極端高溫熱載作用下金屬材料的非線性應變演化規律及應力集中機理使用高溫數字圖像相關（DIC）系統測量。
1.實驗背景
航空發動機燃氣輪機葉片、燃燒室等核心部件的工作溫度通常在900~1000°C區間，此極端高溫會加劇金屬材料的蠕變、熱疲勞及應力腐蝕行為，故需對金屬材料在高溫服役條件下的可靠性進行評估，傳統點式應變測量難以揭示材料在高溫拉伸過程中因幾何形狀如孔洞引起的應變演化與失穩機理。
某航空實驗室，引入中科君達視界提供的千眼狼高溫數字圖像相關（DIC）系統，對具有特殊幾何形狀的方形金屬試件在高溫熱載下的非均勻變形行為進行研究。
2.實驗設計
2.1 試件與加載
實驗采用帶中心孔洞的方形金屬拉伸試件，中心孔洞作為幾何不連續源，用于誘發局部應力集中與非均勻變形。實驗在高溫拉伸試驗機上完成，實驗溫度穩定控制在980°C，加載過程采用位移控制，保證試件變形連續性、重復性。
2.2 實驗設備
實驗核心設備為千眼狼高溫數字圖像相關（DIC）系統，4096×3000 @29 fps；配備紅外濾光片抑制爐內熱輻射對成像質量的干擾；DIC分析軟件通過子區匹配追蹤拉伸前后圖像中散斑點位移，實現高溫條件下位移場和拉格朗日應變場（Exx,Eyy）的計算。
2.3 ROI選擇
為精確捕獲試件在中心孔洞區域的應變集中和分布情況，在孔洞周圍對稱選取4個階段矩形區域，矩形0和矩形1分別選擇在中心孔洞的左右兩側，這兩個區域用于捕捉橫向收縮與孔邊應變集中；矩形2和矩形3分別選擇中心孔洞的上下兩側，這兩個區域反映了拉伸主載荷方向（Y方向）上的變形演化。
3.實驗數據
3.1 垂直于加載方向（X方向）的拉格朗日應變Exx演化特征
在0~300 s加載期，階段矩形0~3的X方向拉格朗日應變Exx均表現為緩慢線性增長的負應變，表明試件處于彈性-塑性變形階段，負應變主要體現泊松效應，即垂直于拉伸方向的收縮。當加載試件超過300 s后，Exx的演化出現明顯分區特征：左右階段矩形0、矩形1負應變呈現明顯的拋物線式向下加速增長趨勢，表明材料在孔洞兩側開始進入塑性流動階段，出現頸縮現象，導致泊松收縮效應增強；上下階段矩形2、矩形3負應變仍保持線性增長，表明孔洞上下區域遠離應力集中區，塑性變形相對較緩。
3.2 加載方向（Y方向）的拉格朗日應變Eyy演化特征
前240 s加載階段，左右上下區域Eyy應變均表現為穩定線性正應變增長態勢，表明該階段材料整體處于高溫塑性拉伸階段，軸向應變主要來自拉伸載荷，孔洞誘發的局部效應尚未主導形變；240 s后，左右區域Eyy應變線性增長轉變為加速向上增長的非線性趨勢，而上下區域應變仍保持平緩增長態勢，表明孔洞左右兩側沿拉伸方向是應力集中區，在極端高溫下，材料屈服應力降低，左右區域在應力集中與材料軟化的共同作用下應變加速累積，而上下區域在孔洞與載荷對稱性約束下，仍保持相對均勻的軸向應變增長。
4.實驗結論
I. 數字圖像相關（DIC）技術能夠在極端高溫拉伸條件下獲取金屬試件的全場拉格朗日應變演化數據，揭示金屬材料的屈服和塑性變形機制，孔洞兩側區域的應變加速增長是高溫下材料塑性軟化和局部頸縮的表現。
II. 依據數字圖像相關（DIC）系統測量的應變分布和集中區域，金屬材料結構尺寸設計上需要重點強化類似孔洞幾何結構橫向邊緣強度，以應對加速增長的局部應變所帶來的失效風險。
轉自：濟南日報
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