金屬材料在高溫力學試驗中的變形測量方法及觀測儀器技術

本發明專利技術金屬材料在高溫力學試驗中的變形測量方法，先將支架在距加熱爐安全位置處架設穩固，將數碼照相機安裝在支架上，并將其視頻輸出通過信息線連接至電腦；在加熱爐爐壁上開設兩個觀察孔，在正對爐壁觀察孔的試件上作兩個標記；將加熱爐內的試件上的兩個標記作為參考點，記錄這兩個參考點的特征信息，通過掃描確定兩個參考點在圖像中的坐標，計算在該時刻參考點之間的距離；當試件受熱膨脹、受力變形或受熱－力偶合作用變形后，重新確定兩個參考點在圖像中的坐標，計算出兩個參考點之間新距離；從而觀測到試件軸向變形；使用本發明專利技術方法及儀器，可以在鋼材高溫試驗中連續跟蹤試件的軸向變形，有效提高鋼材高溫試驗中試件的變形測量精度。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及了一種金屬材料在高溫力學試驗中的變形測量方法及觀測儀器。
技術介紹
在建筑結構耐火設計與評估中，需要計算鋼結構、鋁結構或鋼筋在高溫下的強度和變 形，這依賴于金屬材料在高溫下的力學性能參數。金屬材料在高溫下的力學性能參數通過 試驗確定，而試驗必須準確測量在高溫下金屬材料試件上所選標距內的變形。由于加熱爐內的高溫環境，準確測量變形較為困難。目前，人們對鋼材在高溫下的變 形測量主要采用下述方法第一種方法 、用對溫度變形較穩定的材料如剛玉等制成兩根引出桿，該引出桿從金屬材料試件內的 兩個標記點引出，它們的一端固定在試件的兩個標記點上，另一端剛性地伸出爐外，即把 試件的兩個標記點間的變形引出到加熱爐外，在常溫下用常規的儀器進行測量，得到兩個 標記點間的變形。第二種方法-加長試件，試件的上下穿過加熱爐并且伸出到加熱爐之外，在伸出到加熱爐之外的試 件兩端的低溫處測量試件變形，'然后通過修正算出兩個標記點間的變形。這些測量方法的缺點是測量不夠精確，變形引出桿價值昂貴，易于破壞。
技術實現思路
本專利技術的目的是解決目前金屬材料在高溫力學試驗中的變形測量方法不夠精確，和測 量儀器易于損壞的缺陷，而提供一種非接觸式、測量精度高、可重復使用的對金屬材料在 高溫力學試驗中的變形進行測量的方法及其觀測儀器。 為了完成本專利技術的專利技術目的，本專利技術采用以下方式 本專利技術的一種金屬材料在高溫力學試驗中的變形測量方法，其中(1) 先將支架在距加熱爐安全距離處架設穩固，將數碼照相機安裝在支架上，并將 其視頻輸出通過信息線連接至電腦，此后保持數碼照相機位置不變；(2) 在加熱爐爐壁上開設兩個觀察孔，在正對爐壁上的觀察孔的試件上作兩個標記; (3) 用數碼照相機清晰地拍攝具有固定尺寸圖像，該圖像包括了加熱爐爐壁上開設 的兩個觀察孔和試件上的兩個標記，該圖像通過數碼照相機采集并顯示于電腦的屏幕上；(4) 將加熱爐內的試件上的兩個標記作為參考點，記錄這兩個參考點的特征信息， 通過掃描確定兩個參考點在圖像中的坐標，計算在該時刻兩個參考點之間的距離(5) 當試件受熱膨脹、受力變形或受熱-力偶合作用變形后，這兩個參考點在所攝圖 像中其位置發生變化，竭過對新拍攝的圖像進行掃描，重新確定兩個參考點在圖像中的坐 標，計算出兩個參考點之間新的距離；(6) 電腦定時對傳送來的圖像進行保存和放大，通過連續拍攝和掃描標記，計算出 兩個參考點之間距離的變化增量，從而觀測到試件的軸向變形；本專利技術的一種金屬材料在高溫力學試驗中的變形測量方法，其中所述兩個觀察孔的 直徑為15-30面，觀察孔孔心間距離為30-50mm;本專利技術的一種金屬材料在高溫力學試驗中的變形測量方法，其中所述標記為一個箍 環、小孔或者是可見標記；本專利技術的一種金屬材料在高溫力學試驗中的變形測量方法，其中所述步驟(4)中 的特征信息為亮度和連通性；本專利技術的一種金屬材料在高溫力學試驗中的變形測量方法，其中所述數碼照相機設 置在兩個觀察孔之間，它至少是1020萬像素的數碼照相機，圖像分辨率將達到3872X 2592，在垂直方向上有3872個點，采集圖像垂直方向的實際尺寸在40-60mm;本專利技術的一種金屬材料在高溫力學試驗中的變形測量方法，其中所述歩驟(1)中 的安全位置為2-5m;本專利技術的一種金屬材料在高溫力學試驗中的變形測量方法，其中所述歩驟(6)中 的定時為1秒-1分鐘；本專利技術的一種觀測儀器，其中它包括支架、數碼照相機和電腦，數碼照相機架設 在支架上，數碼照相機通過信息線與電腦的視頻接口相連；本專利技術的一種觀測儀器，其中所述數碼照相機至少是1020萬像素的數碼照相機，所述電腦為便攜式筆記本電腦；本專利技術的一種觀測儀器，其中所述觀測儀器還包括輔助光源，它發出的光線照射 著兩個觀察孔內試件上的兩個標記。使用本專利技術的方法及儀器，可以在鋼材高溫試驗中連續跟蹤試件在軸向的變形，有效 提高鋼材高溫試驗中試件的變形測量精度。 ' 附圖說明圖1為本專利技術金屬材料在高溫力學試驗中的變形測量方法和所使用的觀測儀器的示意圖2為現有技術的一種測量方法的示意圖； 圖3為現有技術的另一種測量方法的示意圖。 具體實施例方式如圖l所示，先將支架7在距加熱爐2安全位置即2-5m,最好為5m處架設穩固，將 數碼照相機3安裝在支架7上，數碼照相機3的取景框豎向對準所拍攝的對象，以增加拍 攝精度，并將其視頻輸出連接至電腦4。此后保持數碼照相機3位覽木變。在加熱爐2爐 壁上開設兩個直徑為15-30mm,最好為20mm的觀察孔5,孔心間距離為30_50畫，最好為 40誦。在試件1上正對爐壁上的觀察孔5處做兩個標記6，標記6為箍環、小孔或者畢可 見標記，標記間距最好為40mm。試驗中用數碼照相機3可以清晰地拍攝具有固定尺寸的 圖像，該圖像包括了加熱爐2爐壁上開設的兩個觀察孔5和試件1上的兩個標記6，該圖 像通過數碼照相機3采集并顯示于電腦4屏幕上。在電腦4上通過常用處理軟件定時對傳 送來的圖像進行保存和放大，根據測量對象不同的需求，電腦4在1秒-1分鐘的時間范 圍內對傳送來的圖像進行保存和放大。選取從加熱爐2爐壁上開設的兩個觀察孔5向爐內 看到的試件1上的標記6作為參考點，記錄這兩個參考點的特征信息，如亮度，連通性等。 通過掃描確定兩個參考點在圖像中的坐標，計算出坐標值增量，即在該時刻參考點之間的 距離。當試件1受熱膨脹、受力變形或受熱-力偶合作用變形后，這兩個參考點在所攝圖 像中其位置發生變化，通過對新拍攝的圖像掃描，重新確定兩個參考點在圖像中的坐標， 計算出坐標值增量即兩個參考點之間新的距離。通過連續拍攝、掃描標記，計算出兩個參 考點在圖像中的坐標變化增量，從而觀測到試件1在標記點之間的軸向變形。試件1的軸向變形觀測精度應不小于0. 02mm。當采用1020萬像素的數碼照相機3，圖像分辨率將達到3872X2592，在垂直方向上 將有3872個點，所采集圖像垂直方向的實際尺寸將控制在40—60mm，最好為50國的范 圍內，這樣在垂直方向上的觀測精度將能達到50/3872mm，即0.0129mm，滿足0. 02mm的 使用要求。電腦中的常用圖象處理軟件可自動選取發光體參考點，并轉化成試件1軸向變形與時 間的關系曲線。在使用時，可采用輔助光源9通過觀察孔5或另外開設在加熱爐2的照射孔照射試件l上的所設的兩個標記6。本專利技術金屬材料在高溫力學試驗中的變形測量方法所使用的觀測儀器包括支架7、數碼照相機3、電腦4和輔助光源9，數碼照相機3架設在支架7上，數碼照相機3通過 信息線8與電腦4相連，數碼照相機3的取景框豎向對準所拍攝的對象，以增加拍攝精度， 輔助光源9發出的光線照射著試件上的兩個標記6。 、數碼照相機3至少是1020萬像素的數碼照相機，電腦4為便攜式筆記本電腦。圖2為現有技術的一種測量方法的示意圖；用對溫度變形較穩定的材料如剛玉等制成 兩根引出桿IO，該引出桿10從金屬材料試件1內的兩個標記6處引出，它們的一端固定 在試件的兩個標記6上，另一端剛性地伸出爐外，即把試件的兩個標記6間的變形引出到 加熱爐外，在常溫下用常規的儀器11進行測量，得到兩個標記6間的變形。圖3為現有技術的另一種測量方法的示意圖，加長試件1，試件1的上下穿過加熱爐 2并且本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種金屬材料在高溫力學試驗中的變形測量方法，其特征在于：　　　　（１）先將支架（７）在距加熱爐（２）安全距離處架設穩固，將數碼照相機（３）安裝在支架（７）上，并將其視頻輸出通過信息線（８）連接至電腦（４），此后保持數碼照相機（３）位置不變；　　　　（２）在加熱爐（２）爐壁上開設兩個觀察孔（５），在正對爐壁上的觀察孔（５）的試件（１）上作兩個標記（６）；　　　　（３）用數碼照相機（３）清晰地拍攝具有固定尺寸圖像，該圖像包括了加熱爐（２）爐壁上開設的兩個觀察孔（５）和試件（１）上的兩個標記（６），該圖像通過數碼照相機（３）采集并顯示于電腦（４）的屏幕上；　　　　（４）將加熱爐（２）內的試件（１）上的兩個標記（６）作為參考點，記錄這兩個參考點的特征信息，通過掃描確定兩個參考點在圖像中的坐標，計算在該時刻兩個參考點之間的距離；　　　　（５）當試件受熱膨脹、受力變形或受熱－力偶合作用變形后，這兩個參考點在所攝圖像中其位置發生變化，通過對新拍攝的圖像進行掃描，重新確定兩個參考點在圖像中的坐標，計算出兩個參考點之間新的距離；　　　　（６）電腦（４）定時對傳送來的圖像進行保存和放大，通過連續拍攝和掃描標記，計算出兩個參考點之間距離的變化增量，從而觀測到試件的軸向變形。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：屈立軍，王興波，
申請(專利權)人：中國人民武裝警察部隊學院，
類型：發明
國別省市：13[中國|河北]