基於分子發光原理的光彈性塗層測量方法

《基於分子發光原理的光彈性塗層測量方法》是依託江蘇大學，由花世群擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於分子發光原理的光彈性塗層測量方法
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：花世群
• 依託單位：江蘇大學

項目摘要

為有效解決光彈性貼片法在實驗應力分析中存在的費時（需要預先製作貼片）、基底加強效應和複雜的數據處理過程（需要多條紋計數和位相去包裹）等實際問題，本項目提出在塗層構成中添加選定螢光染料，並套用噴塗與紫外固化設備直接在測試構件表面製作發光光彈性塗層的新的測試理論和實驗技術。本課題研究主要涉及：螢光染料篩選及其在塗層中的配比、螢光信號中的應變（應力）信息提取、塗層厚度的螢光測試技術、新的應變（應力）分離方法；另外，為降低塗層中的螢光材料顆粒所產生的光散射影響，還對採用核殼結構的螢光納米粒子取代螢光材料顆粒的可行性進行一些初步研究。本項目研究涉及力學、光學、材料、計算機和圖像處理等多個學科的相互交叉和滲透，在基本理論和實驗技術的套用方面吸收和借鑑了多個學科的最新研究成果。本項目無論是在理論上，還是在技術上都具有原創性，項目的實施具有重要的理論意義和工程套用價值。

結題摘要

本項目針對發光光彈性塗層方法實際套用中已有的兩種塗層結構（由含有螢光染料的發光底層和光彈性外層組成的雙塗層結構；光彈性塗層內既含有發光染料又含有吸收染料的單塗層結構）信號強度小、信噪比低的局限性，首次提出了在發光光彈性塗層方法中，採用只含有發光染料的新的單塗層結構。並主要以環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為螢光染料製作的新的單塗層結構開展了如下方面的工作：(1) 基於光彈性理論以及光致發光原理，完成了對平面應力狀態下新單塗層結構的理論研究，並以徑向壓縮圓盤為例進行了初步的實驗驗證；(2) 通過製作新、舊兩種不同結構的發光光彈性塗層，在Cary Eclipse型螢光分光光度計上對兩種結構塗層進行螢光光譜測試。實驗驗證了新塗層結構在提高測量信號強度方面的有效性；(3) 通過製作厚度相同、但發光染料配比不同的新單塗層結構發光光彈性塗層，實驗研究了新單塗層結構發光光彈性塗層中發光染料的配比及塗層套用時發射波長的選擇對測量結果的影響；(4) 為了修正採用噴塗或刷塗方法直接在測量構件表面製作塗層時，構件表面發光光彈性塗層厚度分布的不均勻性對測量結果的影響，提出基於建立厚度與強度標準曲線的全場、實時厚度測量方法，並且進行了實驗驗證；(5) 提出一種基於發光光彈性塗層光學菲涅爾回響的折射率測量方法，實驗結果為發光光彈性塗層方法採用斜射法應變分離時，為了從耦合的總光學回響中獲取只與塗層應變相關的光學回響，以便套用於主應變分離奠定了基礎；(6) 對新發光光彈性塗層結構在激發光波斜入射時，塗層應變相關光學回響的提取及主應變分離方法進行了理論研究，並通過對信噪比的理論分析，確定了新塗層結構斜入射應變分離時的最優入射角。同時對新發光光彈性塗層結構採用斜入射應變分離時，為消除塗層總光學回響中應變無關的光學菲涅爾回響，以便簡化應變分離步驟，首次提出了小入射角的主應變分離方法，並對其可行性進行了理論分析。