云纹法及其在孔边应变检测中的应用

　　1　云纹法检测原理

　　将两块印有密集平行线条的透明板重叠,对着亮的背景看过去,就会有明暗相间的条纹出现,称之为“云纹”。在试件表面贴一片试件栅,它与试件一起变形,在其上重叠一块基准栅,由于光的干涉就会产生云纹。当试件变形时,云纹也随着增加、减少、倾斜或弯曲。云纹是垂直于基准栅栅线的等位移线,其分布与试件的变形有着定量的几何关系,从而可据此推算出试件各处的应变值[1]。

　　云纹可分为平行云纹和转角云纹。使基准栅栅线与试件栅栅线平行所产生的云纹图样称为平行云纹;使基准栅栅线与试件栅栅线有微小的转角所产生的云纹图样称为转角云纹。平行云纹和转角云纹基准栅、试件栅栅线示意图如图1所示。在孔边应变检测过程中,由于平行云纹通常只出现在距孔边较近的区域,故以平行云纹测量离孔边较近区域的位移场,而离孔边较远处的位移场的测量,则借助于转角云纹进行。

　　2　位移检测及应变计算

　　2.1平行云纹

　　平行云纹用于测量距孔边较近区域的位移场。图2为孔一边的u场平行云纹示意图(由于该云纹图形左右对称,故只画出其一边),图3为v场平行云纹示意图。在图2中所标示的数字为u场平行云纹的云纹级数,用符号N表示,基准栅栅距(节距)用符号P表示,则N级条纹上点的位移为:

　　u=N·P (1)

　　由于拟求应变为试件中心孔左、右两边x轴上的应变,在x轴上有εr=εx、εθ=εy,故由小变形几何方程可得[2]:

　　（2）

　　在式(2)中,εr可用u场平行云纹得到,εθ可用v场平行云纹得到。例如,图2中B点的应变εrB及图3中B点的应变εθB可分别用下列两式求得:

　(3)

　　2.2转角云纹

　　转角云纹用于测量距孔边较远区域的位移场。图4为u场转角云纹示意图,图5为v场转角云纹示意图,其中,u场转角云纹用于测定远离孔边的径向位移,v场转角云纹用于测量远离孔边的切向位移。下面仅以v场转角云纹为例,简单介绍转角云纹应变测量的双间距法。双间距法计算公式为:

　　(4)

　　上式中:

　　P—基准栅栅线节距;

　　L—任取的一段云纹在基准栅主向(即垂直于栅线方向)上的投影长度;

　　ΔS—选取的云纹段在基准栅栅线上的投影长度;

　　S—平行于基准栅栅线所测得的云纹间距。

　　例如,图5中的A点的位移,据公式(4)可得:　

　　获得孔左右两边的应变场后,即可运用弹塑性理论构造应力表达式,推算孔左右两边的应力分布[3]。