基于DIC技术的爆炸应力波过异质界面应变场演化规律实验研究

采用氯仿粘结聚碳酸酯（polycarbonate, PC）板和聚甲基丙烯酸甲酯（polymethylmethacrylate, PMMA）板模拟含异质界面模型;在PC介质中布置柱状炮孔并与界面呈一定角度,根据炮孔端部与界面相对位置,分别于柱状炮孔两个端部设置起爆点,起爆点远离界面端部时定义为孔口起爆,靠近界面端部时定义为孔底起爆;借助数字图像相关实验系统,研究爆炸应力波通过异质界面后PMMA介质应变场演化过程及炮孔底部区域拉、压应变变化规律。实验结果表明,异质界面改变了爆炸应力波过界面后的传播形态。孔口起爆时,异质界面受爆破荷载作用后易形成应力集中区,界面处产生开裂,横向拉伸波作用是造成异质界面开裂的主要原因。起爆方式对过界面后介质PMMA的横/纵向拉、压应变场作用贡献不同,主要体现在应变场强度、拉/压应变场位置分布2个方面。在炮孔底部区域,起爆方式对应变场时程特性的影响主要体现在作用时效长短和应变强度2个方面。孔口起爆时,横/纵向应变体现出短时效、高强度的变化特征。就应变强度而言,起爆方式对横向压应变的影响显著强于其对纵向拉应变的影响。对空间分布特性影响主要体现在衰减程度,起爆方式对纵向应变衰减程度影响较大。无论采用何种起爆方式,爆炸应变场在PC介质中衰减速度较快,进入PMMA介质后衰减速度显著降低。

     

界面剪切实验研究

用云纹干涉法测量了带边裂纹的双材料四点简支梁在剪切作用下界面表面的剪应变分布及界面两侧局部表面的位移场（Ｕ、Ｖ场），试件是由弹性模量相差悬殊的铝合金和环氧塑料两种材料制成。文中给出了试件制备、实验方法和测试结果。     

单向增强玻璃钢复合材料静/动态拉伸实验研究

本文针对单向增强玻璃钢复合材料,进行了一系列静/动态拉伸试验,利用高速摄影与DIC相结合的方法,获得了材料不同方向、不同应变率的应力-应变曲线以及材料在不同方向上的动态失效应变,精确地描述了材料的静/动态拉伸及失效行为。实验结果表明,纤维增强方向在不同应变率(10^-3、10、10^2 s^-1)拉伸应力-应变曲线均存在一个刚度减小的刚度变化点N,变化后的Echanged分别为初始弹性模量Einitial的67.5%、39.0%、21.4%。此材料在不同应变率(10^-3、10、10^2 s^-1)拉伸情况下,纤维增强的方向1上强度最高(分别为608、967、1 123 MPa),方向2强度最低(分别为75、67、58 MPa),方向3强度较低(分别为90、151、221 MPa)。利用高速摄影与DIC相结合的方法,获得了100 s^-1应变率下,不同铺层方向破坏时刻的动态失效参数(方向1~3的动态失效应变分别为0.267、0.078、0.099),可以更加精确地描述此单向增强玻璃钢复合材料的动态失效行为。     

砂岩方梁断裂过程区范围的实验确定方法

裂纹前端的断裂过程区是引起岩石非线性断裂及尺寸效应的主要原因。利用数字图像相关技术对砂岩开展了三点弯曲梁实验,获得观测区域高精度的全场位移和应变数据,根据断裂韧带区域水平位移和水平应变的分布特征,结合裂尖岩石颗粒变化的微观分析,提出采用裂纹尖端水平位移波动性和水平应变突变性所得到的波动系数和水平应变突变值,确定断裂过程区形状和临界尺寸的方法。结果表明:砂岩断裂过程区的形状为不规则的狭长带状区域,断裂过程区的临界长度为11~13mm,临界宽度为1.58~2.36mm。断裂过程区区域内形变在趋向裂尖时呈指数增加,但其单位区域内的形变增量呈波动状态。该方法能够更加准确判断岩石断裂过程区的范围,有助于分析岩石的非线性断裂特性。     

基于数字图像相关技术的岩样破坏实验的应用研究

为了解喀喇昆仑公路(中国段)沿线岩石裂纹演化及受力后的力学性能(位移和应变),采用数字图像相关技术,对三点弯曲加载条件下的灰白石英粉砂岩和片麻岩试件在万能试验机上进行了破坏实验,得到了外力作用下裂纹生成、扩展等演化过程及两种岩样在加载直至破坏过程中的位移场和平均应变曲线。实验结果表明,在相同条件下,灰白石英粉砂岩比片麻岩更易脆断,片麻岩在受力断裂破坏时出现了多条裂纹,导致试件加剧断裂,研究成果为了解这一地域的岩石强度及破坏规律提供了实验依据。     

内燃机磨合与表面改性实验研究

针对EQ6100型汽油机,利用内燃机磨合台架试验装置对所研制的内燃机专用磨合油与普通15W／40内燃机油进行对比磨合试验,对磨合油液进行直读铁谱分析,对缸套－活塞环磨合表面形貌及元素组成进行测试分析。结果表明：专用磨合油的磨合效果明显优于普通内燃机油;超细金刚石微粉可以加速磨合进程,分化并减小磨屑尺寸,从而避免缸壁拉伤和改善缸套－活塞环摩擦副的摩擦学特性。     

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。     

垂直界面裂纹断裂力学问题的实验研究

用实验方法研究了具有垂直界面方向裂纹的界面断裂力学问题．根据实验结果对裂尖区域的奇异性性质、角位移分布、应力强度因子等进行了分析，并将实验结果与理论结果进行了比较和讨论     

低碳钢滑移带的实验观测

针对一些文献对低碳钢滑移带描述的不准确性以及实验教学的需要,提出一种观测低碳钢滑移带的实验方法.该方法采用数字图像相关技术提取低碳钢试件在单向拉伸过程中的表面位移场和应变场,直观的显示出滑移带产生和传播的过程.实验教学表明,该实验不但能有效地揭示低碳钢滑移带的特性,而且还能激发学生的科研兴趣,教学效果良好,值得推广.     

微纳米材料及其结构的界面强度的实验研究

介绍了近年来微纳米材料强度实验测试研究方面的最新进展,重点综述了可用于微纳米材料及其结构中界面强度测试的实验系统、测试方法及结果.主要内容包括:测试微纳米薄膜界面端分层裂纹启裂的夹层悬臂梁方法,测试纳米岛/衬底间界面结合强度的改进AFM (atomic force microscopy)方法, 测试裂纹沿界面扩展的预裂纹法,可实现纳米薄膜界面裂纹原位观察的实验测试方法,测试薄膜在疲劳、蠕变条件下界面裂纹扩展的改进4点弯曲法等.除了总结分析测试结果,还讨论了上述实验方法的优缺点和适用范围,并指出了微纳米材料界面强度实验研究方面的一些挑战与难点,最后提出了若干需要继续研究的课题.      

数字图像相关曲面拟合法相关系数修正算法的实验研究

为了提高数字图像相关曲面拟合法亚像素定位精度,经研究发现,在实际应用中,曲面拟合法在亚像素位移为0.5像素左右时会发生较大的波动,与实际亚像素位移发生一定偏离,导致此位置位移的不连续。本文通过分析曲面拟合法亚像素位移偏离真实位移的原因,给出了具体修正方法,用模拟平移实验讨论了修正系数k和子区大小对修正结果的影响,用三点弯曲实验验证了修正方法在复杂变形情况下的有效性,提高了曲面拟合法在实际应用中的测量精度。     

超声表面波检测金属材料表面应力的实验研究

本文应用声弹性理论研究了表面波在金属材料表面的传播速度和表面应力之间的关系,优化了表面波声弹性公式,建立了应力和表面波相对传播时间差的关系。通过构造实用的微型表面波探头,采用数字相关法计算了不同应力下的表面被传播时间差,确定了A3钢的表面波传播时间差与应力的关系式。同时分析了试件表面粗糙度和平整度对表面波速度变化的影响,最后给出了金属材料在不同表面条件下的实验分析结果。     

梯度功能材料热弹性应变场分析

本文采用显微数字散斑相关方法，对梯度材料在稳态梯度温度场分布状态下应变场进行了实验与理论计算的研究，并对结果进行了比较与分析，从而为研究、设计、制备梯度功能材料提供了实验方法，并可以梯度材料理论研究的发展提供依据。     

竹材层合板弯曲破坏机理的实验研究

竹材层合板是为了满足一定的使用要求，由多层单向板按同一方向整齐排列、胶合、加热固化处理而成的复合结构体。由于竹材层合板的各向异性和非均匀性，它的力学行为十分复杂，特别是弯曲时不仅各个单层产生损伤破坏，而且伴随着层间胶接层的开裂。本文对竹材层合板的弯曲破坏特征进行实验研究；一系列包含变形信息的数字散斑图像被记录；采用数字散斑相关技术(DSCM)提取了三点弯曲变形过程中的面内位移场信息，分析了不同变形阶段的位移场；给出了不同弯曲变形阶段试件的应变场分布和应变集中现象；分析了中性轴在胶层开裂、层内纤维撕裂等复杂应力情况下的演化过程及规律。最终一些宏微观破坏机制被分析，例如基体开裂，界面损伤与撕裂，界面与裂纹作用等。这些研究结果将为竹材层合板的破坏机理等力学行为的研究和工程应用开发提供实验依据。     

DIGITAL IMAGE CORRELATION STUDIES FOR FATIGUE MICRO-CRACK INITIATION AND PROPAGATION OF NI BASED SUPERALLOY

An experimental investigation on the mechanical mechanisms of fatigue micro-crack initiation and propagation of a nickel-based superalloy is presented. By coupling digital image correlation method and scanning electron microscope, the fatigue residual strain distribution at the grain scale has been obtained. The results showed that there is a trend of accumulation for the residual strain. Micro-cracks are more likely to initiate in or near the areas with particularly large residual strain, and propagate along the large-strain paths.     

塑料表面改性对其摩擦学性能影响

论述了采用离子注入、气相沉积、激光熔敷和等离子喷涂等表面改善塑料摩擦学性能方面的研究现状和进展,分析了塑料表面离子注入改性的机理,指出采用合适的表面改性工艺可有效地提高塑料表面的硬度并进而提高其耐磨性,从而进一步延长塑料的使用寿命 ,扩大其段А     

表面改性技术在微动摩擦学领域中的应用

对近年来国内外在采用表面改性技术改善材料的抗微动损伤性能方面的研究和进展作了简要的综述。分析了各种表面改性层在微动摩擦学中的应用和作用机制。指出采用多种表面改性手段，如表面机械强化，表面化学处理及表面涂覆等可不同程度地提高材料的抗微动损伤性能，延长零件的服役寿命。     

铝质材料的摩擦学表面改性

在工程应用中，铝质材料是一类重要性仅次于钢铁的金属材料。但是，铝质材料作为摩擦学材料，却存在着质软、摩擦系数高、磨损大、容易拉伤且难以润滑等严重弱点。为了总结科学工作者在铝质材料的摩擦学表面改性方面的研究成果，借以推动有关工作的深入开展，对这类材料的各种摩擦学表面改性技术的研究进展及其发展现状作了概述，其中，重点综合介绍的是本世纪八十年代新发展起来的自润滑阳极氧化铝处理技术的基本原理、处理方法和应用等，同时，根据有关的测试和分析结果，对自润滑阳极氧化铝在研究和开发工作中所存在的一些问题，以及产生这些问题的原因等进行了分析与讨论，并就其今后的发展方向和应当进行改进研究的几个重点课题作了预测与评述。     

表面形貌变形对塑性成形滑动接触界面摩擦的影响

为了更好地理解塑性成形滑动接触界面的摩擦行为,构建了一种新型的摩擦试验装置,运用表面纹理化技术制备了两类表面形貌的1050铝材试件,在不同的接触压力和滑动速度条件下进行一系列拉伸摩擦试验.对试验前后试件三维表面形貌进行了测量;提取真实接触面积比、封闭空体面积比和开放空体面积比等三维表面参数,来描述试件表面形貌的变化.试验发现:摩擦系数随名义接触压力和滑动速度增加而逐渐减小;试件初始表面形貌对摩擦有明显的影响;试件表面形貌和参数随接触条件出现了规律性变化.基于机械流变模型的分析表明:随着试件表面形貌变形,不同的机理决定界面摩擦行为,摩擦系数对名义接触压力和滑动速度的依赖性可分别归因于微观塑性流体动压润滑效应和入口区流体动压牵引效应.