性能是指材料在不同环境(温度、介质、湿度)下,承受各种外加载荷(拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、应力等)时所表现出的力学特征。本文基于多种测量技术,改进了光学干涉谱域相位对照B扫描算法,攻克了材料折射率随温度变化引起很大测量误差的难点,实现了材料温度-应变场的测量。论文介绍了光学干涉谱域相位对照B扫描系统整体结构,详细介绍了迈克尔逊干涉仪的光路结构,光源,光谱仪等主要构件的选择设计,为测量实验提供了硬件基础。阐述了光学干涉谱域相位对照B扫描算法的理论,对光强公式,相位差公式,时域和频域下的M个反射面的干涉公式,波数扫描公式,k空间的光强频域公式,受力加载下的离面位移场和应变场公式,热变形下的离面位移场和应变场公式进行了推导,在理论上论证了温度-应变场测量的可行性。实验对环氧树脂基复合材料及硅橡胶材料做了升温过程的温度-应变场实验,对硅橡胶材料分别做了降温过程的温度-位移场实验。本文搭建的光学干涉谱域相位对照B扫描系统的测量深度为5.98mm,深度测量分辨率为15μm。结合改进的光学干涉谱域相位对照B扫描算法,分析实验结果可以得出,材料的位移场及应变场的结果与理论分析一致。对实验结果分析与论证,可以看出光学干涉谱域相位对照B扫描算法具有以下优点：1)测量速度快。测量速度快,可以实现材料内部变形场的层析测量,只需对干涉光谱进行一次拍摄即可完成层析测量；2)测量灵敏度高,能达到10nm的测量精度；3)结合了相位解卷绕方法,运算效率高,抗噪能力强。实验表明,该方法可以实时准确地透视测量透明/半透明复合材料内部的温度-应变场分布,可以应用于材料热变形,以及内部微小缺陷的检测,有望应用于航空航天设备的力学涂层,微机电系统中的复合材料薄膜检测等需要高精度连续变形场的研究领域当中,是一种研究复合材料内部力学特性的有效技术手段。
【关键词】：复合材料 无损检测 力学测量 光学干涉谱域相位对照B扫描 温度应变场
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-26
• 1.1 复合材料力学测量技术国内外发展研究状况12-24
• 1.1.1 云纹干涉测量技术12-13
• 1.1.2 电子散斑干涉测量技术13-15
• 1.1.3 数字图像相关技术15-17
• 1.1.4 数字体图像相关技术17-18
• 1.1.5 波长扫描干涉技术18-20
• 1.1.6 光学干涉谱域相位对照B扫描技术20-24
• 1.2 本文的主要内容及研究意义24-26
• 1.2.1 本文的主要内容24-25
• 1.2.2 本文的研究意义25-26
• 第二章 光学干涉谱域相位对照B扫描系统26-35
• 2.1 光学干涉谱域相位对照B扫描系统设计26-33
• 2.1.1 迈克尔逊干涉仪26-27
• 2.1.2 系统透镜27
• 2.1.3 系统光源27-29
• 2.1.4 系统光谱仪29-31
• 2.1.5 被测样品加载装置设计31-32
• 2.1.6 被测样品固化装置和温控装置设计32-33
• 2.2 本章小结33-35
• 第三章 光学干涉谱域相位对照B扫描算法35-44
• 3.1 波数扫描37-38
• 3.2 相位轮廓测量k空间的时域和频域计算38-39
• 3.3 受力加载下的离面位移场和应变场测量39-42
• 3.4 热变形下的离面位移场和应变场测量42-43
• 3.5 本章小节43-44
• 第四章 实验44-62
• 4.1 实验被测样品制作44-45
• 4.1.1 树脂基复合材料样品制作44-45
• 4.1.2 硅橡胶样品制作45
• 4.2 实验步骤45-47
• 4.3 升温过程的实验结果分析47-60
• 4.3.1 硅橡胶材料样品47-53
• 4.3.2 环氧树脂基复合材料样品53-60
• 4.4 降温过程的实验结果分析60-61
• 4.5 本章小结61-62
• 总结和展望62-64
• 参考文献64-70
• 攻读学位期间发表的论文70-72
• 致谢72

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1 朱维嘉;;光学干涉涂层[J];无机材料学报;1974年03期

2 俞志中;曹瑛花;;测定薄膜厚度的光学干涉法[J];上海金属.有色分册;1984年05期

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4 ;[J];;年期

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本文编号：300563