[发明专利]高温真空环境下测试导体材料力学性能的系统及测试方法

摘要

本发明提供了一种高温真空环境下测试导体材料力学性能的系统及测试方法，解决了高温应变测量困难、试样加热效率低等问题。系统，包括高温变形测试子系统、温控子系统和加载子系统，拉伸过程在真空环境舱中进行，试样通过力学试验机加载，本方法利用焦耳效应，将材料放入真空环境舱中，常温绝对真空度可达0.025Pa，通过对导体材料通入低压大电流，实现对试样的快速加热，在达到目标温度后，进行加载，同时采用DIC应变测试技术，对高温变形场进行数据采集，得到整个试样标距段的应变场和试样的位移‑载荷曲线，通过后续的数据处理，得到试样的高温拉伸/压缩模量和拉伸强度。本发明具有升温速率快，温度场均匀，变形测量精度高等优点。

主权项

1.一种高温真空环境下测试导体材料力学性能的测试方法，采用的高温真空环境下测试导体材料力学性能系统，包括高温变形测试子系统、温控子系统和加载子系统，高温变形测试子系统包括两个CCD相机、蓝色光源和第一计算机，温控子系统包括双比色高温计、电极、温控箱和第二计算机，加载子系统包括力学试验机、高温夹具加和真空环境舱，其特征在于，方法如下：(1)采用毛刷喷溅的方式给材料表面制作高温散斑，先在常温下干燥，再在干燥箱92℃环境中干燥2小时；检查试样外观，编号并记录试样表面状态，用卡尺测量试样标距区任意3处宽度和厚度，取平均值；安装试样，保证试样轴线和试验机的连杆轴线重合；(2)调整双比色高温计的上中下三段，使其指示激光分别打在试样的上中下三段，并保证紧固不晃动；调整两个CCD相机的位置关于试样呈对称分布，两个CCD相机夹角为20℃，同时调整蓝色光源，使试样在第一计算机的显示器中的大小，曝光清晰；(3)去除预载荷，关闭真空室门、进气阀和放气阀；抽真空，当真空环境舱的真空度达到试验要求后，力学试验机的测力传感器清零，采用位移控制，速率为2mm/min，对试样进行预加载200N，并使其在升温过程中预载荷保持不变，以保证试样与夹具的紧密接触；(4)打开电极开关，启动升温，升温速率为20℃/s，等温度达到目标温度后，按位移加载，加载速率为1mm/min，直至试验结束；(5)试验结束后，关闭加热电源，结束温度控制，保存位移、载荷数据，CCD相机的图像数据；(6)对图像数据进行灰度化处理，将每帧图像转化为一个矩阵，矩阵中数值的位置对应相应像素点的位置，数值大小对应相应灰度值；(7)对图像矩阵划分为不同的单元网格，每个单元的尺寸为(2M+1)×(2M+1)，2M+1代表单元的宽度，单位为像素，子区中心点坐标(x₀,y₀),其相邻一点为(x_i,y_i),变形后坐标分别变为(x′₀,y′₀),相邻一点为(x′_i,y′_i)，f(x_i,y_i)为参考图像子区中点(x_i,y_i)的灰度值，g(x′_i,y′_i)为变形后图像子区中点(x′_i,y′_i)的灰度值.P点水平位移为u，竖直位移为v，Q点水平位移为u_Q,竖直位移为v_Q，两者位移之间的关系为：Δx＝x_i‑x₀,Δy＝y_i‑y₀Q点变形前后坐标之间的关系为x′_i＝x_i+u_Q,y′_i＝y_i+v_Q采用如下相关函数：设由以上关系，得到C(x_i,y_i,x′_i,y′_i)＝C(P)通过迭代算法，确定P值，即位移场；(9)得到位移场后，通过求导，得到相关应变场：其中以上分别为x方向应变，y方向应变和x‑y面的剪应变；(10)通过以下公式计算平均应变和拉伸、压缩模量，并绘制应力应变曲线：其中，n为像素点数，ε_i为第i个像素点的应变值，为场平均应变，为场平均应变的增量，Δσ为相应的应力增量，E为高温下的弹性模量。