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分析铸造的特性2018/7/23 11:24:42

 1电子散斑干涉理论

  2铸铁三点弯曲实验

  2.1实验模型

  2.2电子散斑干涉法

  采用电子散斑干涉法对裂纹尖端附近区域的位移场进行测定。电子散斑干涉法的光路。激光器发出的光被分光镜分为两束光,其中一束为物光,经反光镜1,扩束镜1后照射到试件上;另一束为参考光,经反光镜2,扩束镜2后照射到试件上与物光在试件表面相干形成干涉条纹。同时CCD摄像头对干涉条纹进行实时采集并传输到计算机中。

  该系统采用的激光器是20mW532nm半导体激光器,MintronMTV-1881EXCCD摄像头,Matrox-II图像采集卡,KD200相移器。系统的中心高度为265mm;相移器最大相移量为2λ。散斑面的大小为60mm×60mm.

实验的加载方式为逐级增量加载法,所加载荷的增量级视实时所得的散斑条纹图的质量而定。在每一级载荷作用下,当条纹稳定时立即停止加载,同时利用压电晶体相移器(piezoelectric,PZT)推动反射镜改变光程以改变位相,并实时采集此载荷作用下等步长的四幅相移散斑条纹图。利用等步长四步相移法对这四幅相移图像进行运算得到位相图,再经过解包裹,位移计算后最终得到位移等值线图。

  2.3实验结果和分析

  由于加载过程中试件的支撑部位并没有完全约束,所以出现了横向的刚体位移。对试件与支撑相接触的部位的位移进行测定,由于整个变形过程中该部位无因变形产生的位移,所以所测得的位移即试件的刚体位移。将整个u场位移减去刚体位移即得各个点的真实位移。其中真实位移为零的一层成为中性层,它是受拉区域和受压区域的交界面。三点弯曲梁与未带预制裂缝的三点弯曲梁相比,其中性层在预制裂缝上方有明显的上移;越接近加载点位置,其位移梯度越大。

  随着载荷的增大,断裂过程区的散斑条纹越来越密。由图5可知在整个加载过程中,三点弯曲梁的中性层,这是由于试件受载后,上部受压下部受拉,载荷不断增大,预制裂缝周围逐渐受到损伤,有效的承载面积慢慢减小。将不同载荷作用下预制裂缝下端两个端点的位移信息提取出来,求得其差值,可认为是裂缝张开口位移CMOD.将各个级别载荷下的CMOD逐渐叠加可绘成如图6所示的载荷-裂缝张开口位移曲线。由曲线可以看出载荷较小时,载荷与裂缝张开口位移近似成线性关系,认为该段为弹性阶段;当载荷达到0.65Fmax左右时,曲线偏离线性阶段,出现非线性偏转,认为试件已经受到损伤。

  3结论

  采用对带预制裂缝的三点弯曲铸铁梁的裂纹尖端附近区域的位移场进行了测定,得到了不同载荷作用下的水平方向位移场,中性层位置与载荷关系曲线和裂纹口张开位移与载荷关系曲线。加载过程中,随着载荷的增加带预制裂缝三点弯曲梁试件的中性层位置呈现出缓慢而稳定地上移趋势,裂缝张开口位移缓慢增加并呈现出非线性。实验证明电子散斑干涉方法可有效地测定铸铁的断裂力学性能参数,也为其它金属的断裂力学研究提供了一种可靠的实验方法。


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