[发明专利]材料形变旋量场测试方法

说明书

技术领域

本发明属材料形变领域

背景技术

目前俄罗斯在对实时的试样表面动态形貌的试样测量领域，没有进行任意阶段的全场形变旋量场分析和观察，形变旋量场是材料形变量破坏的重要衡量指标，没有这一非常有价值的介观力学研究信息将会影响研究的水平。

发明内容

本发明的目的是通过对实时的试样表面动态形貌的试样观察区域任意阶段的全面形变旋量场进行计算和分析，并得到这一非常有价值的介观力学研究信息。

本发明使用数字相机拍摄全场图像，取出前后两帧全场图像，用相关性图象识别软件对全场图像进行记忆和相关性识别，通过本发明采用的公式进行计算得到全场一个面内各点的形变旋转量特性参数分布。

形变旋量场计算公式：

α＝arc tg1/2(dU/dy-dV/dx)

应用计算程序：

dU/dy＝1000*(U(i，j+1)-U(i，j-1))/(Y(i，j+1)-Y(i，j-1))’

dV/dx＝1000*(V(i+1，j)-V(i-1，j))/(X(i+1，j)-X(i-1，j))’

{Omiga}＝0.5*(dU/dy-dV/dx)’

{Alpha}＝ATAN({Omiga})’

α-变形场任一点旋转角度

U--变形场内任一点Y方向变形

V--变形场内任一点X方向变形

i-将全场图像分割为等尺寸块后，延X方向排列的序号

j-将全场图像分解为等尺寸块后，延Y方向排列的序号

ATAN-反正切三角函数

Alpha-变形场任一点的旋转角度

材料形变旋转量测试方法：

1.对连续全场图像进行形变旋转量分析

2.位移测量范围的最低分辨率(拍摄区域)：0.001％至1％；(跟相机的分辨率有关)

3.形变旋转量测量精度(测量结果相对误差)：＜0.1％；

4.点阵间距的基准长度：0.1-2MM-可以任意设定；

5.测量结果：2D形变旋量场，用色阶图标表示，从大到小按红、橙、黄、绿、青、蓝、紫依次排列，各色阶之间有过渡色；

6.根据右手螺旋定理：逆时针方向为正向，顺时针方向为负向。

7.每套连续全场图像的分析点能够任意设定；

8.每套连续全场图像的数据点密度能够任意设定；

9.计算速度：1000个形变旋量场的计算时间小于3秒钟。

10.重复精度：99％

11.得出任何Δt时间区间的形变旋量场等值图；

12.可得出任何Δt时间区间形变旋量场数据文件；

13.输出材料变形过程的同步形变旋量场动画文件和数据文件。

本发明的优点：

通过对材料变性过程中的试样的全场移动矢量场、形变旋量场和应变等值量场进行实时记录和观察。给材料研究提供介观尺度的断裂规律信息，可进一步了解材料在介观尺度上的变形特点，可对材料变形这一金属物理的经典问题，从传统的位错、滑移理论扩展到材料内部的非均匀体的固体力学的力学平衡问题，从而对非均质材料的构造缺陷，如对材料变形和断裂行为的影响进行了分析和演绎，给出晶粒、晶界、缺陷、空洞和脆性相等介观结构在材料形变过程中的效应，全场的形变旋量场计算和分析，这一介观力学的分析是在金属物理界是崭新的，创新性的。

附图说明

图1对应应力应变点的实时介观形变亚结构图象a；

图2对应应力应变点的实时介观形变亚结构图象b；

图3对应应力应变点的实时介观形变亚结构图象c；

图4对连续图片a.b.c进行分析计算所得形变旋量场等值云图a-b；

图5对连续图片a.b.c进行分析计算所得形变旋量场等值云图b-c。

具体实施方式

图1、2、3分别为连续介观力学试验中，取出的一组有一定(时间)、(应变)间隔的，材料介观形变亚结构图像a、b、c，从a→b时刻，介观形变亚结构有变化，发生了全观察视野内(接管图像内)不均匀的旋转，本测试方法分析计算a→b，时刻的旋转量变化场图a→b，图b→c和表(1)所示的形变旋量场数据文件。

表(1)材料拉力实验应力应变数据表

拉力(N)        应变1        (％)时刻T(时、

                                分、秒、毫秒)