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三维数字图像相关法测量氧化锆陶瓷的弹性模量

出处:氧化锆陶瓷 人气:发表时间:2018-1-9 14:21:49
  陶瓷材料具有很多独特的优点,它的强度高、重量轻,同时还具有很好的耐高温性、耐腐蚀性和耐磨损性,因此在科学研究和工业生产中得到了长足的发展。但是陶瓷材料绝大多数是一种脆性材料,其力学性能的测量研究存在一定的困难。本文利用一种非接触的三维光学应变测量系统方便快捷地测量了氧化锆陶瓷材料在弹性阶段的变形行为,获得了其弹性模量,为测量陶瓷材料的弹性模量提供了一种新的实验技术。该光学应变测量系统是德国GOM公司基于当今比较热门的数字图像相关技术开发的,由于具有2个摄像头,所以可以实时观测材料复杂表面的三维位移和变形云图,测量精度高,结果形象直观,可以为一些无法利用传统力学实验方法进行测量的材料提供新的研究途径。
三维数字图像相关方法是在二维数字图像相关方法的基础上发展起来的,可以准确观察表面形状复杂的材料或者构件,具有二维方法不可比拟的优越性,所以得到广泛应用。该方法利用2个CCD镜头采集不同载荷下的系列图像,利用数字图像相关的计算方法得出不同载荷下试件的三维位移场和变形场,最后对不同载荷下的测量区域的应变取平均值。应力由各级不同的载荷除以试件的横截面积得到,然后用最小二乘线性回归拟合应力-应变曲线,斜率为材料的弹性模量。
通常情况下,陶瓷材料是符合虎克定律的脆性材料,几乎没有塑性变形,所以其弹性阶段的力学性能非常重要,其中弹性模量是一个尤为重要的力学参数,它很大程度上决定了陶瓷材料的弹性形变规律。而弹性模量取决于原子种类和化学键类型,是原子间距发生微小弹性位移所需外力的大小。测量材料的弹性模量除了通过测定共振频率来得到外,还有一种方法就是直接测量物体不同载荷下的变形。测量材料的应变和变形通常有两种方法,电测法和光测法。电测法是利用电阻应变片测量物体的应变,但是它只能测定物体单个点的某个方向的应变,而且如果测点多的话,贴片、连接导线等准备工作异常繁琐。光学测量方法有很多种,如云纹法、激光散斑干涉法、数字图像相关法等。其中数字图像相关技术经过不断的改进和完善,成了多个研究领域的重要的力学实验手段。用数字图像相关技术测量氧化锆陶瓷试样的弹性模量为233GPa,该方法为陶瓷材料的弹性变形行为的研究提供了一种可靠的方法。
 
此文关键字:陶瓷棒,氧化锆陶瓷
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