应用案例丨基于原位拉伸热台实现裂纹与滑移行为全场定量测量突破

文章名：《Dynamic quantitative deformation mapping of slip activities in NBSC superalloy using sampling moire method》

期刊名：《Chinese Journal of Aeronautics》

客户单位：北京航空航天大学

应用产品：超高温拉伸台

本文提出了一种面向不连续位移场测量的栅线方法，将采样云纹法（SMM）与新型自适应加权最小二乘（AW-LS）相位展开算法深度融合，解决了裂纹等不连续变形场测量中长期存在的误差传播难题。AW-LS算法的核心创新在于基于局部相位梯度方差自动构建连续数据驱动权重矩阵，无需人工干预即可自适应识别并隔离裂纹区域的相位混乱，同时完整保留周边高质量变形信息。数值模拟基于线弹性断裂力学解析解验证了方法的亚像素测量精度，相对误差在5%栅距以内。在镍基单晶（NBSC）高温合金原位拉伸实验中，方法首度定量捕捉了从853 MPa微裂纹萌生至978 MPa最终断裂的全场位移演化过程，实验误差低于栅距10%，为断裂力学实验研究提供了可靠的光学计量框架。

上述实验得以实现，离不开GoGo Instruments Technology（上海）原位拉伸实验装置的关键支撑。该装置与数字光学显微镜联用，构成完整的原位观测系统，能够在不中断加载的条件下对试样缺口区域进行连续实时成像。其同步对称拉伸机构确保了加载过程中观测视野的稳定性，内置力-位移传感器同步记录工程应力应变曲线，为位移场演化与载荷状态的精确对应提供了可靠保证。正是凭借该装置对微裂纹萌生至断裂全过程的不间断捕捉能力，研究团队得以获得完整的全场位移演化序列，实现了NBSC高温合金不连续变形场的首度定量表征。

文章名：《Advanced grid method for discontinuous displacement field measurement》

期刊名：《International Journal of Mechanical Sciences》

客户单位：北京航空航天大学

应用产品：超高温拉伸台

本文首度采用采样云纹法（SMM）对镍基单晶（NBSC）高温合金原位单调拉伸实验中的滑移活动进行了动态定量变形场测量。研究在试样表面制备了节距6μm的微尺度正交栅线，利用数字光学显微镜连续采集栅线图像，获得了缺口区域高空间与时间分辨率的全场应变及位移数据。结果表明，SMM可实现纳米尺度的位移分辨率（位移场色标范围±1μm），在滑移迹线出现前即通过局部应变与位移集中区域成功预测了其精确萌生位置；随后定量追踪了滑移带从637 MPa萌生到776 MPa持续演化的全过程，峰值应变累积至12.39%。该方法突破了传统HR-DIC方法高空间分辨率与高时间分辨率难以兼顾的瓶颈，为晶体金属微观塑性损伤机制研究提供了新的实验手段。

本研究的动态连续表征能力，核心依赖于GoGo Instruments Technology（上海）原位拉伸实验装置所提供的实验条件。该装置采用全程不间断加载模式，结合光学显微镜，在实验过程中无需停机等待SEM扫描成像，从根本上避免了传统中断式实验中载荷保持对材料变形机制的干扰，使光学显微镜得以在连续加载状态下以高帧率实时采集栅线图像，完整记录滑移迹线萌生与滑移带演化的每一阶段。振动隔离台进一步保证了图像采集的稳定性，从硬件层面为SMM的高精度相位提取奠定了基础。

应用产品及参数：

型号：FH5000-1000V

冷热方式：电阻发热

温控范围：RT~1000℃

温度稳定性：±0.1℃

控温速率：最快的升温速率：150℃/min，降温速率可控

载样台：陶瓷；φ7mm

上视窗尺寸：φ85mm*1mm

拉力量程：5000N；拉力精度：0.5%F.S.

位移距离：20mm

拉伸速度：0.1~5mm/min

力学模式：拉伸、压缩、剪切、弯曲

腔室：真空