[发明专利]一种测量金属单向拉伸中韧性损伤演化的装置及方法

权利要求书

1.一种测量金属单向拉伸中韧性损伤演化的装置，其特征在于：包括拉伸试样、绝缘板、夹具、光源、相机、直流低电阻测试仪与电脑；拉伸试样表面喷有黑白相间的自由散斑；相机和光源置于拉伸试样的正前方，且光源置于相机和拉伸试样之间；直流低电阻测试仪通过四个独立的金属夹子夹持在拉伸试样的直臂部分；绝缘板粘在拉伸试样两端的夹持部分, 夹具夹持在粘有绝缘板的夹持部分，拉伸试验机提供的拉伸载荷通过夹具作用于拉伸试样上。

2.根据权利要求1所述的测量金属单向拉伸中韧性损伤演化的装置，其特征在于：所述绝缘板通过具有抗剪切能力的胶水粘在拉伸试样两端的夹持部分。

3.根据权利要求1或2所述的测量金属单向拉伸中韧性损伤演化的方法，其特征在于：相机和直流低电阻测试仪同时记录表面喷有随机自由散斑的试样拉伸过程中的图像和电阻，通过DIC方法获得试样拉伸过程中的应变场，结合试样拉伸过程中的应变增量和电阻增量，间接获取拉伸过程中的损伤演化规律。

4.根据权利要求3所述的测量金属单向拉伸中韧性损伤演化的方法，其特征在于包括以下步骤：

1）在拉伸试样表面喷涂随机自由散斑；

2）拉伸试样两端的夹持部分通过具有抗剪切能力的胶水粘有绝缘板，使拉伸试样与拉伸试验机进行绝缘，以保证在拉伸过程中电阻测量的准确性；

3）单向拉伸试样通过夹具夹持并以2-5mm/min的速度进行单向拉伸，该单向拉伸是指在拉伸试样的长度方向进行拉伸；拉伸试样的两端通直流电，同时测量拉伸试样标距内的电势差变化；相机按照固定的时间间隔记录拉伸试样表面自由散斑形状的照片，直至拉伸试样被拉断；在单向拉伸过程中，拉伸试样的应变分为均匀应变阶段与非均匀应变阶段，非均匀应变阶段也称为颈缩阶段，该阶段是在均匀应变之后且拉伸试样被拉断之前发生的；

4）采用DIC方法处理相机拍摄的照片，获取每个时间点上单向拉伸过程中的全场位移和应变；

5）通过前后两个时间点的全场应变的对比，获得每个时间点上全场应变所对应的应变增量；

6）处理直流低电阻测试仪所记录的每个时间点上的电阻和电阻增量；

7）处理单向拉伸过程中的每个时间点上的电阻增量，将电阻增量按照塑性应变增量的大小进行线性分配；

8）处理单向拉伸均匀应变阶段的应变增量和电阻增量，获取均匀应变时的塑性应变和电阻以及塑性应变增量和电阻增量之间的关系；

9）处理单向拉伸非均匀应变阶段应变增量和电阻增量之间的关系，分离由于塑性应变和由于损伤而引起的电阻变化，并剔除由于塑性应变而导致的电阻变化，获得仅仅由于损伤而引起的电阻增量；

10）根据材料的塑性变形以及损伤前后电阻比值与损伤值之间的关系，最终获得塑性应变与损伤量之间的关系。

5.根据权利要求4所述的测量金属单向拉伸中韧性损伤演化的方法，其特征在于：步骤1）中，首先通过在拉伸试样表面喷涂白色手喷漆作为底色，然后再喷涂一层黑色散点，从而获得黑白相间的自由散斑。

6.根据权利要求4所述的测量金属单向拉伸中韧性损伤演化的方法，其特征在于：步骤1）中，所述相机的镜头固定在三脚架上，且与拉伸试样表面保持垂直；相机记录照片的时间间隔视材料的不同而不同，至少拍摄40-50次以上。

7.根据权利要求4所述的测量金属单向拉伸中韧性损伤演化的方法，其特征在于：所述直流低电阻测试仪的精度为10^-6~10^-5欧姆。

8.根据权利要求4所述的测量金属单向拉伸中韧性损伤演化的方法，其特征在于：步骤3）中，所通直流电小于1安培；电阻值测量频率为每秒9-11次。