关于脆性涂层法介绍

[拼音]：cuixing tucengfa

[外文]：brittle-coating method

实验应力分析方法的一种。此法是用一种特殊的涂料涂在工程构件或模型表面结成脆性层，加载后根据涂层的裂纹确定主应力方向和估计主应力大小的一种全场实验方法。当此构件由于加载而产生的应变在某点达到一定的临界值时，该点的涂层就出现一条和主应力方向垂直的裂纹。把同一载荷下所有裂纹的端点连接起来，连接线上各点具有相等的应力值，称为等应力线。通过逐级加载，可得到几乎遍布整个涂层表面的裂纹图，和对应于不同载荷的等应力线。

在生产实践中，人们早就发现在热轧钢构件表面的氧化层上，凡出现裂纹或剥落的地方，就是材料已进入塑性状态的区域。后来，人们在某些构件上涂了石灰水，不仅显示出塑性区，还能增加裂纹的清晰度，这就是用脆性涂层测定应力的开端。1932年，德国O.迪特里希和E.莱尔首次提出脆性涂层法，用以指示d性应变。1937年，G.埃利斯制成一种可用来指示d性应力分布的脆性涂料，使这种方法得到广泛的应用。

脆性涂料

主要有树脂型和陶瓷型两种。

由树脂、溶剂和增塑剂组成，应用较广。通过增减增塑剂的含量，可改变涂层的灵敏度，以适应不同温度、湿度等试验条件。这种涂层一般在500～700微应变时开裂，但可根据试验的要求，采用特殊的处理技术，使开裂的应变提高到1500微应变以上，或降低到100 微应变以下。这类涂料，虽已达到无臭味、不易燃、毒性低和湿度影响小的要求，但它的灵敏度仍明显地受到温度的影响。因此，不仅应根据试验时的温度、湿度条件选择具有不同灵敏度的涂料，而且在试验时应使温度、湿度尽可能保持稳定。这种涂料涂到构件上后，须在室温条件下养护24小时，或在比试验时温度高3～6℃的烘箱中养护12～16小时，达到完全干燥而结成脆性层。这类涂料只能在试验温度低于38℃时应用。

主要原料是悬浮在挥发性载体中的瓷粉，它的灵敏度比较稳定，在油、水等介质中进行试验时，也不降低。在高达370℃的试验温度下，仍可应用，因而试验精度较高。这种涂料涂在构件上，在空气中干燥而成为松软的粉末，在510～595℃的高温下焙烧到完全融熔，冷却后就凝聚成脆性层。

应用

构件在试验前，表面应先抛光，除净油污、铁锈和漆皮，然后喷上一层铝粉漆，以提高裂纹清晰度，待底漆干燥后，即可喷涂脆性涂料。涂层应厚薄均匀，厚度一般为0.15毫米左右。涂料经养护处理结成脆性层后，即可对构件进行加载试验。一般采用逐级加载法，每次加载后，将所有裂纹的端点勾画出来，标上所对应的载荷或代号，直到整个涂层表面布满裂纹，或最高应力区将进入塑性状态时为止。若无法进行逐级加载，可在构件的几个对称部分上，或在几个完全相同的构件上，涂以不同灵敏度的涂料，在完全相同的条件下进行试验，以获得对应于不同灵敏度的裂纹图和等应力线。有时还可在涂层表面涂上染色剂，或利用静电技术以增加裂纹清晰度。

进行定量分析时，须对涂层进行标定。通常在试验的同时，对特制的标定梁（用和构件相同的材料制成，和构件同时喷上涂料，并在相同的条件下进行处理）施加某固定的载荷，或使构件产生一定的挠度，测出涂层开裂的应变ε*。

构件中的主应力通常按下式计算：

，

式中σi为第i条等应力线上各点的主应力；Pi为第i条等应力线所对应的载荷；P为构件实际应受的载荷；E为构件材料的d性模量；ε*为涂层开裂的应变。

脆性涂层法可直接用于测试各种材料制成的工程构件，既可以在实验室内，也可以在现场进行试验。对于确定最大应力区和主应力方向，此法显得特别方便和有效。在严格控制温度、湿度的实验室条件下，对零件在静态载荷、动态载荷或冲击载荷作用下的应力分布进行定量测定，也能达到工程设计所要求的精度。此外，还可用此法测量残余应力。

试验时温度、湿度的变化以及加载时间和历程等因素，对树脂型脆性涂层的灵敏度有明显的影响，因而测量精度也必然受到影响。陶瓷型脆性涂层虽有较高的测量精度，但因焙烧温度太高，应用范围受到一定的限制。另一方面，计算应力的常用公式只在单向应力状态时才是准确的，在双向应力场中会有一定的误差。因此，脆性涂层法主要用于定性分析，并作为电阻应变计测量技术的辅助方法，即用它测出最大应力区和主应力方向，以便确定测量的重点区域和粘贴应变计的方向，从而节约大量应变计和测量时间。如果把此法广泛用于定量分析，还须研制灵敏度更加稳定的脆性涂料和探讨涂层在双向应力作用下的开裂理论和计算公式。

参考书目

1. 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.