正文
實驗應(yīng)力分析方法的一種。此法是用一種特殊的涂料涂在工程構(gòu)件或模型表面結(jié)成脆性層，加載后根據(jù)涂層的裂紋確定主應(yīng)力方向和估計主應(yīng)力大小的一種全場實驗方法。當(dāng)此構(gòu)件由于加載而產(chǎn)生的應(yīng)變在某點達到一定的臨界值時，該點的涂層就出現(xiàn)一條和主應(yīng)力方向垂直的裂紋。把同一載荷下所有裂紋的端點連接起來，連接線上各點具有相等的應(yīng)力值，稱為等應(yīng)力線。通過逐級加載，可得到幾乎遍布整個涂層表面的裂紋圖，和對應(yīng)于不同載荷的等應(yīng)力線。
在生產(chǎn)實踐中，人們早就發(fā)現(xiàn)在熱軋鋼構(gòu)件表面的氧化層上，凡出現(xiàn)裂紋或剝落的地方，就是材料已進入塑性狀態(tài)的區(qū)域。后來，人們在某些構(gòu)件上涂了石灰水，不僅顯示出塑性區(qū)，還能增加裂紋的清晰度，這就是用脆性涂層測定應(yīng)力的開端。1932年，德國O.迪特里希和E.萊爾首次提出脆性涂層法，用以指示彈性應(yīng)變。1937年，G.埃利斯制成一種可用來指示彈性應(yīng)力分布的脆性涂料，使這種方法得到廣泛的應(yīng)用。
脆性涂料?
主要有樹脂型和陶瓷型兩種。樹脂型? 由樹脂、溶劑和增塑劑組成，應(yīng)用較廣。通過增減增塑劑的含量，可改變涂層的靈敏度，以適應(yīng)不同溫度、濕度等試驗條件。這種涂層一般在500～700微應(yīng)變時開裂，但可根據(jù)試驗的要求，采用特殊的處理技術(shù)，使開裂的應(yīng)變提高到1500微應(yīng)變以上，或降低到100 微應(yīng)變以下。這類涂料，雖已達到無臭味、不易燃、毒性低和濕度影響小的要求，但它的靈敏度仍明顯地受到溫度的影響。因此，不僅應(yīng)根據(jù)試驗時的溫度、濕度條件選擇具有不同靈敏度的涂料，而且在試驗時應(yīng)使溫度、濕度盡可能保持穩(wěn)定。這種涂料涂到構(gòu)件上后，須在室溫條件下養(yǎng)護24小時，或在比試驗時溫度高3～6℃的烘箱中養(yǎng)護12～16小時，達到完全干燥而結(jié)成脆性層。這類涂料只能在試驗溫度低于38℃時應(yīng)用。
陶瓷型? 主要原料是懸浮在揮發(fā)性載體中的瓷粉，它的靈敏度比較穩(wěn)定，在油、水等介質(zhì)中進行試驗時，也不降低。在高達370℃的試驗溫度下，仍可應(yīng)用，因而試驗精度較高。這種涂料涂在構(gòu)件上，在空氣中干燥而成為松軟的粉末，在510～595℃的高溫下焙燒到完全融熔，冷卻后就凝聚成脆性層。
應(yīng)用?
構(gòu)件在試驗前，表面應(yīng)先拋光，除凈油污、鐵銹和漆皮，然后噴上一層鋁粉漆，以提高裂紋清晰度，待底漆干燥后，即可噴涂脆性涂料。涂層應(yīng)厚薄均勻，厚度一般為0.15毫米左右。涂料經(jīng)養(yǎng)護處理結(jié)成脆性層后，即可對構(gòu)件進行加載試驗。一般采用逐級加載法，每次加載后，將所有裂紋的端點勾畫出來，標(biāo)上所對應(yīng)的載荷或代號，直到整個涂層表面布滿裂紋，或最高應(yīng)力區(qū)將進入塑性狀態(tài)時為止。若無法進行逐級加載，可在構(gòu)件的幾個對稱部分上，或在幾個完全相同的構(gòu)件上，涂以不同靈敏度的涂料，在完全相同的條件下進行試驗，以獲得對應(yīng)于不同靈敏度的裂紋圖和等應(yīng)力線。有時還可在涂層表面涂上染色劑，或利用靜電技術(shù)以增加裂紋清晰度。進行定量分析時，須對涂層進行標(biāo)定。通常在試驗的同時，對特制的標(biāo)定梁（用和構(gòu)件相同的材料制成，和構(gòu)件同時噴上涂料，并在相同的條件下進行處理）施加某固定的載荷，或使構(gòu)件產(chǎn)生一定的撓度，測出涂層開裂的應(yīng)變ε*。
構(gòu)件中的主應(yīng)力通常按下式計算：
,
式中σi為第i條等應(yīng)力線上各點的主應(yīng)力；Pi為第i條等應(yīng)力線所對應(yīng)的載荷；P為構(gòu)件實際應(yīng)受的載荷；E為構(gòu)件材料的彈性模量；ε*為涂層開裂的應(yīng)變。
脆性涂層法可直接用于測試各種材料制成的工程構(gòu)件，既可以在實驗室內(nèi)，也可以在現(xiàn)場進行試驗。對于確定最大應(yīng)力區(qū)和主應(yīng)力方向，此法顯得特別方便和有效。在嚴(yán)格控制溫度、濕度的實驗室條件下，對零件在靜態(tài)載荷、動態(tài)載荷或沖擊載荷作用下的應(yīng)力分布進行定量測定，也能達到工程設(shè)計所要求的精度。此外，還可用此法測量殘余應(yīng)力。
試驗時溫度、濕度的變化以及加載時間和歷程等因素，對樹脂型脆性涂層的靈敏度有明顯的影響，因而測量精度也必然受到影響。陶瓷型脆性涂層雖有較高的測量精度，但因焙燒溫度太高，應(yīng)用范圍受到一定的限制。另一方面，計算應(yīng)力的常用公式只在單向應(yīng)力狀態(tài)時才是準(zhǔn)確的，在雙向應(yīng)力場中會有一定的誤差。因此，脆性涂層法主要用于定性分析，并作為電阻應(yīng)變計測量技術(shù)的輔助方法，即用它測出最大應(yīng)力區(qū)和主應(yīng)力方向，以便確定測量的重點區(qū)域和粘貼應(yīng)變計的方向，從而節(jié)約大量應(yīng)變計和測量時間。如果把此法廣泛用于定量分析，還須研制靈敏度更加穩(wěn)定的脆性涂料和探討涂層在雙向應(yīng)力作用下的開裂理論和計算公式。
參考書目
A. J. Durclli， E. A. Philips and C. H. Tsao，Introduction to the Theoretical and Experimental Analysis of Stressand Strain, McGraw-Hill,New York,1958.
