集中力作用下铝合金材料内部柱状缺陷检测的研究

工程中,构件的内部会因为各种原因不可避免地存在各种损伤或缺陷。本文通过弹性力学理论给出含柱状缺陷的铝合金材料在受到集中力作用下的离面位移场。同时运用电子散斑干涉方法成功地测量出试件缺陷覆盖层在受到集中力情况下的离面位移。理论和实验结果对比表明,利用电子散斑干涉术技术能够精确地测量含缺陷材料表面的离面位移。此实验方法可以作为一种新型的探测物体内部缺陷所处的位置和大小的评估办法。     

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。     

用直接散斑技术测量复合材料试件的面内位移

直接散斑法用来测量带中心圆孔复合材料条状试件在拉伸载荷作用下的面内位移分布,采用镜面移植技术,提高复合材料试件表面的反射性能,从而得到高质量的散斑干涉干板,在分析散斑干涉干板时,由于得到的全场位移分布条纹频率的可调性,使此方法测量范围很宽,由弹性应变到塑性应变,直接散斑法测量的结果与云纹法得到的结果相符合。     

电子散斑干涉法在研究双材料界面力学行为中的应用

对于复合材料，界面往往是重要的组成部分，也是缺陷极易发生甚至断裂破坏的地方，从而影响材料整体的力学行为。为了考察不同界面缺陷形式以及材料层厚对界面力学行为的影响，应用电子散斑干涉法对金属基上烤瓷的双材料试件进行了实验研究，部分试件与云纹干涉法结果也进行了比较。实验结果表明具有垂直界面裂纹的试件梁抵抗破坏能力大大削弱，而界面处无缺陷的力学性能较好，其中又以金属层与烤瓷层厚比在3附近的较为理想，实验也表明电子散斑干涉法适用于测量绝对或相对微小的位移，灵敏度达到微米级。     

氧化铝多孔膜变形的时间序列散斑干涉法检测

本文通过鼓膜实验,利用双光束电子散斑干涉技术(ESPI)和时间序列的散斑干涉法,首先对纯铝试样鼓膜变形进行测量,并结合薄板小挠度理论计算了纯铝的弹性模量,结果与弹性模量的参考值基本相同,表明该测量变形的方法精确可行。在此基础上对二步阳极氧化法制备的氧化铝多孔膜试样的鼓膜变形进行了检测,变形检测结果为进一步研究氧化铝多孔膜的力学性能及其与微观结构的关系提供了依据和基础。     

金瓷双材料力学行为的现代光力学实验研究

金瓷修复体兼具金属强度及陶瓷美观的优点,在口腔医学上得到了广泛应用,但临床上时有发生脱瓷并且又多发生在界面处,针对这种情况,通过研究不同层厚比的金瓷修复体试件梁的界面力学行为,以分析其破坏机理。采用云纹干涉法和电子散斑法对界面具有缺陷形式的试件进行了实验研究。得到裂纹尖端及界面处的位移场,计算了界面断裂强度等参量,并给出了试件制备、实验方法。实验结果表明不同层厚比的试件以及不同界面缺陷形式的试件对抵抗破坏能力均有不同影响;现代光力学实验方法对研究具有小变形的双材料结构力学行为可行、有效。     

电子封装组件热变形的实时观测

本文利用云纹干涉法,首次实时的对新型电子封装组件BGA在22℃至110℃温度载荷下的热变形进行了研究.研究表明对焊点截面的实时观测结果和试件的实际变形情况是完全吻合的.该结论为以后通过云纹干涉法高温实时观测技术进一步对焊点的热变形进行实时测量和研究铺平了道路.     

应用数字散斑相关技术研究缺口根部高温疲劳变形

应用数字散斑相关技术研究了耐热合金试件在450°环境中缺口根部的弹塑性变形及其与疲劳循环次数的相关性。疲劳试验在单边带缺口的拉伸板状试件上进行。试件由耐热合金GH4169材料制成,试件表面预先通过离子溅射法制作了离散的金粒散斑图。试验采用逐级循环加载和疲劳循环加载交替的方式进行。首先进行逐级循环加载,将最大载荷Pmax平均分成8级,由0逐级加载至最大载荷,再由最大载荷逐级卸载至0;同时由图像系统半自动地、连续同步地采集系列散斑图。然后按0→Pmax→0加载方式,连续进行250次疲劳循环加载。逐级循环加载和疲劳循环加载不断交替,直至疲劳断裂。利用数字散斑相关技术计算出缺口根部的弹塑性应变,进而求出缺口根部应变、名义迟滞回线面积及斜率与疲劳循环次擞的相关性。试验结果对于耐热合金材料的疲劳寿命研究很有意义。     

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提出了用超声散斑干涉法来测量物体的位移,并且基于数字干涉和相移-频移技术对超 声散斑数字干涉测量法进行了初步的理论推导. 为了验证理论分析的结果,对一铝试件进行 了离面位移和面内位移的试验测量. 试验结果显示理论分析是正确的,在测量位移和变形时 此方法是有效可行的.     

电子错位散斑干涉术用于无损检测的探讨

本文叙述应用电子错位散斑干涉仪于各种缺陷的无损检测的装置原理、各种加载方式的特点.文中详细探讨了缺陷检测定量分析的理论依据,提出了对各种不同材料缺陷检测的限制并进行了实验验证;提出了提高条纹清晰度的方法.从而解决了电子错位散斑干涉术在无损检测实际应用中的各项具体问题.     

岩石断裂尺寸效应测试装置研制及实验研究

面向岩石断裂尺寸效应研究的实验装置需求,针对现有技术中三点弯曲装置对多组尺寸岩石试件适应性差、最小跨距的测试量程不足等问题,研制了一种可灵活用于岩石断裂尺寸效应测试的三点弯曲装置。装置采用“两体分离式”的设计,三种不同型号的滚子与压头体、支座体配合使用,有效避免了不同尺寸试件采用同一直径滚子测试带来的实验精度问题;同时,装置实现了4mm~100mm不同实验跨距的设置,可同时满足尺寸变化较大的多组试件开展断裂测试。借助该装置开展了页岩三点弯曲断裂尺寸效应测试,并利用ABAQUS软件进行了相关数值计算。获得了不同尺寸页岩试件的Ⅰ型表观断裂韧度、名义强度等断裂参数,结果显示:尺寸对页岩的Ⅰ型表观断裂韧度和名义强度有显著影响。实验计算值与Bazant提出的尺度律模型(SEL)对比,结果吻合良好,借助SEL曲线可对页岩的断裂强度进行有效预测,同时表明该装置具有实验高效、高精准性等优点。     

Ductile tearing energy of sheet metals determined by the multiple tensile testing (MTT) method

Tearing energy of aluminium, copper and brass sheets, having different mechanical characteristics, has been studied by the multiple tensile testing (MTT) method. In this method, different test pieces of various gage lengths were employed. The total energy required to tear the specimens was assumed to be composed of two components; one associated with uniform plastic deformation, which occurs in the work-hardening range of the material, and the other with post-uniform deformation and tearing which leads to the failure of the specimens. Tearing energy was calculated by plotting the total energy divided by the specimen cross-sectional area against the gage length of the specimens. In this plot, a straight line is obtained, the intercept of which gives the value of tearing energy. The results have been analyzed on the basis of the mechanical characteristics of the materials.     

准静态条件下金属材料的临界断裂准则研究

本文针对9种金属材料完成了具有不同约束程度的10类试样的延性断裂试验, 获得了发生拉、压、扭和裂尖断裂等破坏形式构型试样的载荷-位移试验关系; 基于圆棒漏斗试样拉伸试验所得直至破坏的载荷-位移曲线, 采用有限元辅助试验(finite-element-analysis aided testing, FAT)方法得到了9种材料直至破坏的全程等效应力-应变曲线, 以此作为材料本构关系通过有限元分析获得了各类试样直至临界破坏的载荷-位移关系模拟. 载荷-位移关系模拟结果与试验结果有较好的一致性, 表明用于解决试样颈缩问题的FAT方法所获得的全程材料本构关系针对各向同性材料具有真实性和普适性. 对应9种材料、10类试样的36 个载荷-位移临界断裂点, 通过有限元分析获得了对应的材料临界断裂应力、应变与临界应力三轴度, 研究表明, 第一主应力在延性变形过程中为主控断裂的主导参量; 通过研究光滑、缺口、裂纹等构型试样的断裂状态, 提出了$-1$至3范围的应力三轴度下由第一主应力主控的统一塑性临界断裂准则.      

A new method for the biaxial testing of cellular solids

Commercial cellular solids such as metal foams and honeycombs exhibit deformation and failure responses that are dependent on specimen size during testing. For foams, this size dependence originates from the fabrication-induced material and structural inhomogeneities, which cause the uncontrolled localization of deformation during the testing of foam cubes. Different peak loads and failure modes are observed in honeycomb specimens in the plate-shear configuration depending on specimen height. This size dependence causes difficulty in obtaining a more representative constitutive behavior of the material. It has recently been established that the size dependence under uniaxial compression can be eliminated with tapered cellular specimens, which enable controlled deformation at a given region of the specimen. This concept is extended in this paper to the biaxial testing of butterfly-shaped cellular specimens in the Arcan apparatus, which focuses deformation at the central section of the specimen. The Arcan apparatus has been modified such that all displacements at the boundaries of the specimen could be controlled during testing. As a consequence of this fully displacement controlled Arcan apparatus, a force perpendicular to that applied by the standard universal testing machine is generated and becomes significant. Thus, an additional load cell is integrated on the apparatus to measure this load. Example responses of butterfly-shaped specimens composed of aluminum alloy honeycomb, aluminum alloy foam and hybrid stainless-steel assembly are presented to illustrate the capabilities of this new testing method.     

水轮机尾水管内流的PIV测试试验研究

在水力机械的内流研究中由于缺少试验数据,使得在采用内流数值CFD分析中内流预测准确性的评价受到制约。本文结合混流式水轮机模型的实验,将2D-PIV测试手段成功应用于4H尾水管内流的测试中,确定了测试方法与方案,制做了测试用4H尾水管,对锥管、肘管出口及扩散管进出口位置上开设的测试窗口进行测试,得到最优工况下这些位置上瞬态速度测试数据,经过时均处理,给出了运行工况下不同测试位置上内流流动的速度、涡量及流线分布,为尾水管CFD优化分析提供了试验结果。试验结果表明,PIV测试方法能够清楚的测试出尾水管内不同位置的流动特征,是目前水力机械内流稳定性研究的一种有效实验方法。     

Errors in crack closure measurements caused by flexure test fixture support effects

Flexural tests are sometimes used for the evaluation of fatigue and fracture properties, especially for thin cross sections such as plate material where compact tension speciments cannot be used, or where material thicness is limited in the direction required for data generation. The method is also useful for evaluation of crack closure provided the force transfer occurs correctly. This paper shows how the influence of incorrect test fixture supports, which are outside the standard testing arrangement for such test specimens, can affect the force-displacement curves as evidenced using the backface strain method. The results show that incorrect test fixture supports may cause deviations in the force-displacement trace as an artifact of the testing conditions. This effect can severely influence crack closure measurements. The effect was also modeled with finite element analysis.     

SHPB帽形试样尺寸效应研究

利用ANSYS/LS-DYNA软件开展不同尺寸帽形试样的SHPB数值模拟,研究帽形试样的尺寸效应。结果表明,当帽形试样剪切变形区域宽度大于0.2 mm时,根据经典公式处理得到的应力值将随t的增大而显著增大, 严重偏离理论值,当t=1.0 mm时,计算得到的应力值甚至接近理论值的2倍。采用分体模型进行的进一步计算表明,数据处理结果中应力偏差主要来源于帽形试样中环状部位的膨胀变形。提出改进的数据处理方法,并采用圆柱样与几种不同尺寸帽形试样开展了验证实验,结果与计算结果基本一致。     

单向双筋板结构件共振疲劳试验及分析

航空航天领域广泛存在着振动疲劳问题,严重危及飞行器结构的安全可靠性。本文首先设计了激振器直接作用于试件的力激励振动疲劳试验系统,并提出了跟踪结构共振频率的频带激励共振疲劳寿命测试方法;而后利用试件进行了频带激励下的定应变共振或定载荷共振结构振动疲劳试验;最后针对试验结果分析与讨论了可能影响结构振动疲劳寿命的各种因素。结论表明,试验结构件的边界条件、初始条件以及结构动力学特性等都可能是影响振动疲劳寿命的关键因素。频带激励共振疲劳试验方法为振动疲劳寿命曲线的测试积累了经验。     

半结晶聚合物损伤演化的实验表征与数值模拟

损伤本构模型对研究材料的断裂失效行为有重要意义, 但聚合物材料损伤演化的定量表征实验研究相对匮乏. 通过4种高密度聚乙烯(high density polythylene, HDPE)缺口圆棒试样的单轴拉伸实验获得了各类试样的载荷-位移曲线和真应力-应变曲线, 采用实验和有限元模拟相结合的方法确定了HDPE材料不同应力状态下的本构关系, 并建立了缺口半径与应力三轴度之间的关系;采用两阶段实验法定量描述了4种HDPE试样单轴拉伸过程中的弹性模量变化, 并建立了基于弹性模量衰减的损伤演化方程, 结合中断实验和扫描电子显微镜分析了应力状态对HDPE材料微观结构演化的影响. 结果表明缺口半径越小, 应力三轴度越大, 损伤起始越早、演化越快; 微观表现为: 高应力三轴度促进孔洞的萌生和发展, 但抑制纤维状结构的产生;基于实验和有限元模拟获得的断裂应变、应力三轴度、损伤演化方程等信息提出了一种适用于聚合物的损伤模型参数确定方法, 最后将本文获得的本构关系和损伤模型用于HDPE平板的冲压成形模拟, 模拟结果与实验结果吻合良好.      

THE RASTEGAEV UPSET TEST-A METHOD TO COMPRESS LARGE MATERIAL VOLUMES HOMOGENEOUSLY

The upset test according to Rastegaev enables homogeneous deformation for high strains. The homogeneity of deformation was proofed by hardness measurements and with the deformation pattern. By upsetting specimens with large dimensions it is possible to determine material properties after deformation. Rotation-bending specimens and notched-bar impact specimens were machined out of the homogeneously deformed material; a correlation to geometrical strain is stated. As shown, this testing method is not only interesting for fundamental investigations but also for practical applications. The Rastegaev test can be used for warm-forming as well as for coldforming. The true material properties, as functions of geometrical strain, investigated with machined-out specimens are free from effects of friction and geometry. This holds not only for the fracture behavior and fatigue, but also for corrosion, metallurgical properties, etc.