[发明专利]一种用于脆性材料微观结构研究的中子测量方法

说明书

本发明公开了一种用于脆性材料微观结构研究的中子测量方法，该方法通过合理配置多种测量设备与布局其相对位置关系和引入离散应变计算方法的方式，实现了对脆性材料在开展巴西实验过程中进行不同应变下中子小角散射信号测量，同时可有效保证不同应变状态下的被测样品中子测量区域的一致性。该方法配合中子小角散射谱仪使用，能够对陶瓷、高分子等脆性材料开展巴西实验的同时在线检测材料微观变形、开裂损伤和破坏过程，有助于进行材料力学特性、损伤机制分析研究。

技术领域

本发明属于中子小角散射应用中的环境加载技术领域，具体涉及一种用于脆性材料微观结构研究的中子测量方法。

背景技术

中子小角散射技术具有无损检测和深穿透特性，是研究金属的析出相、高分子及生物分子的构型、材料内部掺杂物等材料内部微结构信息的有效方法。巴西实验是研究脆性材料的抗拉强度、断裂应变、蠕变、疲劳等特性的普遍实验方法，广泛用于测量陶瓷、高分子等力学性能。巴西实验的难点在于脆性材料微小应变的测量，散斑应变仪由于其测试精度高、检测快速、操作方便等优点，是目前巴西实验中应变测量的通用方法。散斑应变仪的工作原理是由在被测对象变形的过程中由高分辨的摄像机对被测样品表面的散斑进行实时跟踪，再通过数字图像处理方法进行应变分析。使用散斑应变仪时需要摄像机面向被测对象表面，而该表面也是中子小角散射测量中子束流面向的测量面，因此，在中子小角散射测量过程中开展巴西实验时，摄像机的摆放位置与中子束流重合，造成摄像机遮挡中子束流问题，基于上述原因，巴西实验在中子小角散射实验中无法进行。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于脆性材料微观结构研究的中子测量方法。

本发明的用于脆性材料微观结构研究的中子测量方法，其特点是，所述的测量方法中采用的测量设备及其连接关系如下：将巴西实验专用夹具的上压头、下压头安装到力学加载装置上，将被测样品放置在上压头、下压头之间；将力学加载装置固定在水平旋转台上，使被测样品中心处于水平旋转台旋转轴的延长线上；水平旋转台安装在中子小角散射谱仪的样品台上，使被测样品处于中子小角散射谱仪的中子探测器的正前方；散斑应变仪的摄像机根据中子小角散射谱仪现场情况放置在样品台的左侧或右侧；被测样品、中子探测器、散斑应变仪的摄像机的中心处于同一水平高度；力学加载装置、中子探测器、散斑应变仪的摄像机、中子小角散射谱仪的中子监视器的信号线连接至控制计算机；

所述的测量方法包括以下步骤：

a．参数初始化与样品初态测量：设定中子小角散射谱仪测量的单步中子测量个数、样品直径D_s与样品厚度的样品信息参数，初始化被测样品的当前应变量参数T_c和控制水平旋转台的当前位置A_r为零；启动中子监视器对测量中子进行计数，启动中子探测器对被测样品的散射信号进行测量，得到样品初态的测量结果；

b．控制水平旋转台至应变加载位置：控制水平旋转台向散斑应变仪的摄像机的放置方向旋转固定角度θ，使样品表面正对摄像机的镜头；

c．巴西实验离散应变参数的计算：根据目标应变参数T_s和当前应变量T_c计算加载应变量T_l，三者关系为：T_l=T_s-T_c，进一步计算加载形变量L_Δ，L_Δ与加载应变量T_l和样品直径D_s的关系为：L_Δ=T_l×D_s；