CN112556976B - 一种用于特种风洞实验模型变形测量的散斑制作方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于特种风洞实验模型变形测量的散斑制作方法，属于光学测力技术领域。它一共包括五大步骤:步骤一:原料准备:步骤二:散斑制备：步骤三:散斑涂抹：本方法具有操作简单、原材料及工具易得、散斑质量可靠、对试样的高温力学性能影响较小以及易清理可多次重复在同一个试件上使用的特点，经实验在1000℃以内效果稳定可靠，可配合双目视觉相关光学测试方法完成高温环境下材料受热冲击、模型变形等多种复杂加载状态下力学性能的光学变形测量。该发明经实验验证制备出的散斑效果良好、制备方法操作简便灵活、可行性较强。

Description

一种用于特种风洞实验模型变形测量的散斑制作方法
技术领域
本发明涉及一种用于特种风洞实验模型变形测量的散斑制作方法，应用于特种风洞试验时的变形测量，尤其是对于高风速，高温度的模型试验。试验属于航空航天试验方法。
背景技术
目前，良好真实的风洞试验3D变形数据依托于先进的视觉测试测量方法及工艺。特种风洞模型实验的力学变形变化日益受到关注，因此，如何精确测量被测试件在高温环境下的表面变形或位置变化就成为材料高温力学性能测试中最为关键的问题。利用现有技术，精确测量模型的变形或位置变化就要依托于图像技术及高温散斑材料。利用双目视觉等数字图像相关技术通过高温散斑对模型进行测量并进行记录分析，相机将图像储存，经过分析计算，它可以通过高温散斑的三维变化坐标获得材料变形过程及全场应变或位置变化。因此要想精确测量被测试件在高温环境下的表面变形或位置变化其中一个重要步骤是高温散斑的制备，高温散斑的质量直接决定了变形测试的精度。因此，发明、改进及提高高温散斑制备工艺势在必行。
目前的一些散斑制作方法多为人工喷漆的制斑方法,自喷漆难以掌握，很容易将背景毁掉而且自喷漆耐高温性差，这样制作的散斑在测试温度达到200℃后会发生氧化,影响测试结果的准确性。冯雪等人提出了一种高温散斑制作方法(中国专利申请公布号：CN101850426A)，利用化学变化，使硝酸银粉末、浓氨水、葡萄糖粉末和纯净水按一定比例混合在一起，然后用该溶液在被试件表面生成银质散斑。该方法原料不够广泛，且涉及的化学反应较多，易产生有味气体，操作较繁杂，且生成的银质散斑难以控制其分布及大小。中国专利文献(公告号CN 101905210 A)公开了一种将稀释高温无机胶与氧化钴粉末混合液点涂或喷溅然后经过固化形成高温散斑，操作过程简单，但氧化钴为粉末状，对人体危害较大，虽然操作过程简单，但氧化钴粉末与高温无机胶混合为黑色乳浊液，喷涂到试件上后图像难以识别，对散斑背景要求极高，因此试件表面不能为较深颜色，而且一旦在试件上涂上散斑就难以清理，试件不能重复使用；中国专利文献(公告号CN 105758683 A)公开了一种利用高温烧结制备高温散斑的方法，高温散斑与基底材料粘附性好，但烧结过程温度必须高达800℃-1200℃，这样制作出的散斑会使试件原始材料状态变化从而影响了被测试件力学性能，不易用于精密实验。
发明内容
本发明的技术解决问题：针对以上问题，本发明研制出一种用于特种风洞实验模型变形测量的散斑制作方法，且经试验验证，得到的散斑表面及其接近真实试件表面的特性。该方法利用酒精、G-750高温陶瓷胶、某氧化金属颗粒粉末混合调制出的高温散斑经过一定过程的固化、特殊过程的处理，可以形成薄薄的一层高温散斑，对于不同颜色的某氧化金属表面皆可识别使用，并且本发明易于清理，不伤试件表面，最大的优势在与于同一试件可重复实验，试件物理性能不受影响。
本发明的技术方案：一种用于特种风洞实验模型变形测量的散斑制作方法，步骤如下：
步骤一:准备原料，包括G-750高温陶瓷胶、某氧化金属粉末、酒精、清水；
步骤二:利用步骤一的原料制备散斑；
步骤三:对散斑进行涂抹与烘干；
步骤四：进行灼烧处理。
所述步骤二的具体过程为：将高温陶瓷胶、某氧化金属粉末、酒精按7:1:2的比例在容器里搅拌均匀。
所述步骤三的具体过程为：
31)底涂；
清洁试件表面，再将试件待测区域涂薄薄的一层G-750高温陶瓷胶，自然干燥30min，放入温度试验箱，以每分钟2℃的速率由室温升至80℃后保温30min，然后降至室温；
32)加固；
当第一道胶彻底变干后，再次涂胶，放入烘箱中以每分钟5℃的速率由室温升至100℃保温30min，200℃保温1h，250℃保温1h，降至室温涂散斑乳液；
33)散斑涂抹；
将步骤二搅拌均匀的糊状物用涂胶毛刷或纱布蘸取糊状物涂抹在待测件的表面，轻轻用涂胶毛刷反复刷涂试件表面以达到理想厚度和某氧化金属粉末颗粒均匀度，涂抹好散班后，加固方法同步骤32)，并增加固化过程:350度保温1.5h，500度保温1.5h；最后降至室温。
所述步骤四的具体过程为：将步骤三得到的散斑区域用火灼烧，观察直至金属粉末稍微融化，并贴附于试件表面，此时马上用毛刷蘸取清水擦拭试件表面，注意擦拭力度及次数。
本发明与现有技术相比的优点如下：
本发明的技术特点是经过多次固化处理，散斑粘附力强，且利用特殊方法极易于清理。经验证，在特种风洞试验中高温、高压、高风速下高温散斑不会脱落，试验后双目视觉拍摄数据计算结果良好，试验对比准确。本方法具有操作简单、原材料及工具易得、散斑质量可靠、对试样的高温力学性能影响较小以及易清理可多次重复在同一个试件上使用的特点，经实验在1000℃以内效果稳定可靠，可配合双目视觉相关光学测试方法完成高温环境下材料受热冲击、模型变形等多种复杂加载状态下力学性能的光学变形测量。本发明经实验验证制备出的散斑效果良好、制备方法操作简便灵活、可行性较强。
本发明操作简单、原材料及工具易得；经特殊步骤处理后，散斑区域接近真实试件表面，不影响试件表面物理性能。散斑质量可靠，经试验验证在1000℃下散斑不受影响；使用特殊方法清理后不伤试验件，可在同一个试件上多次重复使用等特点。
附图说明
图1为本发明构成图。
具体实施方式
现按照图1对本发明的具体制作方法和步骤做详细说明本：
首先是散斑原料准备和实验件装备:
A.首先准备散斑制作原料G-750高温陶瓷胶、某氧化金属粉末；酒精。
B.将待测件表面做简单处理，用酒精擦拭一遍。
进一步进行高温散斑底涂。
C.先将高温陶瓷胶与酒精按7：1的比例调制出底涂溶液，然后将试件表面涂薄薄的一层配置的溶液，自然干燥30min，放入烘箱，以每分钟2℃的速率由室温升至80℃保温30min，然后降至室温。
D.当第一道胶彻底变干后，再次涂薄薄的配置好的溶液，放入烘箱中以每分钟5℃的速率由室温升至100℃保温30min，200℃保温1h，250℃保温1h，降至室温，准备涂抹高温散斑。
然后进行散斑乳液制作与固化
E.将G-750高温陶瓷胶、酒精、某氧化金属粉末颗粒按7:1:2的比例在容器里搅拌均匀，使某氧化金属均匀的散布在乳浊液中。
F.将按比例调制好的乳浊液用涂胶毛刷或纱布蘸取乳浊液涂抹在待测件的表面，轻轻用涂胶毛刷反复刷涂试件表面以达到理想厚度和某氧化金属粉末颗粒均匀度。
G.涂抹好后将试件放入烘箱中以每分钟5℃的速率由室温升至100℃保温30min，200℃保温1h，250℃保温1h，350度保温1.5h，500度保温1.5h。最后降至室温；
H.散斑固化完毕使用火焰灼烧散斑区域，认真观察直至金属粉末稍微融化，然后立即用清水对散斑区域进行擦拭，注意擦拭力度及次数，最后常温晾干试件，高温散斑制作完成。

Claims (2)

1.一种用于特种风洞实验模型变形测量的散斑制作方法，其特征在于步骤如下：
步骤一: 准备原料，包括G-750高温陶瓷胶、某氧化金属粉末、酒精、清水；
步骤二: 利用步骤一的原料制备散斑；
所述步骤二的具体过程为：将高温陶瓷胶、某氧化金属粉末、酒精按7:1:2的比例在容器里搅拌均匀；
步骤三:对散斑进行涂抹与烘干；
所述步骤三的具体过程为：
31）底涂；
清洁试件表面，再将试件待测区域涂薄薄的一层G-750高温陶瓷胶，自然干燥30min，放入温度试验箱，以每分钟2℃的速率由室温升至80℃后保温30min，然后降至室温；
32）加固；
当第一道胶彻底变干后，再次涂胶，放入烘箱中以每分钟5℃的速率由室温升至100℃保温30min，200℃保温1h，250℃保温1h，降至室温涂散斑乳液；
33）散斑涂抹；
将步骤二搅拌均匀的糊状物用涂胶毛刷或纱布蘸取糊状物涂抹在待测件的表面，轻轻用涂胶毛刷反复刷涂试件表面以达到理想厚度和某氧化金属粉末颗粒均匀度，涂抹好散班后，加固方法同步骤32），并增加固化过程:350℃保温1.5h，500℃保温1.5h；最后降至室温;
步骤四：进行灼烧处理。
2.根据权利要求1所述的一种用于特种风洞实验模型变形测量的散斑制作方法，其特征在于：所述步骤四的具体过程为：将步骤三得到的散斑区域用火灼烧，观察直至金属粉末稍微融化，并贴附于试件表面，此时马上用毛刷蘸取清水擦拭试件表面。
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