复合材料光弹性分析的近似方法

本文提出了一种用于光弹性复合材料的简化应变——光学定律。按照这一简化定律。模型材料的主应变差和主应变方向只要利用光弹性实验测出的等差线与等倾线即可求得。些是一种正交异性光弹性分析的近似方法,这一方法所得结果与实验数据比较,最大误差在10％左右。由于采用简化应变——光学定律使得正交异性光弹性分析工作大为简便,因此它是一种适合于工程应用的近似方法。     

弹性力学的几个新概念及其一种应用

本文提出了如下一些新的基本概念: 1.一点应力状态和应变状态的规范表示; 2.各向异性弹性体的本征弹性模量概念; 3.异性主方向概念; 4.规范空间的结构; 5.模态应力和模态应变概念; 6.正则虎克定律。 作为新概念的应用的例子,本文建立了一种新的强度理论——理性强度理论,它与现有一切强度理论有原则性的差别。     

"各向同性"的一个等价性质

本文证明,材料在线性弹性范围内,"在任何应力状态下,其应变主方向同应力主方向总重合"这一性质与"材料各向同性"是等价的。我们知道,对于各向同性材料,其应变主方向同应力主方向总是重合的。因此,这里只需证明:如果材料在任何应力状态下,其应变主方向和应力主方向总重合,则该材料必是各向同性材料。其证明如下。     

地应力与地应变的定向测量

测量地表或地壳上层岩石中的应力和应变,工程界常用弹性力学平面问题原理,先实测平面内三个方向上的某种几何量或物理量,然后从力学公式算出平面内主应力或主应变的大小和方向,再用应力或应变分析公式计算平面内任一方向上的应力或应变.许多实际工作往往要求我们着重了解某一指定方向上的应力或应变,随时监视它们的变化.此时若仍用上述算法,是绕道的. ...     

用DSPI方法和栅线投影法测量任意曲表面的三维变形

本文采用数字散斑干涉法和栅线投影法同时测量了任意曲表面的三维位移和三维形貌，并运用数字图像处理技术分析了曲表面的三维应变场，用实验方法获得了曲表面的主应变和主方向。     

基于主应变场的混凝土全表面开裂特征实时测量与分析

测量裂纹的扩展过程对于揭示混凝土结构的破坏机理和评价其力学性能十分重要. 本文提出了一种基于混凝土表面变形场的裂纹定位和宽度测量方法, 首先基于多相机数字图像相关方法得到混凝土试件表面的高分辨变形场, 发现开裂引起的位移梯度使裂纹附近的虚主应变场明显区别于未开裂处, 且主应变场在裂纹法线方向近似高斯分布. 借鉴在激光条纹中心线定位中广泛采用的Steger算法思想, 提出了基于主应变场的裂纹定位方法, 并将裂纹两侧位于法线上的面内位移向量做差沿裂纹法线方向上的投影为Ⅰ型裂纹宽度, 沿裂纹切线方向上的投影为Ⅱ型裂纹宽度, 最终得到了裂纹每一点的位置和宽度. 利用高精度平移台设计了模拟裂纹扩展的实验, 以验证Ⅰ型裂纹宽度的测量精度. 实验结果表明: 裂纹宽度的测量误差在0.010 ~ 0.017像素之间, 与理论预测相符; 测量误差的标准差在0.006 ~ 0.008像素之间, 测量结果比较稳定. 在同等分辨率下, 本文方法的测量精度优于基于图像的裂纹测量方法. 本文提出的方法可以全自动、实时地测量裂纹扩展, 为混凝土实验提供了一种可靠、精确的全场裂纹测量手段.      

一种碳纤维织物增强复合材料应变率相关的各向异性强度准则

为了获得一种碳纤维二维正交平纹机织布增强树脂基复合材料在一维应变状态下的强度准则,在已完成的准静态和动态压缩实验的基础上,拟合出了单轴压缩下三个主方向上的计及应变率的应力-应变关系式,进而得到初始屈服应力和压缩破坏强度与应变率相关性表达式。依据该表达式,得到了该复合材料在一维应变下考虑应变率效应的Tsai-Hill屈服强度和破坏强度准则方程。通过计算,考察了Tsai-Hill屈服强度和破坏强度准则随应变率的变化规律。结果表明,本文中研究的复合材料的强度性能,不但存在应变率效应,而且这种效应是各向异性的。     

滚筒式洗衣机减隔振系统刚度阵的计算

本文针对滚筒式洗衣机弹簧减隔振系统的刚度阵的计算，提出了一种方便而概念清晰的方法。该法根据弹簧的主刚度方向，引入一个方向余弦矩阵和一个座标变换矩阵，通过两次矩阵变换，即可得到所求矩阵。     

光弹贴片主应变分离方法与新仪器研究

本文针对光弹性贴片法目前存在的技术困难，提出了一种分离主应变的钻孔法，利用孔边条纹级别比近似代替测点主应变比，达到了简便地分离主应变的目的。研制了一台新型小巧轻便的反射式偏光仪，便于钻孔法及野外现场试验中使用。     

复合型裂纹扩展的应变能准则

现有的复合型裂纹扩展准则主要可分为两大类,一是以裂纹扩展前的应力-应变场为基础,二是基于能量平衡观点的能量释放率理论.例如,最大切向应力准则,最大主切向应力准则,最大切向应变准则和应变能密度准则都属于前者;Griffith-Irwin能量准则则属于后者.所有的这些准则几乎都假设裂纹扩展将沿着以裂纹尖端为中心的射线方向,并且在此方向上的某个基本函数存在着一个极值,当此极值达到临界值时,裂纹开始失稳扩展.这些准则的着眼点都是只考察裂纹尖端附近某一点处的某个力学参量(如应力、应变、应变能密度或能量释放率等)的变化.本文所考察的则是裂纹尖端周围某一特定区域内总应变能的变化.     

用反向渐进结构优化方法研究洞室支护优化

洞室开挖支护的优化是在铁路隧道、矿山开挖、水电站建设中经常面对的课题,特别是研究洞室开挖支护拓扑优化有着重要的意义。本文利用近年来发展的渐进优化方法(ESO)的概念,提出了反向ESO方法的迭代格式,建立了洞室开挖支护优化的准则及其敏感度,研究了均匀地基不同地应力条件使得开挖卸荷产生的总应变能最小的最优支护拓扑。结果证明了反向ESO方法的适用性,最优支护拓扑大致成椭圆或者圆形,其主轴方向与最大主应力主轴方向相同。     

基于等效静态载荷法的非线性动态拓扑优化

等效静态载荷法是目前解决动态拓扑优化问题的一种有效方法,但是由于未考虑塑性变形中应力应变关系的时效性,会导致等效载荷偏大和载荷方向偏差,因此无法有效处理材料的非线性问题.据此,提出一种基于模量比率因子的等效静态载荷计算方法.首先,根据结构应力、应变和杨氏模量之间的函数关系,计算各时刻的计算杨氏模量;然后,得到各时刻的模...     

关于均匀变形的应变主方向

本文通过对非奇异线性变换的定向分解，证明了处于均匀变形的物体中，任意平面内至少存在两个互相正交的应变主方向，以及该物体内应变能密度，在上述线性变换的任意一个准主基下，可表示为５个实数的函数。     

贴片光弹性应力分离的一种新方法

本文介绍了在贴片光弹测试中分离主应力的一种新方法.它是借助于一种电容传感器,通过测定主应变之和从而达到分离主应力的目的.     

几种应变检测的光力学测试方法及其比较

应变测量技术在工程应用中有重要意义.一是它可以直接用来获得应力场,可以用来评价材料的安全性和可靠性;二是应变梯度很大的部位往往又是材料破坏的起始点,所以应变测量又可以用于进行材料的无损检测.当前几种光力学方法受到了重视,即云纹干涉法、电子剪切散斑干涉法和数字相关散斑法,对上述方法的原理、光路设计、特点作了介绍,以便这些传统方法的进一步推广,文中还特别介绍了一种作者近来在国内率先开展的微压痕应变花法.这一方法可以方便用于金属等材料上,可以较精确定量研究测试物体的应变而且对刚体位移不敏感,应用起来更加直接和方便,更有推广和应用前景.本文有利于针对研究对象的特点,选用更加合适的应变测量方法.     

树脂基复合材料粘弹性损伤本构及其实验测定

粘弹性是复合材料最重要的力学性能之一。基于Ｂｏｌｔｓｍａｎ迭加原理和Ｓｃｈａｐｅｒｙ非线性粘弹性理论，本文提出了一变量分离式粘弹性本构关系，且由Ｋａｃｈａｎｏｖ“连续性”概念，将损伤变量引入本构关系式中，按不同的加载速度和加载方向对正交玻璃布－环氧材料进行了加、卸载实验研究。根据Ｌｅｍａｉｔｒｅ和Ｃｈａｂｏｃｈｅ由宏观弹性常数变化确定损伤量的方法，测得材料的损伤并用一二次函数表示。通过对实验数据的一系列处理方法，确定了材料常数，验证了本文理论的有效性。实验表明，当纤维做为主要承力者时，无粘性产生，材料的损伤和总应变相关而与应变率无关，并得到强度值随应变率增加而升高，极限应变不随应变率变化的结论。     

均衡型层合板

本文在经典层合板理论的基础上讨论了层合板的均衡型问题.给出了既适合阿络理论也适合层合板理论的广义均衡型条件;阐明了均衡型的力学机理.均衡型是使层合板面内各方向具有相同相对伸长时的铺层形式.说明了均衡型层合板的应变和应力计算方法.引入均衡应变概念,讨论了与金属层复合时层合板的均衡型,并用表格形式开列了网络理论的相应公式.本文的结果不仅适合同种纤维增强的层合板,也适合不同种纤维增强的混杂层合板.     

内压圆筒斜接管结构的棘轮效应分析

利用自行设计的圆筒斜接管面内弯曲加载装置, 采用电阻应变法, 在多轴疲劳实验机上对循环弯曲载荷作用下的20$^{\#}$钢内压圆筒斜接管结构进行了棘轮效应试验, 发现斜接管结构的锐角区存在棘轮应变, 且主要发生在第一主应变方向即指向焊缝的方向. 对于所研究的实验结构, 最大棘轮应变点出现在对称面锐角区的接管侧. 采用阶梯加载的方法确定了各考察点的棘轮边界. 选取4种典型的随动强化模型, 借助ANSYS软件的二次开发对面内循环弯矩作用下内压斜接管结构的棘轮效应进行数值模拟, 发现Ohno-Wang模型及基于Ohno-Wang模型的改进模型对棘轮应变的预测较为准确. 采用MJS(modifed Jiang-Sehitoglu)模型按等效塑性应变增量控制法得到了与实验结果基本吻合的各考察点的棘轮边界, 并根据最大棘轮应变点的数据确定了结构的棘轮边界, 可用于该结构的塑性安定性评价.      

RESEARCH ON DYNAMIC MECHANICAL RESPONSE AND CONSTITUTIVE MODEL OF PORCINE LIVER

在交通事故中,腹部器官常因冲击载荷作用而受到伤害,严重时甚至危及生命.肝损伤是腹部损伤中最为常见的一种,致死率很高,了解肝脏的动态力学性能对于事故中肝脏的损伤评估及防护设计有着重要的意义.从新鲜的猪肝组织中取肝实质部分制作试样,利用英斯特朗材料试验机对其进行两种加载率（0.004 s^-1,0.04 s^-1）和两种加载方向（垂直肝脏表面和平行于肝脏表面）的准静态压缩试验,并压缩至破坏.利用改进的分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar,SHPB）实验装置沿平行于肝脏表面方向进行三种高应变率（1 300 s^-1,2 400 s^-1,4 500 s^-1）的动态压缩试验.结果表明：所有应变率下的猪肝压缩应力应变曲线都呈非线性凹向上特征,初始阶段应力值很低,应变约30%后应力幅值显著增大;准静态压缩时,两种应变率（0.004 s^-1,0.04 s^-1）和两种加载方向下肝脏组织破坏应力和破坏应变等力学性能无显著不同,平均破坏应变为48%,平均破坏应力为0.45 MPa.高应变率下肝脏组织的流动应力明显高于准静态下的流动应力,表现出一定的率敏感性.采用Yeoh型超弹性本构模型描述猪肝组织准静态力学性能,基于黏超弹性模型理论,提出了一个能描述肝脏组织从低应变率到高应变率范围力学性能的率相关本构模型,该模型与实验结果有很好的一致性.     

猪肝动态力学性能及本构模型研究

在交通事故中,腹部器官常因冲击载荷作用而受到伤害,严重时甚至危及生命.肝损伤是腹部损伤中最为常见的一种,致死率很高,了解肝脏的动态力学性能对于事故中肝脏的损伤评估及防护设计有着重要的意义.从新鲜的猪肝组织中取肝实质部分制作试样,利用英斯特朗材料试验机对其进行两种加载率(0.004 s~(-1),0.04 s~(-1))和两种加载方向(垂直肝脏表面和平行于肝脏表面)的准静态压缩试验,并压缩至破坏.利用改进的分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)实验装置沿平行于肝脏表面方向进行三种高应变率(1 300 s~(-1),2 400 s~(-1),4 500 s~(-1))的动态压缩试验.结果表明:所有应变率下的猪肝压缩应力应变曲线都呈非线性凹向上特征,初始阶段应力值很低,应变约30%后应力幅值显著增大;准静态压缩时,两种应变率(0.004 s~(-1),0.04 s~(-1))和两种加载方向下肝脏组织破坏应力和破坏应变等力学性能无显著不同,平均破坏应变为48%,平均破坏应力为0.45 MPa.高应变率下肝脏组织的流动应力明显高于准静态下的流动应力,表现出一定的率敏感性.采用Yeoh型超弹性本构模型描述猪肝组织准静态力学性能,基于黏超弹性模型理论,提出了一个能描述肝脏组织从低应变率到高应变率范围力学性能的率相关本构模型,该模型与实验结果有很好的一致性.