一种基于电磁霍普金森杆的材料动态包辛格效应测试装置及方法

金属材料在复杂载荷条件下的动态力学行为研究一直备受关注，但受限于实验设备，金属材料的动态包辛格效应响应一直都难以获得。为了探究金属材料的包辛格效应与应变率效应之间的关系，本文中提出一种基于电磁霍普金森杆(electromagnetic split Hopkinson bar，ESHB) 的非同步加载实验技术，为测试金属材料在高应变率加载下的包辛格效应提供了一种有效的实验方法。本文中，首先介绍了非同步加载装置的主要特点，即可以用两列由脉冲发生器产生的应力波对受载试样进行连续的一次动态拉-压循环加载，且加载过程保证了应力波的一致性。分析了应力波对试样加载过程中的波传播历程，确保了加载过程的连续性。随后介绍了动态加载过程，数据处理方法和波形分离手段，并对动态加载过程进行应力平衡性分析，论证了实验装置的可靠性。最后采用该方法测试了5%预应变下6061铝合金动态压缩-动态拉伸的包辛格效应，并与准静态下的实验结果进行对比。实验结果表明，该材料单轴压缩没有明显的应变率效应，但其包辛格效应具有应变率依赖性，高应变率下材料的包辛格应力影响因子由0.07增大至0.17，具有显著的提升，这对传统意义上铝合金材料应变率不敏感的结论提出了挑战。     

基于光纤智能夹层传感结构的应力测量研究

制作了一种模块化的光纤传感夹层,对夹层内的光纤传感器的应力特性进行了实验研究。分析了应变对传感系数的影响,对埋入到光纤智能夹层中的两种光纤传感器的输出特性进行了比较。实验结果表明:光纤Bragg光栅传感器的波长漂移与应变之间具有理想的线性关系,但应变灵敏度由1.2pm/με降至1.15pm/με;由于制作工艺的局限,对于非本征F-P光纤传感器,当应变达到350με后,应变与载荷具有较好的线性响应。与非本征F-P光纤传感器相比,光纤Bragg光栅传感器是光纤智能夹层首选的应变传感器。将埋入了Bragg光栅传感器的智能夹层粘贴于某型飞机的翼-身连接构件内部进行监测,实验结果为光纤智能夹层应用于复合材料结构的应变监测提供了参考。     

分布式光纤传感器测量数据可靠性分析方法

分析了分布式光纤传感器测量结果的可靠性,提出从应变系数和温度系数标定到分布式光纤传感器物理量测量以及结果评价的方法,设计了分布式光纤传感器的应变系数和温度系数标定装置,同时分析了应变标定装置的不确定度来源,采用基于光频域反射技术的分布式光纤解调仪进行了实验验证。应变标定范围为-5000με~5000με,温度标定范围为20℃~50℃,第一次测量得到应变系数和温度系数分别为:-6.6775με/GHz和-0.5921℃/GHz。使用获得的应变系数和温度系数再次测量,得到在测量范围内,应变测量相对误差为1%,温度测量相对误差为2%,满足工程应用要求。上述结果表明,设计、发展的数据标定及分析方法可用于分布式光纤传感器应变系数和温度系数的标定。     

家兔颈总动脉血管低温力学性能的实验研究

实验研究了家兔颈总动脉血管低温下的轴向和周向的力学性能．这些力学性能包括应力应变曲线和断裂强度，它们将有助于血管低温保存过程的热应力分析．结果表明，血管在低温下的力学性能与室温情况非常不同，冷冻血管的弹性模量要比未冷冻的高很多．当温度接近液氮温度时，甚至可能高几千倍．低温下，血管的轴向模量要高于周向的，但他们的断裂强度相差不大．最后，从血管组分的力学性能考虑，讨论了血管整体力学性能的变化规律．     

温度场中应变光纤测试方法

研究温度变化时光纤应变测试系统中的传输光纤和感应光纤产生附加相位的问题推导出附加相位与温度变化的关系式，提出消除附加相位的补偿法通过实验分析证明了补偿法对消除附加相位是行之有效的，提高了测试精度     

玻璃布—环氧层板动态力学性能和温度相关性的研究

在不同温度环境下,利用ＭＴＳ材料试验机,采用中等就变速度（１／Ｓ）,对玻璃布－环氧层板实施了冲击拉伸实验,测试了材料在不同温度、不同应变速率下的应力应变曲线,确定了杨氏模量、拉伸强度和泊松比等和学参数。实验结果表明,玻璃布－环氧反具有明显的应变率、温度效应;在室温以上温度环境下,该层板具有动态韧性。还分析讨论了复合材料拉伸试样设计的一些主要问题。     

沥青混凝土面板低温疲劳破坏的实验研究

我国北方地区的土石坝和水池的防渗沥青混凝土面板,常出现低温裂缝。因此,对沥青混凝土在低温条件下的温度应力疲劳进行实验研究很有必要.本项研究研制了适用于沥青混凝土低温低周大变形的弯曲疲劳试验机,进行了沥青混凝土在不同低温下的疲劳破坏性能试验。对试验结果用粘弹性理论和推广的应变区分法(SRP)和应变能区分法(SEP)进行了分析,首次得出了沥青混凝土的疲劳寿命与弯曲应力、应变和应变能的关系,并试用于实际工程的予测.     

干涉型光纤应变测试方法的感应光纤

本文讨论了干涉型光纤应变测试方法中感应光纤的基本测量原理，对直线形和圆弧形栅状感应光纤进行了分析，同时介绍了直线形栅状感应光纤的制作方法。利用马赫－泽德干涉光纤应变测试系统和直线形栅状感应光纤测量了等强度悬臂梁的应变，测试结果与理论应变值进行了比较，相对误差为１．６７％。     

光纤光栅传感器对钢筋混凝土内部应变的测量及温度效应的研究

本文应用光纤光栅传感器实现了对钢筋混凝土试件内部应变的测量．试验不仅就应用光纤光栅进行混凝土结构内部应变测量的技术、工艺进行研究，还通过设计温度控制试验，考察了光纤光栅传感器的温度补偿问题，以及横向应变对测量结果的影响．     

FRP混凝土结构力学性能的实验研究

本文首次引入基于马赫—曾德(Mech—Zehnder)原理的全光纤应变传感器系统到FRP混凝土结构的力学性能研究中，通过四点弯曲试验来测量试件内部的应力应变状态，并结合电测结果进行综合分析，为进一步的理论分析和计算奠定了实验基础．     

PTFE基复合材料在干摩擦和液氮介质中的摩擦磨损性能研究

对比考察了聚苯酯(Ekonol)和PAB纤维增强PTFE复合材料在干摩擦和液氮介质中的摩擦磨损性能,利用扫描电子显微镜观察分析在干摩擦和液氮条件下Ekonol/PAB纤维增强PTFE复合材料的磨损表面形貌及其磨损机理,同时还考察了温度对复合材料冲击韧性的影响.结果表明:在液氮条件下,PTFE的抗犁削能力增强,Ekonol/PAB/PTFE复合材料的磨损量明显比干摩擦下低,复合材料的摩擦系数比干摩擦下大,载荷对复合材料的磨损量影响较小,复合材料的摩擦系数和磨损量随着滑动速度增加基本保持不变,材料的磨损机理主要为轻微犁削和脆性断裂;而在干摩擦条件下,载荷对复合材料的磨损量影响显著,随着滑动速度增加,复合材料的摩擦系数先增后减,磨损量逐渐增大,材料的磨损机理主要以犁削、粘着磨损及疲劳磨损为主.在2种试验条件下复合材料的摩擦系数均随载荷增加而减小;低温时材料的冲击韧性约为常温时的1/2.     

液氮激冷对含氢非晶碳膜性能的影响

采用等离子增强化学气相沉积系统制备了含氢非晶碳膜. 加热到相应温度(200、250、300、350和400 ℃)后，对薄膜进行液氮激冷处理，并研究其结构、机械及摩擦性能的变化. 结果表明:薄膜硬度在200~300 ℃温度下液氮激冷后，其硬度随热处理温度增加，C-C sp2键逐渐增加；在350~400 ℃温度下液氮激冷处理后，薄膜的硬度逐渐减小，薄膜呈石墨化趋势；而其弹性恢复在整个处理过程(200~400 ℃)中随温度升高持续增大，和C-C sp2键变化趋势一致. 液氮激冷处理后，含氢非晶碳膜的摩擦系数及磨损量均得到改善，在300 ℃激冷处理的含氢非晶碳膜具备最低的摩擦系数及磨损量.      

An equation of state for dense nitrogen

An empirical equation of state for nitrogen at high pressure and density is considered. It is shown that for nitrogen at densities greater than 0.6 g/cm³, by using available data [1–3] on static compression of gaseous nitrogen and shock compression of liquid nitrogen, it is possible to construct a Mie-Grüneisen type equation of state which gives a pressuredensity relationship close to experiment along the shock adiabat of liquid nitrogen and agrees with the calculations of other authors for temperature values beyond the shock-wave front [2–3]. Heat capacity, entropy, and Grüneisen coefficient values beyond the shock-wave front in liquid nitrogen are calculated.     

高温超导体时效与记忆效应实验研究

熔融织构的钇钡铜氧化物(YBCO)高温超导块材具有较高的临界电流密度和较好的力学性能,在制作高场磁体、悬浮列车等方面具有重要的应用。本文首先在恒定的液氮温度下,通过对不同等待时间, 场冷和零场冷条件下悬浮力特征的测试, 发现高温超导块材在液氮温度表现出较强的时效性;接着,对于不同温度循环引起的悬浮系统悬浮力时间弛豫特征研究显示出高温超导块材在低温下具有鲜明的记忆特性,随着温度的升高,其记忆效应逐渐消失,且正、负温度循环对其记忆效应影响表现出不一致性。所有这些特性表明,高温超导块材具有和自旋玻璃类似的性质,其根源为超导体内部复杂的微观结构。     

Theoretical analysis for the transient behaviour of radiative cooling of cavities in superconducting LINAC cryomodule

For the superconducting linear accelerator program, three cryomodules each houses eight superconducting cavities were successfully developed at IUAC, New Delhi. In each cryomodule, the cold mass at 4.2 K is surrounded by the liquid nitrogen cooled thermal shield maintained at 100 K. Three stages of cooling namely, radiation cooling followed by liquid nitrogen pre-cooling and finally liquid helium (LHe) cooling, are followed to reduce the temperature of cold mass from 300 to 4.2 K. The cold mass at 4.2 K consists of cavities, LHe vessel and the support structure. The temperature of cavity and helium vessel reaches to 210–220 K in 40 h of time by the natural radiation from the thermal shield. The radiative cooling rates for the cavities, helium vessel and support structure are found to be 3.0, 4.0 and 2.0 K/h respectively. A detailed analytical calculation has been done to understand the transient cool-down phenomenon for each component and compared with the experimental measured values. The experimental values are in agreement with the analytical data within 5 % variation considering the correction factor of radiation funneling. This paper presents the role of different thermal parameters like shield temperature, conduction load and radiation funneling area in the transient radiative cool-down behaviour of different components.     

固体炸药爆轰温度的实验研究

用光电比色高温计测定了固体炸药TNT、Tetryl、PETN的爆轰温度及爆轰前沿和透明液体相互作用后的爆轰产物的温度。为了讨论实验误差,还研究了爆轰温度随密度的变化以及不同透明液体对爆温测量的影响。     

Magnetic susceptibility measurements on germanium between room temperature and liquid hydrogen temperatures

Summary Susceptibility measurements have been done on germanium samples with different degrees of impurities. We measured the susceptibilities from room temperature down to liquid hydrogen temperatures. The results have been compared with those of Stevens and Crawford who also measured susceptibilities of germanium samples, but only down to liquid nitrogen temperatures. At liquid hydrogen temperatures we noticed a strong variation of the susceptibility, which is a consequence of the paramagnetic term, as predicted by Busch and Mooser from their measurements on α-tin.     

Integrated Measurement Technique for Curing Process-Dependent Mechanical Properties of Polymeric Materials Using Fiber Bragg Grating

We propose an integrated technique to measure critical mechanical properties of polymeric materials. The method is based on a fiber Bragg grating (FBG) sensor. A polymer of interest is cured around a glass FBG and the Bragg wavelength (BW) shift is measured and documented while polymerization progresses at the curing temperature. After complete polymerization, the BW shift is monitored continuously as the temperature of the cured polymer changes. The desired material properties are then found inversely from the relationship between the Bragg wavelength shift and the deformation of the polymer caused by the changes in the material properties.     

自由场中液氮单空泡动力学特性的实验研究

本文专门设计搭建了低温介质空泡演化实验测试平台, 对液氮单空泡非定常演化过程和动力学特性开展了实验研究. 实验中利用电火花瞬态放电激发液氮汽化形成单空泡, 通过高速摄影系统对单空泡的瞬态特征进行了精细化捕捉. 为了进一步揭示低温介质独特的物理性质以及强热力学效应对单空泡演化过程的影响机制, 对比分析了在相同环境压力下, 77.41 K液氮和298.36 K水单空泡的演化过程和动力学特性. 基于实验得到空泡半径与界面速度等定量数据, 阐明了液氮单空泡球形与非球形演化阶段的非定常特性. 研究结果表明: (1) 在相同输入电压下, 液氮单空泡的整体尺寸比常温水更小, 当输入电压为400 V时, 液氮空泡的最大半径约为常温水空泡的0.69倍; 同时, 液氮单空泡经历了膨胀阶段?收缩阶段?振荡阶段以及上升阶段的演化过程. (2)液氮空泡的收缩过程主要由相界面的热传导主导, 没有明显的塌陷现象, 收缩阶段液氮空泡的最小收缩半径约为常温水的5.5倍. (3)在液氮空泡振荡初期, 空泡相界面传热增强, Rayleigh-Taylor不稳定与热力学效应共同引起了空泡界面的表面粗化效应; 在整个振荡阶段, 空泡界面附近存在破碎的小泡. 当输入电压较高时, 空泡底部的小泡数量显著增多. (4)由于液氮空泡浮力系数较大, 液氮空泡在演化后期空泡整体向上迁移显著, 液氮空泡底部收缩更快产生凹陷, 促使空泡变为环状.      

First visualization of temperature fields in liquids at high pressure using thermochromic liquid crystals

A first application of encapsulated thermochromic liquid crystals (TLCs) for visualizing temperature fields in pressurized liquids was studied experimentally. By means of a tempered high-pressure optical cell, investigations were performed in a wide temperature range and at pressures up to 7000 bar. The measured calibration curves of isochromes in the pressure/temperature domain as well as photographically documented temperature fields at high pressure are presented and discussed. The results found illustrate that TLCs provide an efficient instrument for investigating thermofluiddynamical processes even at high pressure. Received: 13 February 1998/Accepted: 9 December 1999