三维DIC在GFRP锚杆拉伸力学性能测试中的应用

随着玻璃纤维增强塑料(GFRP)广泛运用于轨道交通及边坡加固中,其力学性能的测试显得尤为重要。基于三维数字图像相关(DIC)方法,研究了三种不同加载速率下GFRP锚杆的拉伸力学性能,分别得到了应力-应变曲线及弹性模量、抗拉强度、最大力总延伸率等参数。实验结果表明,螺旋状变截面锚杆的轴向应变呈非均匀分布,由三维DIC得到的锚杆弹性模量结果一致性优于传统的接触式引伸计方法,GFRP锚杆几乎呈线性分布的应力-应变曲线表明该材料为典型的脆性材料。     

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。     

三维DIC在铸铁拉伸试验中的应变测量精度研究

基于三维数字图像相关方法(3D-DIC)的拉伸实验研究了铸铁的拉伸力学性能,分别得到了应力-应变曲线、弹性模量、抗拉强度、延伸率等拉伸力学性能参数．将3D-DIC应力-应变的测试结果与目前实验中使用广泛的接触式引伸计方法的实验结果作了对比,得到两者的应力-应变曲线基本重合,弹性模量相差不超过4%．此外,还对3D-DIC和机械引伸计的应变绝对误差和相对误差作了详细比较,实验表明3D-DIC在铸铁拉伸力学性能测试中具有足够的应变测量精度,完全可以取代传统引伸计成为一种有效的非接触式变形测量手段．     

数字散斑相关法在聚偏氟乙烯压电薄膜力学性能测试中的应用

利用数字散斑相关方法对PVDF透明压电薄膜进行了单轴拉伸力学性能研究。首先比较了喷漆与不喷漆两种条件下不同厚度薄膜的单轴拉伸曲线,发现当薄膜厚度超过一定值时,样品表面喷漆与否对测试结果无显著影响。然后,利用数字散斑相关方法对PVDF挤出薄膜进行了单轴拉伸下的应力-应变关系研究,得到了PVDF薄膜的应力-应变曲线和反映PVDF薄膜全场应变信息的三维信息图,以及线性阶段的弹性模量和泊松比。实验结果表明:数字散斑相关方法用于PVDF压电薄膜的力学性能研究是一种行之有效的方法。     

基于三维DIC方法的高强钢拉伸力学性能测定

高强度钢在建筑等工程领域发挥着极为重要的作用,因此准确测定其力学性能具有至关重要的意义．鉴于传统机械引伸计在小尺寸试样变形测试中的不便性,利用三维数字图像相关(3D-DIC)方法,对8.8级螺栓和Q690钢这两类试样在单轴拉伸试验全过程中的变形进行了测试,分别得到了应力-应变曲线、弹性模量、屈服强度、强度极限、断后延伸率和断面收缩率,由于试样在屈服阶段应变增加而应力基本不变,因此同时研究了该阶段中试样从弹性变形演化到塑性变形的发展规律．实验结果表明三维DIC在小尺寸试样力学性能测试方面具有很强的优越性,可用来灵活地测量变形并研究变形的演化规律．     

多晶石墨烯拉伸力学性能及其影响因素的灵敏度分析

晶粒尺寸、温度和应变率等对纳米材料的力学性能有重要影响。本文通过分子动力学（MD）数值模拟,分析了不同晶粒尺寸多晶石墨烯在不同温度、拉伸应变率下的杨氏弹性模量、极限应力、极限应变等拉伸力学性能。结果表明,晶粒尺寸、温度和拉伸应变率对拉伸力学性能有较大影响。利用正交实验法,分别分析了杨氏弹性模量、极限应力和极限应变对晶粒尺寸、温度和拉伸应变率的敏感程度。结果表明,杨氏弹性模量和极限应力对影响因素的敏感程度由大到小依次为晶粒尺寸、温度和拉伸应变率;极限应变对影响因素的敏感程度由大到小依次为晶粒尺寸、拉伸应变率和温度。研究结果可为多晶石墨烯的理论研究和工程应用提供参考。     

玻璃布—环氧层板动态力学性能和温度相关性的研究

在不同温度环境下,利用ＭＴＳ材料试验机,采用中等就变速度（１／Ｓ）,对玻璃布－环氧层板实施了冲击拉伸实验,测试了材料在不同温度、不同应变速率下的应力应变曲线,确定了杨氏模量、拉伸强度和泊松比等和学参数。实验结果表明,玻璃布－环氧反具有明显的应变率、温度效应;在室温以上温度环境下,该层板具有动态韧性。还分析讨论了复合材料拉伸试样设计的一些主要问题。     

骨细胞培养过程对羟基磷灰石力学性质影响的研究

采用数字图像相关方法研究骨细胞对人造羟基磷灰石力学性质的影响.采用了三种试样:羟基磷灰石试样、培养了骨细胞的羟基磷灰石试样、用戊二醛溶液浸泡的羟基磷灰石试样(与培养骨细胞同样环境但不培养骨细胞).研究得到了试样完整的应力-应变曲线;同时测出弹性模量和泊松比,还测量了压缩极限应力.实验结果表明试样的应力-应变曲线在断裂前呈良好的线性关系;戊二醛溶液不影响羟基磷灰石的弹性模量和泊松比,但会使压缩极限应力降低;骨细胞培养过程能使羟基磷灰石材料的弹性模量和强度增加(所培养的骨细胞约占表面积3.75%).对照显示,羟基磷灰石培养骨细胞后其弹性模量增加了15.2%,压缩极限应力增加了26.1%.     

高温环境下T300/BMP350拉伸力学行为研究

对不同温度下的耐高温树脂基复合材料T300/BMP350的0°和90°单向层合板进行静载拉伸实验,得到材料在不同温度下的应力-应变响应,分析了温度对材料的力学性能影响。通过高温应变片采集到材料在高温环境下的热输出和破坏时的极限应变,分析了材料的热行为。通过分析材料的应力-应变曲线和失效模式,研究了材料的损伤和失效机理。研究结果表明:T300/BMP350树脂基复合材料具有很好的耐高温性能。高温下0°方向的拉伸强度和模量保持率达到80%以上,90°方向的拉伸强度和模量保持率可以达到50%以上。高温环境对材料的极限应变影响不大,材料破坏模式均为脆性破坏。基于实验结果,对材料的强度随温度的变化进行拟合,预测了该材料在350℃时0°和90°的拉伸强度。     

纳米金属丝拉伸破坏及其应变率效应

建立了适于研究纳米金属快速变形破坏过程的分子动力学模型,并对不同应变率工况下不同截面尺寸单晶镍纳米丝的零温单向拉伸破坏过程进行了分子动力学模拟.模拟得到各种纳米镍丝的应力-应变曲线、屈服应变、屈服强度、断裂强度和初始弹性模量,提出了纳米金属丝快速变形力学性能的应变率效应预测公式并加以验证.计算表明金属纳米丝的屈服应变与尺寸和应变率无关,屈服强度、断裂强度和弹性模量与应变率呈对数关系.     

人工智能结合大数据技术在材料拉伸性能教学中的应用

针对材料拉伸试验获得应力?应变曲线随机性及不确定性问题,开展了人工智能结合大数据技术确定材料弹性模量、屈服强度和极限强度的教学方法.通过读取拉伸数据并构建数据库,运用概率统计理论建立合理的应力?应变曲线,并结合人工智能评估现有试验结果准确性及失效原因.人工智能与大数据技术辅助的创新教学方法,将成为材料力学教学重要的发展...     

粘性土各向异性特性的PFC数值模拟

本文采用PFC^2D来建立能够反映粘性土微观结构的模型,对不同方向的切样分别进行剪切试验,得到不同方向上剪切的应力应变曲线、剪应变-体应变曲线,求得不同方向上的弹性模量、泊松比、体积模量和剪切模量4个参数,得到其变化规律。粘性土各个方向上剪切强度峰值强度基本沿竖直方向对称分布,呈现出由竖直方向到水平方向剪切的峰值强度由大到小的变化规律。     

基于数字图像相关方法的TiO_2/PI纳米杂化薄膜低温力学性能研究

开展基于数字图像相关方法的材料低温变形测试技术的应用性研究,对材料低温力学性能的研究工作具有重要意义。本文首先将数字图像相关方法与低温拉伸系统相结合,建立了一套适用于测量低温环境下薄膜材料全场变形的测试系统。利用该系统测量了纯铜薄膜在-100℃~20℃范围内的热变形,实验结果与文献数据吻合良好,验证了该系统具有较高可靠性与准确性。其次,利用该系统对不同TiO_2含量的二氧化钛/聚酰亚胺(TiO_2/PI)纳米杂化薄膜进行低温(-60℃~18℃)单轴拉伸实验,获得了不同含量TiO_2/PI纳米杂化薄膜低温应力-应变曲线、弹性模量及泊松比,结果表明:不同含量的TiO_2/PI薄膜随温度降低,其应力-应变曲线线性趋势加强,弹性模量均有不同程度的提高,随着TiO_2纳米颗粒的引入和含量的增加,TiO_2/PI薄膜弹性模量也有明显提高;而TiO_2/PI薄膜泊松比随温度的下降和TiO_2颗粒的引入,均有不同程度的降低,但纯PI薄膜泊松比的降低随温度的下降并不显著。     

基于分形理论的锈蚀钢筋力学性能研究

为研究钢筋锈蚀后力学性能的退化规律,采用加速锈蚀方法获取锈蚀钢筋,对4根未锈蚀钢筋试件及20根锈蚀钢筋试件进行了拉伸试验。试验结果表明,在加速锈蚀条件下,锈蚀钢筋表面轮廓具有自相似性,可以用分形理论加以描述。锈蚀钢筋表面特征的不同对钢筋力学性能退化有一定影响,例如,应力-应变曲线发生明显变化,屈服强度、极限强度降低,屈服平台缩短直至消失。经过统计分析后,得出了锈蚀钢筋弹性模量、屈服强度、极限强度、极限应变等力学性能的回归公式,并在试验结果分析基础上,建立了与锈蚀表面特征参数相关的钢筋本构关系模型。上述结果可为锈蚀钢筋混凝土结构的计算及评估提供应用参考。     

基于双向光学引伸计的材料弹性常数测量

当前,光学引伸计虽然应用较为广泛,但仍然存在泊松比测量精度不高的不足,主要原因是难以同时获得具有高精度的轴向应变与横向应变．因此,本文提出将基于双向视场分离技术的远心光学引伸计应用到材料泊松比测量中．利用该引伸计,可以同时采集试件两个方向四个视场的表面信息;通过测得的双向应变—荷载曲线,得到准确的材料泊松比和弹性模量．基于该引伸计,开展了水泥试件压缩试验、不锈钢试件与环氧树脂试件拉伸试验,分别得到试件的弹性模量与泊松比．结果表明：与电测法的数据对比,该引伸计具有较高精度与较好稳定性的特点,在准确测量材料弹性常数方面具有广泛的应用前景．     

Stone-Wales拓扑缺陷对石墨烯拉伸力学性能的影响

采用Tersoff势对含Stone-Wales(SW)拓扑缺陷的单层石墨烯薄膜的单向拉伸力学性能进行了分子动力学模拟,分别研究了SW拓扑缺陷对扶手椅型和锯齿型石墨烯拉伸力学性能及变形机制的影响.研究结果表明,单个SW缺陷对两种手性石墨烯薄膜的杨氏模量几乎无影响,而对薄膜的强度、应变等力学性能和变形破坏机制的影响与手性有关.对于扶手椅型石墨烯薄膜,单个SW缺陷降低了薄膜的拉伸强度和拉伸极限应变,降低幅度分别为5.04%和7.07%.在外载作用下,新的缺陷的萌生位置出现在SW缺陷附近;而对于锯齿型石墨烯薄膜,单个SW缺陷基本不影响薄膜的力学性能和变形破坏机制.     

光弹性材料的光学-力学性能测定方法的建议

本文提出了热固化光弹性材料在室温和冻结温度下的主要光学、力学性能,即材料条纹值、光学比例极限、光学蠕变、时间边缘效应、强度极限、弹性模量、泊松比和热光曲线、冻结温度等测定方法。     

不同晶向金属纳米线拉伸力学性能分子动力学研究

在经典等温分子动力学框架下,采用位移控制加载方式,准静态数值模拟常温金属纳米线单向拉伸,研究了面心立方晶格(FCC)单晶金属铜纳米线的弹塑性力学性能.研究发现,,不同晶向的纳米线拉伸呈现不同变形力学性能,具有不同的屈服性能和等效弹性刚度.晶向拉伸具有最高的屈服强度,晶向次之,晶向屈服强度最小.特别发现晶向屈服应变最大,而晶向和晶向的屈服应变相近,且比晶向屈服应变的一半还要小.不同晶向的等效弹性模量顺序为E>E>E.通过分析晶向不同纳米线对应不同表面情况、变形过程中位错局部结构具有不同的演化方式、位错发射相关的临界分解剪应力不同,解释了纳米线弹塑性变形的机理.     

带状组织形貌对管线钢拉伸性能的影响

带状组织是管线钢中普遍存在的一种缺陷组织,研究带状组织形貌对管线钢拉伸性能的影响具有重要意义。本文首先制备了含有带状组织的管线钢拉伸试样,然后基于数字图像相关方法,结合原位拉伸装置测得了沿轧制方向(Rolling Direction,RD)和横向(Transverse Direction,TD)试样的应力-应变曲线及全场应变分布规律,最后结合带状组织形貌进行了对比分析。结果表明,通常情况下,RD的拉伸性能优于TD,这主要是由带状组织取向所造成的;然而,当RD和TD的带状组织形貌差异较大时,TD的拉伸性能也可能优于RD,如RD中带状组织连续性差的钢强度不一定高于TD中带状组织连续性好的钢,其中不连续不规则分布的带状组织所含的富铁素体区所产生的较大应变集中是导致RD较TD的强度优势降低的重要原因。带状组织取向和形貌均是制约管线钢拉伸性能的重要因素。     

不同标距及应变率下纤维丝间摩擦对Kevlar 49纤维束力学性能的影响

为了研究在不同标距和应变率下摩擦对Kevlar 49纤维束力学性能的影响,首先,利用MTI微型拉力试验机对不同标距(12.5mm,25.0mm,40.0mm)的Kevlar 49纤维丝力学性能进行拉伸测试。然后,利用MTS万能试验机对不同标距(25.0mm,50.0mm,100.0mm,200.0mm)的Kevlar 49纤维束在处理(涂油润滑)和未处理两种情况下进行静态拉伸测试。采用Instron落锤冲击系统对标距为25.0mm的纤维束(处理和未处理)进行动态拉伸测试(应变率为40s-1,80s-1,120s-1和160s-1)。最后,利用Weibull分布模型对实验数据进行统计分析,量化了纤维强度的离散性。结果表明:在一定范围内,Kevlar 49纤维丝的拉伸强度、韧性、峰值应变均随标距的增加而降低,弹性模量随标距的增加而增大。处理和未处理的纤维束静态拉伸强度、韧性、峰值应变及弹性模量相近,即在静态拉伸作用下减小纤维丝之间的摩擦对不同标距下的纤维束力学性能影响不大。随着应变率增大,相对于未处理的纤维束,经过处理的纤维束强度逐渐降低,降低幅度呈递增趋势,这表明在高应变率作用下纤维丝之间的摩擦对纤维束的力学性能影响显著。