Метод расчета полей смещений и деформаций на основе анализа изменения рельефа поверхности

• Автор: Семенова, Ольга Владимировна
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 144 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗУЧЕНИЯ ПРОЦЕССОВ ДЕФОРМАЦИИ НА ПОВЕРХНОСТИ ДЕФОРМИРУЕМЫХ ТВЕРДЫХ ТЕЛ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)
1.1 Методы измерения функции деформаций вдоль линии
на поверхности материалов
1.1.1 Тензометрия
1.1.2 Метод реперных меток
1.2 Методы измерения полей смещений и деформаций на поверхности деформируемых материалов
1.2.1 Метод делительных сеток
1.2.2 Метод муаровых сеток
1.2.3 Поляризационно-оптические методы
1.2.4 Когерентно-оптические методы
1.2.5 Оптико-телевизионные измерительные системы
1.3 Методы регистрации рельефа поверхности
1.3.1 Контактные методы. Профилометрия
1.3.2 Неконтактные методы. Регистрирующие устройства на основе когерентного и частично когерентного света
1.3.3 Средства сканирующей зондовой микроскопии
1.4 Заключение
ГЛАВА 2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОДНОМЕРНЫХ ПРОФИЛЕЙ ДЛЯ ОЦЕНКИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ НА ПОВЕРХНОСТИ МАТЕРИАЛОВ
2.1 Описание методики определения функции распределения деформации
2.2 Результаты практического применения методики
2.3 Использование методики для построения полей деформаций
2.4 Заключение
ГЛАВА 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛЕЙ КОМПОНЕНТ ТЕНЗОРА ДЕФОРМАЦИЙ И ПОЛЕЙ СМЕЩЕНИЙ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ИЗМЕНЕНИЯ РЕЛЬЕФА ПОВЕРХНОСТИ
3.1 Деформация твердого тела
3.2 Формализм подхода к определению полей смещений и деформаций поверхности материалов

3.3 Особенности реализации подхода к определению полей смещений и деформаций поверхности на основе методов 77 многомерной оптимизации
3.4 Компьютерное моделирование рельефа поверхности, формирующегося вследствие деформирования
3.5 Методы и алгоритмы вычислительной процедуры восстановления полей деформаций и смещений
3.5.1 Использование методов многомерной оптимизации
на основе стохастического подхода
3.5.2 Алгоритм последовательных приближений
3.5.3 Алгоритм, основанный на использовании методов глобальной оптимизации Соболя-Статникова
3.5.4 Вероятностный подход к решению задачи оптимизации
3.6 Моделирование процессов деформирования и тестирование метода восстановления деформаций и смещений
3.7 Заключение
ГЛАВА 4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛЕЙ ДЕФОРМАЦИЙ И СМЕЩЕНИЙ НА ПОВЕРХНОСТИ ПЛАСТИЧЕСКИ ДЕФОРМИРУЕМЫХ
ТВЕРДЫХ ТЕЛ
4Л Построение полей смещений и деформаций на поверхности упруго-деформируемых материалов
4.1.1 Методика эксперимента
4.1.2 Обработка экспериментальных данных
4.1.3 Результаты экспериментов и выводы
4.2 Построение полей смещений по топографическим данным сканирующей зондовой микроскопии
4.3 Обработка данных, полученных с помощью оптикотелевизионных измерительных систем
4.4 Обработка данных, полученных с помощью электронной спекл-интерферометрии
4.5 Заключение
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДОВ
МНОГОМЕРНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ ПРИ РЕШЕНИИ ЗАДАЧИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕОДНОРОДНЫХ ПОЛЕЙ СМЕЩЕНИЙ И
ДЕФОРМАЦИЙ
П1 Характер оптимизируемой функции
П2 Методы поиска глобального минимума

ВВЕДЕНИЕ
Современные исследования процессов деформации структурнонеоднородных материалов выявили ряд новых закономерностей развития пластической деформации в ходе нагружения образцов [5, 28, 40]. Большинство конструкционных материалов, как естественных, так и искусственных по своему происхождению, обладают сложным внутренним строением. В частности, одни из важнейших для промышленности конструкционных материалов - поликристаллические металлы -представляют собой ансамбль сплошносопряженных,
кристаллографически разориентированных компонент (зерна, субзерна, фрагменты), сложным образом взаимодействующих между собой. Такая структурная неоднородность существенным образом влияет на свойства материалов, таких как пластичность и прочность [1, 2]. Неоднородность протекания пластической деформации в микрообластях поликристаллического материала обусловлена неодинаковой способностью отдельных кристаллитов деформироваться в разных направлениях, наличием границ между различно ориентированными кристаллитами (зернами), препятствующими прохождению сдвига от зерна к зерну [39, 42]. Размеры разориентированных кристаллитов много больше характерных размеров микроскопического масштаба, но малы по сравнению с типичными размерами макроскопических структурных элементов. Такой масштаб описания, на котором определяющим становится поведение ансамбля зерен, принято называть мезоскопическим [3-6].
По мере обнаружения новых особенностей появляются новые модели [11, 12, 15, 26] и теории [7-10, 13, 14, 16], объясняющие такое сложное явление, как пластическая деформация, выявляются новые механизмы. Однако, несмотря на продолжающееся в течение последних десятилетий детальное изучение пластической деформации, до сих пор недостаточно ясно сформулированы основные законы, описывающие явления, происходящие в материалах в ходе пластического деформирования.
Эволюция деформированного состояния поверхности структурнонеоднородных материалов в ходе пластической деформации на мезоскопическом масштабном уровне описания представляет собой пример поведения сложной самоорганизующейся эволюционирующей системы [3, 4]. Для исследования поведения такой системы оказывается недостаточно методов, разработанных в рамках существующих подходов. В настоящее время хорошо развиты подходы для двух крайних по масштабу структурных уровней: макроскопического, который является предметом изучения механики деформируемого твердого тела [17-19, 23] и рассматривает материал как бесструктурный континуум, и микроскопического, который оперирует понятиями теории дефектов

экспонированной фотопластинки. Фурье-преобразование используется и для линейной фильтрации зашумленных интерференционных картин.
По шагу полос определяют перемещения. Поточечное сканирование в методе спекл-фотографии позволяет получить компоненту перемещений по любому направлению поверхности объекта. Если спекл-структура интерферирует с плоской опорной волной, то полученная в этом случае спекл -голограмма при двойной экспозиции также несет информацию о деформациях и перемещениях объекта.
При анализе интерференционных полос в методе спекл-фотографии возникают погрешности, связанные с неточностью определения положения плоскости фотопластинки, и с тем, что не во всех ее точках изображение является сфокусированным. Минимально разрешимое
смещение предмета определяется размерами самих спеклов и может быть определено с точностью до 0.1 мкм.
Метод корреляционной спекл-интерферометрии основывается на свойствах преобразования Фурье. Запись изображения предмета в
исходном и смещенном положениях осуществляется на одну
фотопластинку. Коррелирующие между собой участки фотопластинки ведут себя точно так же, как фотопластинка с однократной записью. В результате возникает система интерференционных полос, по шагу которых определяют перемещения. Главные отличия метода спекл-фотографии от метода корреляции спеклов - возможность изменения его чувствительности к величине смещений и отсутствие опорного пучка при фотозаписи.
Достоинством метода спекл - интерферометрии является то, что он позволяет измерять перемещения от нескольких микрометров до нескольких миллиметров. По сравнению с голографической
интерферометрией не требуется очень высокой разрешающей способности регистрирующей среды, так как здесь требуется обеспечить липть разрешение спекл-структуры, а не тонкой структуры, возникающей на голограмме при интерференции предметной и опорной волн. Чувствительность измерения этим методом определяется минимальной величиной перемещения, которая может быть измерена данным объективом и может меняться в пределах 0,1-100 мкм.
К недостаткам метода спекл-интерферометрии нужно отнести сложность интерпретации интерференционных картин, полученных при деформации общего вида и невозможность получения информации одновременно с различных масштабных уровней.
Метод спекл-интерферометрии является более гибким инструментом для измерения смещений, чем голографическая интерферометрия, однако определение полос этим методом дает меньше информации [34, 36, 58].