基于紫外光照明DIC的高温材料机械性能测量关键技术研究

High temperature mechanical property measurement is important reliable for characterizing reliable assessment, life-span and safety design of aerospace materials and structures under high temperature conditions. Measurements of full-field, high temperature deformation and strain can lead to a better understanding mechanical property of the structural and material. Now there is no robust full-field technique for strain and displacement measurements under high temperature conditions. This proposal proposes an innovative Ultraviolet Digital Image Correlation (UV-DIC) system for high-temperature deformation and strain measurements(above 1000℃). The key research activities of the proposal are summarized as following: Eliminate the effects of surface radiation induced by high temperature, Develop and optimize coating materials and process for high temperature DIC measurement, eliminate thermal flow and random noises during data acquisition. Base on the proposal research work, measurement technology for mechanical property parameter (such as modulus of elasticity, poisson ratio, fracture performance etc) in high-temperature environments (1000℃-1600℃) will be developed. The proposal research will satisfy the demand of mechanical property measurement and assessment for high temperature aerospace materials and structures, and change the difficulty situation of mechanical property measurement for high-temperature materials.

材料在高温情况下的机械力学性能测量，对航空航天飞行器材料和结构的可靠性评定、寿命预测以及安全设计至关重要，而获取材料表面高温情况下的变形和应变场信息是对其机械性能研究的关键和基础。目前在1000℃以上超高温下，缺乏合适的适应广泛的全场高温变形测量技术。因此，开展在高温下材料的机械力学性能测试技术研究势在必行。本项目研究一种新颖的基于紫外光照明数字图像相关方法的高温材料机械力学性能测量技术，解决材料在1000℃以上高温环境下机械性能测试难题。项目解决高温辐射下高质量散斑图像的获取、耐高温涂层材料选取及工艺、高温环境干扰因素影响消除等关键难题。在研究工作基础上，建立1000℃-1600℃范围内材料机械性能参数（如弹性模量、泊松比、断裂特性等）测试技术和方法。这些关键技术与科学问题的解决，可以满足我国航天航空对高温材料机械性能测定与评价的需要，改变我国航天航空等领域高温材料机械性能测试难的局面。

高温环境下材料的机械力学性能测量，对航空航天飞行器材料和结构的可靠性评定、寿命预测以及安全设计至关重要，而获取材料表面高温情况下的变形和应变场信息是对其机械性能研究的关键和基础。目前在1000℃以上高温下，没有广泛适用的全场变形测量技术。因此，开展高温下材料的机械力学性能测试技术研究势在必行。本项目研究了一种新颖的基于紫外光照明的DIC高温材料机械力学性能测量技术，解决材料在1000℃以上高温环境下机械性能测试难题。项目研究内容包括以下几方面：.（1）研究了高温材料在1000℃以上高温时的光谱特性、结合主动光照明和滤波的高温DIC测量技术。项目采用主动紫外光照明加窄带滤波方式解决高温光谱辐射变化情况下的高质量散斑图像获取问题；.（2）为了在高温环境下获得高质量的散斑图像，项目研究了高温复合材料被测试件制备方法，研究了合适的耐高温散斑涂层材料、工艺和氧化隔离措施；.（3）研究了高温热流扰动和环境影响的消除及误差补偿方法。项目采用DIC灰度平均算法并结合气动装置等多种方法进行优化和补偿，有效改善了高温环境对DIC系统成像的影响；.（4）研制完成了一套由高温拉伸加载系统、DIC视觉系统、紫外光照明和滤波器件组成的高温材料非接触全场变形应变测试装置。研制的装置可实现高温环境下的全场变形、应变、弹性模量、断裂特性等参数的测量。.项目研究了高温材料机械力学性能参数测量中的关键技术和难题，这些关键技术与科学问题的解决，可以满足我国航天航空材料对高温机械性能测定与评价的需要，改善我国航天航空等领域高温材料力学性能测试难的局面。本项目申请发明专利2项，授权1项；公开发表学术论文21篇（5篇SCI收录，3篇EI收录）；培养博士研究生1名、硕士研究生8名；在本项目研究成果基础上，项目组获得国家重点研发计划的资助，为项目的后续研究和成果应用奠定了良好的基础。