三向光弹性全场分析——应力连续分析法

本文提出光弹性中的一个应力连续分析法。对该方法的理论根据和适用计算公式做了分析和推导。作者提供了用光弹性“照片迭合”法拾取等色线条纹数据并结合电子计算机分析的几个实例,实践验证了这个方法的有效性.     

数字光弹性法综述

将光弹性法与计算机图像处理技术相结合 ,来自动采集光弹性数据和分析应力的方法 ,称为数字光弹性法 ,与传统光弹性法相比 ,它可以进一步提高实验速度和精度。本文详细讨论了以下两个方面 :一是光弹性条纹的细化和倍增处理技术 ;二是自动确定光弹性参数的技术 ,包括相移法、傅立叶变换法、逐步载荷法、广谱分析法和RGB光弹性法等。通过对近二十年来国内外在这些方面的研究、应用和进展作了综述 ,认为采用白光的彩色域相移技术计算光弹性等倾角 ,结合采用白光源或三色光源的相移法来确定光弹性等色线级数 ,有望成为解决静态二维和三维冻结模型薄切片应力分析的最佳方法 ;另外 ,设计一种能实时和同步采集多幅条纹图的实验装置 ,通过相移法来自动获取动态光弹性数据 ,是数字动态光弹性法很有前景的发展方向     

光弹性测量等色线计算机数字图像色谱仿真

应用平面应力-光学定理,计算各点的光程差;应用色彩的RGB原理以及光程差和RGB之间的换算关系,将每个点的光程差换算成RGB值;利用等色线原理,采用VB编写程序,将具有相同RGB值的点按不同的色谱绘出等色线,实现了在载荷作用下光弹性测量等色线计算机数字图像色谱仿真,虚拟再现构件光弹性实验所得到的等色线。对复杂结构,特别是内部存在各种构造孔洞的构件,通过该技术可迅速获得构件全场等色线的分布,为进行结构设计和优化的光弹性实验提供了一种直观的数字化可视技术,同时为高等院校实验力学课程提供了一个虚拟的光弹性实验平台。     

散斑光弹性干涉法

全息干涉法和普通光弹性法相结合产生了全息光弹性法。与此类似,本文建议将散斑干涉法和光弹性相结合形成具有一定特点的散斑光弹干涉法。近十几年来,散斑干涉法得到了很快的发展,可以获得面内或离面位移,错位散斑干涉法则可获得位移梯度场。本文建议将光弹性透明模型置于双光束散斑干涉光路中,通过两次曝光法可以获得模型的应力条纹图案。但和全息光弹性法相比,只要选择合适的漫反射器,用散斑光弹干涉法可以获得不受等差线干扰的、单纯的等和线条纹图。同样的理由,也可以获得三维应力模型冻结切片的等和线条纹图。更有意义的是采用双光片散光穿透模型的散斑光弹性干涉法将有可能获得整体三维应力模型内部的绝对光程应力条纹图,这将为三维应力分析提供一种新的实验方法。     

新的动态光弹性主应力分离混合法研究

动态光弹性法是研究动态问题的一种重要方法,但要实现动态光弹性主应力的分离以及等倾线的获取和分离还存在较大的困难.针对动态光弹性法的主应力分离问题以及相关的试验技术展开研究,以相容方程作为动态光弹性试验的补充条件,将动态光弹性法与数值计算方法结合起来,提出一种用于动态光弹试验主应力分离的新方法:动态光弹性-数值计算混合法,研究并实现了动态光弹性试验中的等倾线的获取和分离.并选用了典型的圆盘试件进行动态光弹性试验及应力分析,对该混合法的可靠性和准确性进行了论证.     

光弹性应力分析的条纹灰度法

条纹灰度法在光弹性中能自动采集数据、分析和显示等色线条纹图。这种方法组合了光弹性和数字图象分析两种技术,这篇论文描述了一个Apple—Ⅱ微型计算机图象分析系统,它把等色线图分成256×256个图象元素(象素),每一象素将亮度转换成8—bit分辨率的视频讯号,在黑到亮之间产生256级灰度,灰度Z与条纹级数N在暗场时,它能写成N=(1/π)arcsin(AZ~(1/2r))其中A、r是常数。这种方法对相对迟后小于半波长的双折射特别有效,这篇论文中用两片玻璃模型研究弹性应力场,具有很好的分辨率,其结果表明对应力分析主应力差(σ_1-σ_2)有较高精度。     

数字散斑剪切干涉及偏转平台法相移系统研究

在传统的剪切电子散斑干涉中 ,直接观测到的是干涉条纹图样。因此 ,如何将位移导数场的定量信息从剪切电子散斑干涉条纹图案中提取出来 ,一直是人们关心的问题。本文运用传播光矢量对数字散斑剪切干涉的条纹形成作了理论解释 ,使其物理意义更加清晰。理论分析表明 ,物体的微小偏转可引入线性附加位相。因此 ,通过连续偏转物体可实现剪切电子散斑干涉的相移。本研究通过计算机控制载物平台的精细旋转实现相移 ,结合传统的数字散斑剪切干涉技术以及四步相移算法 ,实现了数字剪切散斑干涉相移系统。利用该系统进行了中心加载、周边固定的圆盘的典型实验 ,实验结果表明该系统可以方便有效地提取出位移导数场的定量信息。     

3D打印模型在光弹性法教学中的应用研究

本文将3D打印技术引入光弹性法的教学中,解决了传统技术制作光弹模型时成型周期长、试样初始残余应力较大等问题.以圆盘为例,详细介绍了3D打印光弹模型的制备过程.基于光弹系统测量得到了对径受压模型内部的等倾线、等色线相位和条纹值.制备了含不同形状孔隙的教学模型,丰富了课堂内容.展示了数字模型设计、物理模型制备、光弹条纹图采...     

全息热光弹性研究

本文提出一种新的光路,该光路将全息光弹性法和全息干涉技术结合起来,在一张全息干板上记录热光弹性模型透射等和干涉条纹的同时,还记录模型前表面反射的等厚干涉条纹。理论推导证明:两组条纹独立依赖于热膨胀和主应力和,从而可求模型上各点的温度及主应力和,再利用等差条纹还可分离各点的应力。此法灵敏度高,能弥补和克服传统热光弹性的不足。     

关于三维模型光测“冻结”法的若干问题

一、方法的简介 1.光测法 当偏振光通过受载荷作用的透明塑料模型(光测模型)时,模型各点将产生与应力状态相关联的光学干涉条纹图案——应力光图(等色线及等倾线)。用偏光弹性仪,可以定量地量测应力光图,进而对模型作全面的应力分析。若模型及作用于其上的载荷与真实结构(原型)相似,则根据相似原理,可将模型应力转换为原型应力。上述     

白光DSCM方法用于岩石变形观测的研究

本文分析了白光DSCM（数字散斑相关测量）方法用于岩石材料表面变形观测的可行性及优越性，并根据岩石材料变形的特点将普通DSCM方法进行改进。DSCM方法应用于岩石变形观测中，使观测过程得到简化，同时有助于解决岩石力学中一些难题。文中的实验结果证实了该方法的可行性和优越性。     

A New Method of Creating High-Temperature Speckle Patterns and Its Application in the Determination of the High-Temperature Mechanical Properties of Metals

Experimental Techniques - Speckle techniques, such as DIC (Digital Image Correlation) and DSP (Digital Speckle Photography), are frequently used to determine the high-temperature mechanical...     

DUAL RECIPROCITY HYBRID BOUNDARY NODE METHOD FOR THREE-DIMENSIONAL ELASTICITY WITH BODY FORCE

Combining Dual Reciprocity Method （DRM） with Hybrid Boundary Node Method （HBNM）, the Dual Reciprocity Hybrid Boundary Node Method （DRHBNM） is developed for three-dimensional linear elasticity problems with body force. This method can be used to solve the elasticity problems with body force without domain integral, which is inevitable by HBNM. To demonstrate the versatility and the fast convergence of this method, some numerical examples of 3-D elasticity problems with body forces are examined. The computational results show that the present method is effective and can be widely applied in solving practical engineering problems.     

采用电子散斑干涉法对车灯配光镜内部缺陷问题的研究

在汽车车灯配光镜的生产过程中，由于用热压工艺而产生的热应力无法完全释放，积聚在其内部，产生不可见的细微缺陷。这些缺陷在一定的外界条件下扩展、生长，导致表面开裂、破碎，造成产品的报废。目前通常采用的有损检测方法虽然能够检测出缺陷的存在，但也破坏了车灯。为此，本文用采用电子散斑干涉法(ESPI)对车灯配光镜表面由于热应力而造成的变形以及细微裂纹缺陷的无损检测进行了实验研究，量化得到了配光镜表面在热载荷作用下的连续热变形分布。实验表明，用ESPI在热载荷的方式下可以成功地测量出配光镜缺陷的存在，并通过进一步研究，对同一型号但在残余应力分布上存在微小差异的两个车灯，我们给出了判别它们的定量标准。     

平面弹性介质多孔多裂纹问题的一种数值方法

提出了平面弹性介质中多孔洞多裂纹相互作用问题的一种数值计算方 法. 通过把适于单一裂纹的Bueckner原理扩充到含有多孔洞多裂纹的一般体系，将原问题 分解为承受远处载荷不含裂纹不含孔洞的均匀问题，和在远处不承受载荷但在裂纹面上和孔 洞表面上承受面力的多孔洞多裂纹问题. 于是，以应力强度因子作为参量的问题可以通过考 虑后者(多孔洞多裂纹问题)来解决，而利用提出的杂交位移不连续法，这种多孔 洞多裂纹问题是容易数值求解的. 算例说明该数值方法对分析平面弹性介质中多孔洞多裂纹 相互作用的问题既简单又有效.     

孔洞裂纹问题的一种数值方法

研究孔洞与裂纹的相互作用问题,通过把适于单一裂纹的Bueckner原理扩充到含有多孔洞多裂纹的一般体系,将原问题分解为承受远处载荷不含裂纹不含孔洞的均匀问题,和在远处不承受载荷但在裂纹面上和孔洞表面上承受面力的多孔洞多裂纹问题.于是,以应力强度因子作为参量的问题可以通过考虑后者来解决,而利用笔者提出的杂交位移不连续法,这种多孔洞多裂纹问题是容易数值求解的.算例说明该数值方法对分析平面弹性介质中孔洞与裂纹的相互作用既简单又有效.     

Estimating gas holdup via pressure difference measurements in a cocurrent bubble column

Estimating gas holdup via pressure difference measurements is a simple and low-cost non-invasive technique to study gas holdup in bubble columns. It is usually used in a manner where the wall shear stress effect is neglected, termed Method II in this paper. In cocurrent bubble columns, when the liquid velocity is high or the fluid is highly viscous, wall shear stress may be significant and Method II may result in substantial error. Directly including the wall shear stress term in the determination of gas holdup (Method I) requires knowledge of two-phase wall shear stress models and usually requires the solution of non-linear equations. A new gas holdup estimation method (Method III) via differential pressure measurements for cocurrent bubble columns is proposed in this paper. This method considers the wall shear stress influences on gas holdup values without calculating the wall shear stress. A detailed analysis shows that Method III always results in a smaller gas holdup error than Method II, and in many cases, the error is significantly smaller than that of Method II. The applicability of Method III in measuring gas holdup in a cocurrent air–water–fiber bubble column is examined. Analysis based on experimental data shows that with Method III, accurate gas holdup measurements can be obtained, while measurement error is significant when Method II is used for some operational conditions.     

主裂纹与微裂纹相互作用问题的有效数值计算方法

提出了平面弹性介质中主裂纹与微裂纹相互作用问题的有效数值计算 方法. 通过把适于单一裂纹的Bueckner原理扩充到含有多裂纹的一般体系，将原问题分解 为承受远处载荷不含裂纹的均匀问题，和在远处不承受载荷但在裂纹面上承受面力的多裂纹 问题. 于是，以应力强度因子作为参量的问题可以通过考虑后者(多裂纹问题)来解决，而 利用提出的杂交位移不连续法，这种多裂纹问题是容易数值求解的. 列举 Cai和 Faber为评价主裂纹与微裂纹相互作用问题的近似方法而列举的算例，说明 该数值方法对分析平面弹性介质中主裂纹与微裂纹相互作用问题既简单又非常有效.     

数字散斑相关技术进展及应用

数字散斑相关技术是廿世纪末发展的一项光力学测量技术,历经20年各国学者的研究改进积累,目前已成为一种成熟的测量方法,并已成功地应用于力学测量中。本文回顾和叙述了这些进展,并列举在各方面的应用实例以进一步扩展其应用领域。数字散斑相关技术的八个关键问题即1.相关公式,2.搜索技术,3.亚像素搜索,4.散斑图,5.减噪,6.补偿技术,7.位移场至应变场转换,8.三维位移场测量。最后将叙述数字相关技术在材料测试、结构模型及实物监测、岩石力学、复合材料性能研究、生物力学等方面的广泛应用情况。     

Inversion of speckle interferometer fringes for hole-drilling residual stress determinations

Speckle interferometric fringe patterns record stress-relief displacements induced by the drilling of blind-holes into prestressed objects. The quantitative determination of residual stress state from such stress patterns is difficult because of the ambiguity in the order of the observed fringes. The plane stress magnitudes are provided directly from selected fringe positions using a stochastic, iterative least squares minimization approach. The inversion requires prior knowledge of the experimental geometry and an appropriate uniaxial stress-relief displacement basis function derived from three-dimensional finite element calculations. Superpositioning of the rotated and scaled displacement basis functions allows the stress-relief relaxation for any biaxial state of stress to be determined. In this paper, fringe patterns were forward modeled from a large ensemble of calculated biaxial stress-relief displacement fields. Inversion of these noise-free fringe patterns reproduced the biaxial stresses with negligible error. Analysis of more realistic fringe patterns that include speckle noise gave stress magnitude errors that diminished rapidly with the number of selected points to better than 3 percent for 100 points. Sensitivity of the optical method is influenced by a number of factors, but the ensemble of model fringe patterns studied indicates that the stress magnitudes (nomalized with respect to the material's Young's modulus) from 3×10^–4 to 10^–2 can accurately be determined with visible laser radiation. The method is amenable to automation and can easily be extended to study near surface gradients in the residual stresses or applied to other optical recording techniques such as moiré and phase-shifting interferometry.