[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

摘要

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。

主权项

1.一种用于脆性材料微观结构研究的中子测量方法，其特征在于，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（1）、下压头（2）安装到力学加载装置（3）上，将被测样品（4）放置在上压头（1）、下压头（2）之间；将力学加载装置（3）固定在水平旋转台（5）上，使被测样品（4）中心处于水平旋转台（5）旋转轴的延长线上；水平旋转台（5）安装在中子小角散射谱仪的样品台（6）上，使被测样品（4）处于中子小角散射谱仪的中子探测器（7）的正前方；散斑应变仪的摄像机（8）根据中子小角散射谱仪现场情况放置在样品台（6）的左侧或右侧；被测样品（4）、中子探测器（7）、散斑应变仪的摄像机（8）的中心处于同一水平高度；力学加载装置（3）、中子探测器（7）、散斑应变仪的摄像机（8）、中子小角散射谱仪的中子监视器（9）的信号线连接至控制计算机（10）；所述的测量方法包括以下步骤：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Ds与样品厚度的样品信息参数，初始化被测样品（4）的当前应变量参数Tc和控制水平旋转台（5）的当前位置Ar为零；启动中子监视器（9）对测量中子进行计数，启动中子探测器（7）对被测样品（4）的散射信号进行测量，得到样品初态的测量结果；控制水平旋转台（5）至应变加载位置：控制水平旋转台（5）向散斑应变仪的摄像机（8）的放置方向旋转固定角度θ，使样品表面正对摄像机（8）的镜头；巴西实验离散应变参数的计算：根据目标应变参数Ts和当前应变量Tc计算加载应变量Tl，三者关系为：Tl=Ts‑Tc，进一步计算加载形变量LΔ，LΔ与加载应变量Tl和样品直径Ds的关系为：LΔ=Tl×Ds；应变加载与测量：将Tc的数值赋值给最近应变量Tc‑last；控制力学加载装置（3）对被测样品（4）进行力学加载，加载位移为LΔ，加载过程中散斑应变仪测量与反馈被测样品（4）的实际形变量Lr；加载完成后，更新当前应变量Tc参数，计算公式为：Tc = Tc‑last+Lr/Ds；判断力学加载装置（3）是否为单端加载方式，是则控制小角散射谱仪的样品台（6）向上或向下运动0.5倍的LΔ；控制水平旋转台（5）至中子测量位置：控制水平旋转台（5）回到零位置，使样品表面面向中子入射束流方向；被测样品（4）在应变加载下的中子散射信号测量：启动中子监视器（9）对测量中子进行计数，启动中子探测器（7）对被测样品（4）在该应变状态下的散射信号进行测量；判断测量实验是否完成，是则跳转到g，否则转到步骤b，对被测样品（4）进行下一个应变点加载；测量结束，保存力学加载装置（3）的力学加载数据和中子小角谱仪的中子探测器（7）的测试结果。