文 献 综 述

引言

在化工石化行业中，由于工业纯钛的耐蚀性能和可加工变形能力好，质量轻等优点，应用普遍^[2]。充分了解工业纯钛的力学性能是科学地设计、制造和使用钛制承压设备的基础，精确获取工业纯钛焊接接头力学性能对保证钛制设备的安全运行具有重要的意义。焊接残余应力是焊接产生的副作用, 会给焊接结构的力学性能带来负面影响。而从已有的文献可知，目前关于工业纯钛中关于焊接接头拉伸力学行为的研究尚不充分。为了保证钛制承压设备的安全可靠性，对工业纯钛焊接接头拉伸力学行为进行系统的研究，获取基础数据，充分掌握各种失效模式的特征，提出寿命预测方法是必不可少的工作，同时为钛制承压设备基于失效模式的设计方法以及安全评定方法提供重要的理论依据。

工业纯钛是指钛含量不低于98%、含有少量氧、氮、氢、碳、硅和铁等杂质的致密金属钛，其杂质含量的多少决定其强度大小。工业纯钛的密度为4.51g／cm³，熔化温度范围为1640～1671℃，无磁性，导热系数较低。室温下的组织由α相组成(见钛合金相变)，也有少量的β相，β至α相的转变温度为890～920℃。工业纯钛具有密度低、强度高、易于熔焊和钎焊等优点，有优良的冲压工艺性能，对热处理及组织类型不敏感，具有优良的塑性，且强度和硬度很高，其力学性能及化学性能与不锈钢相近，比起钛合金纯钛强度较好，在抗氧化性方面优于奥氏体不锈钢。同时工业纯钛还具有良好的抗腐蚀性能，所以一般用于制造在-253～350℃温度下工作的各种板材零件或锻件，也可制造铆钉线材和管材，也多用于化学工业、石油工业等。在化工行业中，钛材运用到了换热设备、化纤设备、尿素设备、汽轮机叶片、排烟脱硫设备、燃料电池等装置中^[3]-[8]。

数字图像相关^[9]-[10](DIC,Digital Image Correlation )测量技术是应用计算机视觉技术的一种图像测量方法，是一种非接触的测量手段，可以用于物体全场形状、变形、运动的测量。它是现代先进光电技术、图像处理与识别技术与计算机技术相结合的产物，是现代光测力学领域的又一新进展。它需要预先在试样表面制作的随机分布的人工散斑场，并将其作为变形信息的载体，通过计算散斑场的相关系数来完成材料或者结构表面的全场位移和应变分析，是一种新型的实验力学方法。利用DIC测量技术可获得被测物体表面的全场应变，这对于结构件在载荷作用下力学响应分析十分重要，同时也为复杂问题的有限元模拟提供了实验验证，这对于提高结构件有限元模拟的精度和可靠性有非常重要的价值。

数字图像相关方法的硬件系统主要包括: 摄像机、光学镜头、图像采集卡、计算机和相应图像存储介质，其中摄像机主要使用的两种光电感应器为CCD( Charge-coupled Device) 和 CMOS( Complemen-tary Metal Oxide Semiconductor)^[11]

一．国内研究现状

目前，数字图像相关技术应用于焊接接头的研究主要可分为三类：1）焊接接头单轴拉伸测量用于研究本构行为；2）焊接接头裂纹应变场分析用以研究断裂行为；3）焊接热变形场分析用以研究接头的残余应力演变等。数字图像相关技术对测量环境的要求低，测量系统易于实现，测量分辨率和范围可以方便地调整来满足多尺度和多种场合的变形场测量，针对不同材料力学性能和实验目的，研究人员提出的基于3D DIC 的多种创新性实验方法均体现了研究意义，同时通过和其他测量装置结果的比较，证明了3D DIC 在不同材料静载力学性能测量中具有良好的精确性。

桂良进、高付海^[12]等人进行了数字图像相关技术的试验，将DIC方法利用在双相钢的单向拉伸断裂失效的研究上，详细分析研究了试样的拉伸断裂过程，捕捉了其分散性失稳和集中性失稳的发生时刻，得到了颈缩时刻的横向应变分布。刘宝探^[13]等人利用数字散斑相关法研究了铝和铜裂纹尖端损伤区内应变场的测量。

陈亚军等人^[14]研究三维数字图像相关技术(3D DIC)在材料形变研究中的应用进展时发现三维数字图像相关技术( 3D DIC) 由于其非接触 、全场化的测量方式，与其他光测方法相比，具有自动化、光路简单、普适性及抗干扰能力强等优点，广泛应用于多领域多种材料的力学性能测试中，但在应用过程中会出现测量精确性不确定、高温实验测量误差大、大曲率物体可测面积有限等问题。综述了 3D DIC 在不同种类材料常规力学实验中的应用，通过对比分析 3D DIC、传统引伸计测量结果及有限元模拟结果，验证该技术精确性; 由于高温和大变形测量中 3D DIC 的应用是目前的研究热点和难点，故重点介绍了高温散斑制备和多相机 DIC 等最新技术进展; 指出在散斑对测量精度响、微应变尺度测量、环境因素对测量效果干扰以及在军事材料和生物医学领域应用等方面还需对 3D DIC 进一步研究。