發(fā)光光彈性涂層方法研究.pdf

1、發(fā)光光彈性涂層（Luminescentphotoelasticcoating，LPC）方法是近年來基于分子發(fā)光原理和傳統(tǒng)的光彈性理論相結(jié)合，新提出的一種能夠用于測量二維以及三維構(gòu)件表面全場面內(nèi)應(yīng)變/應(yīng)力分布的實(shí)驗(yàn)測試技術(shù)。該方法克服了傳統(tǒng)光彈性貼片法應(yīng)用過程中所存在的費(fèi)時(shí)（需要預(yù)先制作貼片）、基底加強(qiáng)效應(yīng)、復(fù)雜的后期數(shù)據(jù)處理（需要多條紋計(jì)數(shù)和位相去包裹）等諸多問題。目前，國內(nèi)其他的科研院所在這方面的研究鮮見報(bào)道，我校也尚處于研究的起步階

2、段。本文針對(duì)LPC方法實(shí)際應(yīng)用中已有的兩種涂層結(jié)構(gòu)（由只含有熒光染料的發(fā)光底層和光彈性外層組成的雙涂層結(jié)構(gòu);光彈性涂層內(nèi)既含有發(fā)光染料又含有吸收染料的單涂層結(jié)構(gòu)）信號(hào)強(qiáng)度小、信噪比低的局限性，首次提出了在LPC方法中，采用只含有發(fā)光染料的新的單涂層結(jié)構(gòu)，通過增大涂層發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度的方法，提高信噪比。并以環(huán)氧樹脂為光彈性材料，鄰苯二甲酸二丁脂為增塑劑，二乙烯三胺為固化劑，羅丹明B為熒光染料制作的新的單涂層結(jié)構(gòu)開展了如下方面的主要工作:

3、>　　 新單涂層結(jié)構(gòu)的理論分析及強(qiáng)度提高實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證:根據(jù)光彈性理論以及光致發(fā)光原理，推導(dǎo)了平面應(yīng)力狀態(tài)下新單涂層結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度公式。通過制作新、舊兩種不同結(jié)構(gòu)LPC，以465nm為激發(fā)波長，在CaryEclipse型熒光分光光度計(jì)上對(duì)這兩種涂層的熒光光譜進(jìn)行測試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了新涂層結(jié)構(gòu)在提高測量信號(hào)強(qiáng)度方面的有效性。另外，通過制作具有相同厚度、但發(fā)光染料配比不同的新單涂層結(jié)構(gòu)LPC，熒光光譜的測量結(jié)果表明:測量信號(hào)的強(qiáng)度提高還與涂層中發(fā)光

4、染料配比的合理確定（考慮濃度效應(yīng)）、熒光信號(hào)發(fā)射波長的選擇有直接關(guān)系。
　　 基于建立厚度——強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)曲線測量LPC厚度的理論研究及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證:為了修正采用噴涂或刷涂方法制作涂層時(shí)，構(gòu)件表面LPC厚度分布的不均勻性對(duì)應(yīng)變測量結(jié)果的影響，首次提出基于建立厚度與強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)曲線的LPC厚度測量方法。具體步驟:(1)制作一系列具有相同厚度，但染料配比不同的LPC，并以465nm為激發(fā)波長，在CaryEclipse型熒光分光光度計(jì)上進(jìn)行熒光光

5、譜測試，確定LPC熒光信號(hào)強(qiáng)度I與其厚度h之間滿足近似線性關(guān)系時(shí)的染料最大配比;(2)在實(shí)驗(yàn)確定的染料最大配比前提下，制作一系列具有相同染料配比，但厚度不同的標(biāo)準(zhǔn)涂層，通過最小二乘擬合建立I與h之間線性關(guān)系標(biāo)準(zhǔn)曲線（線性相關(guān)系數(shù)大于0.999）。
　　 基于光學(xué)菲涅爾響應(yīng)測量LPC折射率的理論研究及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證:通過對(duì)LPC受斜入射光波激發(fā)時(shí)，發(fā)射光波沿入射光波原路徑返回振幅變化的理論分析，提出一種基于LPC光學(xué)菲涅爾響應(yīng)的折射率在

6、線測量方法。實(shí)驗(yàn)測量了LPC在入射角為60°、波長為465nm光波激發(fā)下的涂層折射率。測量結(jié)果表明:新的折射率測量方法是可行的，對(duì)于其他用途的發(fā)光涂層折射率測量同樣適用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為LPC方法采用斜射法應(yīng)變分離時(shí)，與涂層應(yīng)變無關(guān)的光學(xué)菲涅爾響應(yīng)值的計(jì)算奠定了基礎(chǔ)。
　　 斜射法應(yīng)變分離提取應(yīng)變相關(guān)光學(xué)響應(yīng)的方法研究:為了獲得兩個(gè)單獨(dú)的主應(yīng)變值，提出LPC方法中采用激發(fā)光波斜入射的主應(yīng)變分離方法?？紤]到激發(fā)光波斜入射時(shí)，由于折射光與