超导磁体结构材料的声发射

研究了常用的超导磁体结构材料在不同温区、不同形变阶段下的机械性能以及相应的声发射特性.1Cr18Ni9Ti不锈钢在LN_2温区、循环载荷下呈现明显的Kaiser效应.这为用声发射监视超导磁体的运行行为提供了可参考的数据.对实验结果进行了解释.     

单轴压缩条件下岩石样品声发射信号的频谱分析

本文对单轴压缩条件下大理岩和辉长岩样品变形过程中的声发射信号进行了频谱分析,分析的范围从25—387kHz。应用高速数字化数据采集系统记录了岩石变形各阶段产生的声发射波形。对32个声发射信号进行了快速傅里叶变换处理(FFT),得到它们的振幅谱。比较了不同种类岩石的频谱以及频谱随应力的变化,找出了声发射信号的频谱分布范围。本文选取声发射信号振幅谱的主频f_Amax,峰个数n和单个声发射释放的能量IE三个参量对岩石声发射振幅谱作了统计分析,主要结果如下:(1)在岩石样品表面探测到的声发射信号包含多种频谱成份,并且频谱具有谐波特性。对本实验所使用的岩石样品尺度(直径2.5—5cm;长度5—10cm的圆柱形),声发射的主要能量分布在40—110kHz的频率范围内。(2)大理岩和辉长岩的主频分布没有明显的差异,但与样品大小有关。(3)岩石样品声发射频谱随压力的变化具有随机性质,没有显著的随应力增加而增大或减小的现象。     

实用NbTi/Cu超导股线、绞线拉伸及疲劳性能研究

对NbTi/Cu超导股线、绞线开展了一系列常温力学特性实验研究,包括准静态加卸载、芯丝裂纹扩展及轴向疲劳。实验发现:超导股线加载过程具有明显的阶段性,经过初始加卸载循环"锻炼"后,残余应变不随卸载应力增加而增加;疲劳前期芯丝内部无裂纹,疲劳后期裂纹呈指数型增长直至最终破坏;绞线杨氏模量、疲劳寿命均与扭转节距有关。疲劳过程中,采用循环周期内耗散能定性评估材料内部损伤程度。     

基于八面体理论的岩石循环加-卸载本构模型及修正

探究岩石的受力特点及破坏特性是研究岩石地下工程安全性的关键,诸多学者都期望能在岩石本构模型的研究上取得突破性进展。在此背景下,提出了一种能够描述循环加-卸载条件下岩石的本构模型。首先,假设岩石的微元强度服从八面体剪应力理论并且微元破坏服从Weibull概率公式,将岩石本构中的损伤变量以及岩石微元强度表达式里包含的损伤因子进行本构变换,得到关于应力、应变等其他表现加-卸载下岩石损伤本构模型的参数,表示出岩石微元强度和损伤变量,再将得到的岩石微元强度和损伤变量代入所提出的岩石本构模型中,并进行等式变换得到一个函数表达式。通过将其与实验数据进行拟合对比分析,得出修正后的拟合参数,将其代入函数式中,得到损伤本构模型的修正式。最后将拟合参数进行必要的敏感性分析,得出各拟合参数的实际物理意义。     

LHP圆盘式蒸发器的强度分析与启动预热分析

本文设计了一种用于回路热管(LHP:loop heat pipe)的圆盘式蒸发器,并利用ANSYS仿真软件创建三维模型,对其进行了受力分析,结果显示应力和应变分布均匀,没有明显的应力、应变集中现象发生;另外,利用FLUENT软件对蒸发器启动预热阶段进行了瞬态热分析,得到了其温度分布,结果表明,本蒸发器可以有效地降低背向导热现象,这对以后实验工作有重要的指导意义.     

纳米混凝土声发射特性分析及其力学参数与声发射参数关系的研究

本文对不同二氧化硅掺量的纳米混凝土进行单轴压缩声发射试验。试验结果表明:当二氧化硅掺入量不超过3%时,纳米混凝土的声发射活性随着二氧化硅掺入量的增加而明显增强。从时间角度出发,在以时间参数作为中间变量的基础上推导出声发射能量累计数与应变的耦合关系。利用基于weibull分布的混凝土损伤本构模型,进一步推导出声发射累计数与应力以及损伤之间的耦合关系。结果表明理论曲线和试验数据结果吻合程度较好。     

NiTi合金中应力诱导的I/C相变及其界面动力学的研究

在改装了的拉力试验机上,以不同的拉伸速率ε(0.79—18×10^-5s^-1)进行加、卸载试验,并用中间扭摆和四端电位法同时测量了Ni-49at％Ti合金丝在应力诱导I/C相变过程的内耗Q^-1、模量M/M₀、电阻率ρ/ρ₀和应力-应变曲线。研究了应力循环和应变速率的影响。在Q^-1-ε曲线上出现Q^-1峰,而在f²-ε曲线上出现与之相对应的模量极小。内耗峰的高度Q_p^-1和模量亏损值均随ε增大而增大。根据界面动力学模型和内耗的实验数据,计算得应力诱导I/C相变过程界面的动力学关系为V=V^*(△G—△G_R)^m,V^*和m为动力学参数,△G_R为相变过程中运动相界面所受的阻力,计算得△G_R≈1cal/mol。讨论了内耗和模量亏损、软模效应之间的关系。 关键词：     

磁驱动飞片加载下纯铁的冲击相变和层裂特性

使用磁驱动装置CQ-4发射紫铜飞片对纯铁样品进行一维平面应变加载,采用高精度激光位移干涉仪(DPS)记录飞片和样品的自由面速度历史。结果显示,当纯铁样品在加、卸载过程中有αε相变发生时,样品的层裂强度达到3.4GPa,比已报道的未发生相变的纯铁的层裂强度(1.2~1.9GPa)有明显提高,其原因可能是纯铁材料在经历αε可逆相变时,内部晶格产生了大量的位错。通过分析样品的自由面速度历史,判断出样品发生了自由面浅表层裂现象。在对飞片和样品中的应力波系进行分析时,若只考虑塑性波和相变波在界面的反射稀疏波与飞片传入样品靶中的稀疏波之间的相互作用,将无法解释实验观测到的自由面浅表层裂现象,因此该现象可能与纯铁样品在逆相变过程中产生稀疏冲击波有关。     

高强混凝土单轴压缩声发射频率特征试验研究

为研究高强混凝土破裂前声发射信号的频率特征,对C60、C70、C80高强混凝土试件进行单轴压缩下的高、低频双通道声发射试验,得到破裂过程的力学参数和声发射参数,探求高强混凝土不同加载阶段声发射信号频率的分布特征。研究表明,三种高强混凝土在峰值应力前,高、低频通道声发射信号均集中在特定的频段内;临近峰值应力时,高、低频通道的声发射信号频率向低频段移动,同时优势频段内的频率趋于分散,这可作为预测高强混凝土破坏的前兆信息。     

基于力磁耦合效应的铁磁材料修正磁化模型

Jiles-Atherton (J-A)模型和Zheng Xiao-Jing-Liu Xing-En (Z-L)模型在分析应力对铁磁材料磁化的影响方面应用十分广泛.目前, J-A模型中的磁致伸缩应变与应力和磁化强度的关系式采用Jiles给出的经典拟合公式,该拟合公式中磁化强度的二次项和四次项系数与应力均为线性关系,不能准确描述铁磁材料磁致伸缩系数随应力、磁化强度的非线性变化规律; Z-L模型中磁致伸缩应变与应力和磁化强度的关系式采用了双曲正切函数tanh(x),更好地描述了铁磁材料磁致伸缩应变和磁化强度随应力的非线性变化规律,但Z-L模型却没有考虑Weiss分子场、钉扎效应的作用,且由于采用了基于弹性能的接近定理,只能描述弹性应力对磁化过程的影响.针对上述问题,本文结合Z-L模型中的非线性磁致伸缩应变关系式以及J-A模型中的磁滞理论,考虑弹性应力、塑性变形对模型参数的影响,建立了能够反映弹-塑性阶段应力与塑性变形对铁磁材料磁化曲线影响的修正磁化模型,分析了弹性拉、压应力及塑性拉、压变形对磁化曲线、矫顽力和剩余磁化强度的影响规律.通过与试验结果及原有模型的计算结果进行对比,发现修正模型能够更好地反映单次磁化、循环磁化过程中应力、塑性变形对磁化曲线的影响规律,理论预测结果与试验结果之间的相关系数均在0.98以上,可为分析力磁耦合效应对铁磁材料磁化影响规律提供更准确的理论模型.     

不同浓度的尾砂胶结充填体破坏过程 声发射特性试验研究*

制备了3种不同质量浓度的充填体试件，进行了单轴压缩声发射试验，分析了不同浓度的充填体力学特性，重点研究了试件破坏过程中的声发射振铃计数、声发射累计撞击数与声发射累计能量的比值(r值)、主频及其相对高频信号激增响应系数特征。研究表明：随着浓度的增加，充填体的峰值强度与弹性模量呈增大趋势，充填体中出现的声发射累计振铃计数越多；r值先升高再持续减小到一个较低值，随着外载荷的增加，进入缓慢升高阶段，峰值前均保持在该阶段。充填体破裂前兆信息在声发射信号主频分布中呈现主频段增多现象，表现为由加载初期的1~2个主频段，在临界主破裂时增多到3~5个主频段；且随着浓度的增加，声发射信号主频频段分布越宽，声发射相对高频信号(160~180 kHz)的激增响应系数呈递减趋势。以上特征可为不同浓度的尾砂胶结充填体稳定性监测、预测提供依据。     

无机玻璃动态压缩破坏的离散元模拟

利用离散元软件PFC~(2D)(Particle Flow Code)建立了分离式霍普金森压杆(SHPB)系统,模拟了无机玻璃圆柱和圆盘试件在冲击压缩下的动态力学行为和失效破坏模式。结果表明:无机玻璃作为典型的脆性材料,其抗压强度具有明显的应变率效应,而杨氏模量则对应变率不敏感;无机玻璃圆柱的破坏过程受纵向压力、端面摩擦力以及横向惯性力的影响,初期微裂纹呈三角状分布,随着纵向应力水平的提高,出现明显的泊松效应,产生横向张应力,致使微裂纹沿纵向扩展,最终试件发生沿轴向的劈裂断裂;摩擦系数和泊松比对试件破坏模式及强度有一定影响。将建立的SHPB数值实验平台用于模拟无机玻璃巴西圆盘试验,揭示了圆盘发生中心开裂的拉伸特征及拉伸强度的应变率相关性。     

金属点蚀过程声发射源机制研究

研究了腐蚀特别是点蚀过程产生应力波,即声发射(ＡＥ)的源机制,估算了单个钝化膜破裂所产生的薄板表面位移量级,并用实验进行了论证。作者提出,利用板波声发射理论加上参数识别方法,可将腐蚀过程产生的声发射信号同背景噪声相区别。     

基于光纤光栅的冲击激励声发射响应机理与定位方法研究

在对冲击激励声发射应力波在铝合金板上的传播机理进行分析的基础上,利用ABAQUS软件构建了钢球冲击铝合金板几何模型,仿真分析了冲击应力波传播过程.理论分析了冲击应力波与FBG传感器的作用机理,基于边缘滤波原理构建了声发射传感系统,采集冲击激励声发射应力波,建立了声发射区域定位模型,提出了基于扩散映射与支持向量机(SVM)的声发射区域定位方法并进行了实验验证.在300 mm×300 mm×2 mm的铝合金板上对36个测试区域进行了多次声发射区域定位实验,实验结果表明,扩散映射结合SVM的定位结果较优,区域定位精度为30 mm×30 mm,定位正确率为97.5%,耗时0.781 s.研究结果为声发射区域定位检测提供了一种有效方法.     

基于有限元模拟的超声应力系数标定及分析*

应力系数的标定作为超声应力检测最为关键的环节,直接决定应力检测结果的准确性。传统的应力系数试验标定对于被测物的表面粗糙度、耦合剂厚度、声匹配块与被测物接触力等因素十分敏感,但缺少基本参照值。基于COMSOL建立多物理场耦合的超声应力检测模型,施加不同的拉伸载荷,计算临界折射纵波到达时间与不同应力值之间的关系,模拟标定45#钢的超声应力系数为13.7MPa/ns。单轴水平拉伸试验标定的45#钢应力系数为16.5MPa/ns。结果表明,通过两种方法标定的应力系数较为接近,试验标定的应力系数偏大,这是由于有限元方法能够消除试验过程中各种不确定因素对声时精确测量所造成的影响,能够更加纯粹的反映材料的声弹性效应,因此具有作为基础数据的参考价值。有限元方法作为传统试验方法的补充,可以减小试验标定数据的离散性,提高超声应力检测结果的可信度。     

动态应变场下相移光栅光谱特性及实验研究

光纤传感技术以其抗电磁干扰、高精度、易组网等优势在航空航天及地下工程领域的声发射传感中得到了广泛应用。针对光纤光栅声发射监测系统,目前研究侧重于均匀光纤光栅的动态应变场传感特性,基于相移光纤光栅(phase-shifted fiber Bragg grating, PS-FBG)这一新型光纤光栅器件,重点研究声发射激励产生的动态应变场下相移光纤光栅的光谱特性变化规律。首先利用传输矩阵理论,建立PS-FBG的动态应变传感模型,利用指数衰减的余弦函数模拟声发射激励产生的动态应变场。通过数值仿真,详细研究PS-FBG光谱对动态应变场幅度、采样时刻、衰减系数、声发射频率及波长的响应特性。结果表明,PS-FBG反射谱形状随声发射频率与采样时刻呈现周期性变化,具体表现为透射窗口所对波长产生周期性漂移,而带宽变化不明显;随着动态应变场幅值越大,PS-FBG反射谱的谐振峰向两侧逐渐增多,透射窗口所对波长漂移很小;一定范围内衰减系数对PS-FBG光谱影响较大;而当声发射波长为0.1～2 L时,对PS-FBG光谱产生较大影响,此时光谱畸变较严重,在此范围外,光谱形状不发生明显变化。最后,搭建连续信号激励下的动态应变场实验平台,分析不同幅度a与频率f变化下PS-FBG的光谱特性,实验结果与仿真结果较好吻合。表明PS-FBG光谱对不同声发射激励产生的动态应变场响应不同,呈现一定规律性,该研究为基于相移光纤光栅传感技术的声发射传感提供理论指导。     

金属恒温塑性力学过程的热力学研究

由于弹性学的热力学函数不能对塑性学推广,本文用以位错为基础的热力学函数反映了塑性现象的位错实质,并以此热力学函数建立了金属恒温弹塑性力学过程的热力学基本方程,即赫姆霍兹自由能变化dF_T的熵产生表达、耗散表达及熵产生与耗散之间的关系;对于恒温弹塑性应力-应变循环,证明了无论它是否为热力学循环,循环功都是正塑性功,加载功常大于卸载功;对于热力学循环,塑性功全部耗散;对于非热力学循环,因自由能永动机不存在,塑性功未全部耗散.本文理论很可能为金属塑性力学过程研究提供一个不可逆过程热力学基础.     

粉末高速压制成形过程中的应力波分析

应用离散单元法,模拟了粉末高速压制成形过程中的压力传播过程.根据粉末高速压制成形的工艺特性,把一次压制过程分为弹性加载、塑性变形、弹性卸载三个阶段;基于离散单元法的基本理论,分别建立了三个阶段的控制方程;应用PFC2D软件对粉末高速压制过程模腔内部颗粒的运动状态进行了数值模拟,给出了压坯内部的压力分布,得出了实验中无法测量的压坯内部应力传播波形.数值模拟结果显示,压力作用曲线表现出明显的弛豫现象,形成了倾斜度不同的锯齿状加载波形和卸载波形,压坯底层的应力波与实验得到的应力波相符. 关键词： 高速压制成形 离散单元法 接触模型 应力波     

蒸养再生骨料混凝土断裂声发射特征*

为研究蒸汽养护对再生骨料混凝土断裂过程损伤特征的影响,开展了再生骨料混凝土三点弯断裂试验,并采用声发射技术对损伤过程进行了监测分析。结果表明,蒸养降低了再生骨料混凝土断裂峰值荷载,断裂过程中声发射信号强度低于标准养护试件。声发射振铃计数、撞击数、b值等参数能够准确反映再生骨料混凝土断裂过程损伤演变规律。加载上升阶段,声发射信号活动性很低,试件内以微裂纹的形成为主,加载至荷载峰值,声发射振铃计数累计值增长呈现平缓阶段,混凝土内微裂缝的聚合会持续一段时间。峰值后荷载迅速降低阶段声发射信号最活跃,为裂缝迅速发展的过程。峰后荷载缓慢降低的过程,声发射信号活跃性降低,裂缝扩展至试件顶部区域,主要是宏观裂缝的开展,不再产生新的裂缝。     

20~#钢不同晶粒度试件拉伸损伤试验的声发射特性研究

采用声发射技术,对四种不同晶粒度20~#钢试件的单轴拉伸过程进行监测,探究不同晶粒度对于金属材料损伤过程中声发射特性的影响。试验结果表明:声发射信号的幅值、能量和撞击计数等特征参数能够很好地描述材料不同晶粒度大小对材料拉伸过程中声发射特性的影响。细晶粒试件声发射信号数较少,强度较低,随着试件晶粒度的增大,声发射信号的强度和活性呈现明显增加的趋势。说明粗晶粒试件力学性能劣化严重,拉伸过程极易损伤,因此,试验结果也反映了金属材料微观损伤过程中声发射与材料内部的损伤演化密切相关。