定向有机玻璃疲劳断裂性能的频闪法研究

疲劳裂纹扩展前应力集中区域变形场的测试对材料疲劳性能的研究起到至关重要的作用.但由于疲劳试验为动态的过程,在动态下测量比在静态下要复杂得多,这样就给变形场的测量带来了困难.通过调节频闪光源的频率使其与疲劳试验机的频率相同,可把此动态过程转换为准静态过程,采集不同循环周期内的相同时刻的灰度图像,并运用数字图像频域相关分析...     

基于数字图像相关的激光修复镍基合金疲劳损伤表征方法研究

开展激光修复镍基合金的疲劳试验，对研究修复材料疲劳性能及分析其失效行为具有重要意义。疲劳过程中，试件产生局部损伤，会导致材料力学性能恶化。如何建立光学变形场与疲劳损伤参数的定量关系实现对疲劳损伤的有效表征，是实验力学领域备受关注的问题。从激光修复镍基合金疲劳失效行为研究的需求出发，本文建立了基于单相机三维数字图像相关的疲劳光力学测试系统，并设计了包含“修复基体-修复边界-修复区”的组合型拉伸疲劳试件，在建立的测试系统下可同时测量和表征试件三种区域的全场变形。利用所建立的测试系统，实现了激光修复材料在拉-拉疲劳过程中的全场变形在线测量，得到了不同疲劳周次下的试件基体、修复边界和修复区的位移场与应变场；根据测量得到的应变场提出了疲劳中以试件历经不同循环周次后的残余应变为损伤参量的表征方法，并获得了修复镍基合金试件疲劳过程中残余应变场的演化规律。试验结果表明，在疲劳过程中，试件残余应变场内存在应变集中现象，应变集中幅值随疲劳周次的提高而增加，试件残余应变集中区域内的应变集中值远高于非应变集中区域，因此根据该结果可有效地预测疲劳裂纹萌生的时机与位置。     

薄钢板低周疲劳测试技术研究

汽车钢板材料由于厚度较薄,在低周应变疲劳性能测试中,试样容易发生屈曲,并且受限于试验段的标距,无法使用传统机械式引伸计进行应变的测量,在工程中,其低周疲劳性能的测试是一项技术难点。本文基于数字图像相关技术,提出了一种非接触式的光学引伸计,结合光学显微镜头和防屈曲装置,实现材料表面应变的实时监测。该动态应变测量系统使用普通的CCD相机,采用了优化的计算方法,应变测量的频率可以高达60Hz。该动态应变测试技术可以广泛地应用于各个工程领域的动态变形测量。     

激光陀螺组合体自主测量船体角变形的最优估计法

根据激光陀螺组合体测量的角增量计算得到的惯性姿态匹配测量方程,结合动态变形模型和静态变形模型,构建了船体角变形测量的最优滤波器,实现了角变形的最优估计。该方法将角变形和激光陀螺的随机漂移误差近似为平稳随机过程并分别构建滤波器,静态变形建模为白噪声驱动的一阶随机游走过程,动态变形建模为二阶马尔可夫平稳随机过程。通过角速度匹配测量方程进行了角变形的观测性分析得知:动态变形的估计精度与激光陀螺的测量精度相当,静态变形的估计精度依赖于船体摇摆频率和幅度,因此最优估计法的误差主要为静态角变形模型的估计误差。仿真结果表明,通过设置合适的静态角变形模型参数,该最优估计法测量角变形的误差小于10"。     

惯性系统三轴综合测试台结构静动态特性计算及实验研究

本文建立了惯性系统三轴综合测试台的结构分析模型，用有限元法对其进行了结构静动态特性计算。给出了外框架在实际载荷作用下的静动态特性和整机的动态特性，并在此基础上，对该三轴台外框架进行了静态变形的实际测量。实测表明，理论分析和实测结果相吻合。     

定量测量微区变形场的数字散斑方法

本文应用数字散斑方法,对高倍放大的扫描电镜系列照片进行定量测试分析,以解决微米或更小量级区域的变形场的定量测量问题.对源于文献[5]的疲劳裂纹扩展系列照片的初步测量结果证实了上述方法的可行性.     

基于频闪栅线投影的三维微结构高频动态测试系统

在微电子机械系统(MEMS)中,执行器的动作主要通过微结构的微小变形来实现,故其动态变形测试具有十分重要的意义.本文采用栅线投影测量和频闪成像技术,研制了一套三维微结构高频动态测试系统,可以实现高速10MHz频率的动态变形测量.由于在频闪测量中,光源照明信号与器件激励信号需严格同步,本文采用直接数字频率合成和现场可编程...     

基于退相关DIC的疲劳裂纹全局动态测量方法

工程材料和结构在反复荷载长期作用下容易发生疲劳开裂, 疲劳裂纹测量对于开展科学试验研究和工程问题分析都至关重要, 但现有方法无法实现高精度的疲劳裂纹全局动态测量. 本文基于数字图像相关(digital image correlation, DIC)技术, 合理利用DIC的退相关效应, 提出一种疲劳裂纹全局动态测量及可视化方法. 该方法首先在相机采集得到的裂纹图像内, 建立具备拓扑关系的目标点云结构, 并运用DIC亚像素算法得到裂纹区域位移场, 再基于零均值归一化互相关(zero-mean normalized cross correlation, ZNCC)计算结果剔除退相关的DIC目标点(灭点). 进一步通过“三生点”算法提取得到裂纹离散边界, 并采用最小二乘法将离散边界拟合为连续裂纹边界, 实现裂纹形态的几何重构, 最终自动计算得到裂纹长度和宽度的动态变化过程. 该方法原理清晰、理论简单, 易于实现. 开展数值模拟和钢节点疲劳试验, 对相关算法和图像采集参数进行了验证, 结果表明本文方法对疲劳裂纹边界的数字化重构误差在0.5个像素内, 基于重构结果计算得到的裂纹长度和宽度误差分别为0.46像素和0.08像素(类同于0.06 mm和0.01 mm), 并成功实现了对疲劳试验裂纹扩展形态的精细化动态测量及可视化. 研究成果证明了DIC技术用于疲劳裂纹全局动态测量及可视化的有效性, 并在测量精度、效率、成本等方面具有显著优势, 可在实验室测量和工程现场测试中推广应用.      

软材料接触力学问题的实验研究

针对硫化硅橡胶在刚性压头作用下的大变形接触问题,研究了橡胶类软材料接触区区域变形场的实验测量技术。为了研究硫化硅橡胶与刚性体在试件内部接触的大变形问题,本文提出了一种体内数字栅云纹实验技术,给出了该技术的原理和实现方法。然后运用数字图像处理方法得到了橡胶材料大变形位移u场、v场,并结合橡胶材料在压头作用下的理论分区模型,分析了软材料接触区域的大变形场,讨论了接触区域的变形分区规律,并初步给出了接触区域应变计算方法。     

夹杂物附近萌生疲劳裂纹过程的细观力学实验研究

本文对夹杂物附近萌生疲劳裂纹过程进行了细观实验观察，在利用显微图象连续测量细观变形场的实验方法的基础上，对疲劳裂纹萌生过程的塑性应变场及其随循环次数增加变化的统计规律进行了研究。     

基于抗压强度推测的水工混凝土疲劳残余应变研究

提出一种使用混凝土破坏前的应力应变发展曲线, 来推求混凝土抗压强度和 峰值应变的方法. 经过试验验证, 该方法具有较高的精度, 并可以得到疲劳试 验时真实的应力水平. 在MTS 810 TestStar材料试验系统上对C15水工混凝土开 展了受压疲劳试验. 通过试验数据分析, 得到疲劳残余应变发展规律公式、疲劳 失稳判据、疲劳寿命估算式及疲劳强度等, 对水工建筑物 的疲劳损伤分析与评定具有指导意义.     

Residual-stress measurement using surface displacements around an indentation

An experimental method is described which can measure the direction and magnitude of residual and applied stress in metals. The method uses optical interference to measure the permanent surface deformation around a shallow spherical indentation in a polished area on the metal specimen. The deviation from circularly symmetrical surface deformations is measured at known values of applied stress in calibration specimens. This deviation from symmetry can then be used to determine the direction and magnitude of tensile residual stress in specimens of the same material. Determination of compressive residual stress is more limited. A model of the indentation process is offered which qualitatively describes experimental results in 4340 steel for both tensile and compressive stress. The model assumes that the deformation around an indentation os controlled by stresses analogous to those around a hole in an elastic plate. Various conditions are discussed which affect the indentation process and its use to measure stress, including (a) the rigidity of support of the indentor and specimen, (b) the size and depth of the indentation, (c) the uniaxial stress-strain behavior of the specimen material.     

切槽孔爆破动态力学特征的动焦散线实验

应用爆炸加载的透射式动焦散线测试系统,分析了有机玻璃切槽孔爆破模型的裂纹动态特征变化规律。比较了不同切槽角度、切槽深度的定向断裂裂纹尖端的扩展长度、扩展速度和动态应力强度因子。初步探讨了切槽爆破的动态效应,研究表明切槽孔爆破早期裂纹破坏模式为爆炸拉应力波作用下的I型快速扩展裂纹,裂纹尖端拉应力集中积聚的较大应变能维持了爆炸裂纹进一步扩展,裂纹尖端扩展后期表现为P波、S波共同作用下的复合型扩展特征。切槽角为60时获得的定向断裂效果最好,合理切槽深度为炮孔半径的1/4～1/2。     

用升降法求95连杆疲劳极限的探讨

为了较精确地求出95连杆的疲劳极限,本文将在材料疲劳试验中应用较广的升降法推广应用于连杆,给出了用升降法求构件疲劳极限的基本过程。文中首先选取了试验的控制因素并确定了连杆的控制点(应力被选定为控制应力的点定义为控制点)。然后在四级应力水平下进行了连杆的疲劳试验,并以最大应力幅点的应力为计算应力求出了连杆的疲劳极限。     

Measurements for dynamic deformation by mismatch white speckle method

This paper presents a simple method for measurements, of dynamic deformation by mismatch white speckle method using dynamic photoelastic device. The method is able to measure not only large dynamic deformation^[1], but also small dynamic deformation. Combined with dynamic isochromatepattern, the elastic modulus Poisson’s ratio and dynamic material fringe value of the material measured can be obtained by the method.     

含孔正交各向异性复合材料板的动应力集中

运用一种改进的非结构化四边形格子法,对含孔正交各向异性板条受面内冲击拉伸时弹性应力波的传播过程和孔边的动应力集中进行了研究．非结构化格子法采用与有限元类似的网格剖分方法,并基于围绕每个节点的积分平衡方程,并自然满足复杂边界的自由边界条件．计算中不需存储刚度矩阵,因而计算速度快、效率高、节省内存,在解决应力波传播问题中具有显著的优越性．通过对多种工况进行数值模拟,分析了材料的各向异性性质、纤维方向、孔径比、加载脉冲周期等参数对孔边动应力的影响,得到了一些规律性的结果．并与现有实验结果进行对比,验证了该方法的有效性．     

对共振频率法检测裂纹扩展量的研究

通过分析电磁共振式疲劳试验机的工作频率与试样柔度之间的关系,推导出相应的计算公式,并设计出利用微型计算机内部时钟信号检测频率的有关电路,测量精度优于0.05Hz.给出的两点标定法,使共振频率法简便易行.用共振频率法和显微镜目测法同时对三种钢材采用紧凑拉伸试样(CT 试样)进行了裂纹扩展速率 da/dN 的测试。两种裂纹检测方法的测试结果吻合很好,从而验证了共振频率法的可靠性和实用性。此种方法在试验数据的采集、处理自动化方面有优势,并且为在特殊环境下(如高温、腐蚀介质等)对裂纹的检测提供了较为简便、有效的手段。     

?????????????????????????????????

为降低用来确定疲劳极限的升降法试验的工作量，以热力学为基础，引入损伤驱动力，构建 损伤演化方程. 积分此方程得到疲劳寿命与应力或应变的理论关系. 对光滑试件，根据成组 法疲劳试验结果利用最小二乘法拟合包括疲劳极限在内的材质参数. 利用损伤力学方法求得 高应力区的疲劳寿命曲线，由此递推得到低应力区寿命值和疲劳极限. 所得理论疲劳极限值 与升降法疲劳试验结果十分吻合. 节约了疲劳试验的机时、费用与人力.     

PMMA膨胀环动态拉伸碎裂实验研究

在强动载作用下, 脆性材料的碎裂问题是一个重要的研究课题, 而脆性材料在冲击拉伸载荷下的力学行为的实验研究相对较匮乏. 提出了一种动态拉伸断(碎)裂的液压膨胀环实验技术, 可用于准脆性/脆性材料的动态拉伸. 利用该技术对有机玻璃(PMMA)圆环试件进行了不同膨胀速度下的动态碎裂实验研究. 从回收碎片的断口形貌和碎片内部残余裂纹观察可知试件的破碎由环向拉伸应力造成, 碎片断口处发出的稀疏波会将周围的拉伸应力卸载, 从而抑制其他裂纹的进一步发展. 利用超高速相机记录了试件的膨胀碎裂过程, 利用DISAR激光速度干涉仪获得了试件外表面粒子的径向膨胀速度历史, 通过试件上的应变片获得了试件的应变历史和断裂应变. 实验结果表明: 在拉伸应变率150\mathrm{~}500s^{-1}范围, 材料的动态断裂应变低于准静态加载下的断裂应变, 体现出“动脆”现象; 随着加载应变率的提高, PMMA 材料的碎片尺寸减小; 无量纲化的PMMA圆环的平均碎片尺寸介于韧性碎裂模型和脆性碎裂模型的预测数值之间, 反映出材料的准脆性特性.