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。     

MEASUREMENT IN TENSILE TEST OF TRUE STRESS-STRAIN CURVES FOR LOW-CARBON STEEL1)

针对低碳钢拉伸的真应力-应变曲线测量问题,开发了基于单相机三维数字图像相关的实验教学系统。该系统可测量低碳钢拉伸过程中的表面三维形貌和表面应变,并由此获得低碳钢拉伸的真应力-应变曲线。该实验有助于学生深入理解塑性金属材料的力学性能,培养其科研兴趣。     

低碳钢拉伸的真应力–应变曲线测量

针对低碳钢拉伸的真应力–应变曲线测量问题,开发了基于单相机三维数字图像相关的实验教学系统。该系统可测量低碳钢拉伸过程中的表面三维形貌和表面应变,并由此获得低碳钢拉伸的真应力–应变曲线。该实验有助于学生深入理解塑性金属材料的力学性能,培养其科研兴趣。     

扭力轴三维裂纹扩展寿命仿真研究

对疲劳载荷谱作用下三维表面裂纹,采用双重边界元理论求解裂纹前沿的应力应变场,运用Forman理论、最小应变能密度法和Elber模型,计算裂纹前沿各点的扩展长度、扩展方向和应力强度因子等特征量.根据增量步下裂纹几何形状的改变,对裂纹面进行网格重划分和迭代计算,模拟三维裂纹的扩展,预测裂纹扩展寿命.扭力轴表面裂纹扩展的仿真结果表明该方法合理可行.     

使用焦散线法与光弹法测定三维裂纹混合型应力强度因子

本文介绍了将焦散线法与应力冻结，“解冻”技术相结合，使焦散线法用于测量三维体内部裂纹前缘应力强度因子的实验方法，并针对复杂应力状态下三维裂纹前缘的不同应变奇异场，合理地综合运用焦散线法与三维光弹法，实际测量与分离了三维裂纹前缘混合型应力强度因子。     

表面钝裂纹的计算模型及其边界元法模拟

研究了表面钝裂纹问题的边界元模拟方法。文中通过平面应变比拟，建立了三维钝型纹的计算模型和局部场结构；并由三维边界元程序计算了表面钝裂纹前沿附近的位移场和应力场；进而利用裂纹面前沿的“张开位移”推算应力强度因子的分布文中的钝裂纹模型的有效性和离散格式的收敛性进行了考核，应力强度因子计算针对含表面裂纹的平板进行。     

采用数字图像体相关方法的核级石墨断裂特性研究

为研究核工程备选石墨(SNG742细粒石墨)的断裂性能，探明材料的三维断裂力学特性，对压缩双裂纹圆孔板(DCDC)试件进行压缩试验，使用X射线计算机断层扫描(XCT)技术对试件内部进行测量。采用数字图像体相关(DVC)方法对XCT扫描图像进行分析，获得了DCDC试件的三维位移场和应变场。通过对比DVC和有限元模型的x方向应变场，反演了试件的弹性模量。结果表明，当弹性模量取10.6 GPa时，有限元模拟结果与试验结果最接近，二者的最小应变误差约为0.09×10^-3。此外，利用XCT图像中裂缝与周围区域灰度差异明显的特点，定量分析了尺度上与主裂缝宽度接近的内部缺陷，整体上受拉区域的缺陷密度高于受压区域的，其平均值大约是受压区域的2.7倍。从试件的位移场得到裂缝的三维特征，分析表明：局部裂缝长度沿试件厚度方向呈现内部高、表面低的分布规律，裂缝张开位移与局部裂缝长度成正比，裂尖张开角基本保持不变，约为1.5°。最后，分析了裂缝前缘处应变，发现应变不随局部裂缝长度的变化而改变，其值始终保持在5.8×10^-3上下。本研究方法可为通过小尺寸试件获得材料的断...     

单个弹丸撞击316L不锈钢引起的变形场

运用金属材料表面纳米化试验机对单个弹丸撞击316L不锈钢表面进行了撞击实验;采用激光共聚焦显微镜观察了弹坑的三维形貌,测量不同振动频率下弹坑的直径及离面位移;采用云纹干涉法对弹坑周围的面内应变场进行测量,并分析振动频率及撞击方式对弹坑尺寸、塑性应变大小以及塑性应变区范围的影响;采用有限元方法对单个弹丸垂直撞击试件表面的应变场进行数值模拟,与实验结果进行比较,分析了弹坑周围残余应力的分布。结果表明:随振动频率的增加,弹坑直径和离面位移都增加,频率在50~55Hz,弹坑直径有突变,离面位移和振动频率呈线性关系;振动频率越大,塑性应变越大,塑性应变分布范围均大于弹坑直径的2倍;同一振动频率下弹丸垂直撞击比倾斜撞击的塑性应变大,而塑性应变分布范围相差不大;面内残余应变场的数值模拟结果和实验结果吻合较好,最大误差小于10%。     

橡胶类零件有限变形应力分析用的三维光弹性方法

在应力冻结法基础上，建立了橡胶类零件有限变形应力分析用的三维光弹性方法，被研究对象的拉格朗日应变可达１５％。用一个应力集中三维效应的实例说明了本方法的有效性。     

粘弹性大变形动力响应的有限元分析

本文基于Ｔｏｔａｌ Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ增量叠加方法，采用Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ应力增量和Ｇｒｅｅｎ应变增量表示的动力虚功方程和Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ应力－Ｇｒｅｅｎ应变的单积分型本构关系，导出粘弹性大变形的动力变分方程。依此采用Ｎｅｗｍａｒｋ法和八节点轴对称等参数元与二十节点三维等参数元编制了轴对称及三维问题的动力响应计算程序，典型例题的计算结果表明分析符合结构的物理性质。     

三维非均匀介质中弹性波传播的数值模拟

提出了一种三维非均匀介质中弹性波传播数值模拟的方法,文中称为三维格子法。该算法是二维格子法（一种二维非均匀介质中P－SV波传播的数值模拟算法）向三维非均匀介质情况的推广。在空间离散上该文方法与有限元方法类似,容许根据连续体的形状和介质分界面任意剖面网格,且自然满足自由表面边界条件。不同于常规有限差分法在各个节点上满足动力学微分方程,该算法通过满足各节点周围格子的整体平衡（积分平衡方程）来对问题进行求解,三维格子法所需的计算机内存及计算耗时与同阶精度的规则网格有限差分法相当。算例表明,该文提出的三维格子法具有较高的精度且可很好地模拟三维复杂形状地表对弹性波的反射和绕射。     

Strain Separation on a Nonplanar Object Using a Luminescent Photoelastic Coating

This paper presents the theoretical modeling and corresponding experimental results of the oblique incidence response of a luminescent photoelastic coating (LPC) applied to a cylinder under load. LPC is a measurement technique to acquire full-field maximum shear strain and its principal strain direction. The technique uses an absorption dye and a luminescent dye within a photoelastic coating, and the coating is applied on the surface of the specimen using conventional aerosol techniques. On 3D objects, the response of the emission field is dependent on the excitation orientation due to the surface inclination of the structural component and the out-of-plane strain component within the coating. Full-field strain separated results have been previously demonstrated on a 2D specimen. The extension of the strain separation technique to a 3D specimen—a cylinder in bending—is the focus of this investigation. Two different responses were obtained from normal and oblique excitation. As a result, the principal strain was separated over ±56° of circumference of the cylinder with RMS error relative to the theoretical result of 87 μɛ for maximum principal strain and 78 μɛ for minimum.     

曲面曲率对Rayleigh波传播特性的影响

对任意形状的均匀各向同性线弹性曲面物体,用 WKB～（1）方法求解了沿曲面传播的Rayleigh表面波的运动微分方程,同时考虑了波传播方向及其垂直方向曲面曲率对波的穿透性的影, 所获波动方程的势函数解答表明,在一般情况下垂直波传播方向的曲面曲率对波的穿透深度的影响是不容忽视的.进而以同种介质平面表面情况下的Rayleigh面波的传播特性为基准,给出了曲面曲率引起波数或波速变化的解析表达式.通过理论分析和数值算例,描述了曲面上Rayleigh面波传播行为的一些基本特征.     

三维等离子喷涂的涂层生长过程温度场数值模拟

提出了一种基于法矢量的涂层单元生成生长算法,可以在通用CAE软件划分喷涂基体四面体单元基础上,在三维曲面的待喷涂表面生成涂层三棱柱单元．利用基体四面体单元和生成的涂层三棱柱单元,采用基于匀质化宏细观连成理论的温度场计算数学模型,模拟得到三维等离子喷涂涂层生长过程的温度场．     

二维材料曲面生长:力学与化学的邂逅

理解二维材料在曲面上的生长形态和机制具有重要的理论和应用价值,但现有关于二维材料曲面生长的力学行为及形貌演化规律的研究极为缺乏.二维材料曲面生长会导致薄膜变形及其相关的应力/应变.这类应力可引发二维材料的滑移、屈曲、褶皱、断裂和离面运动等二次力学行为,并直接与生长反应耦合,进而改变材料的生长过程.与化学能和表面扩散主导的平面生长不同,曲面生长二维材料的形貌受曲面几何形状和材料力学行为的共同影响,会产生更为复杂多样的生长形貌.通过总结国际上相关研究进展,剖析了模拟曲面生长二维材料所面临的科学问题,并论述了如何结合原子模拟(如分子动力学和蒙特卡罗模拟)与唯象理论(如相场方法)开展多尺度计算研究,再辅以实验揭示二维材料曲面生长规律.     

COMPARISON OF GRANULAR MATERIAL BEHAVIOUR UNDER DRAINED TRIAXIAL AND PLANE STRAIN CONDITIONS USING 3D DEM SIMULATIONS

Three dimensional (3D) DEM (discrete element method) simulations of drained triaxial compression and plane strain tests are presented for both dense and loose assemblies of polydisperse spheres using a...     

用光力学和有限元法确定钢壳的动态响应

本文提出了壳体在冲击载荷作用下三维位移分布的光力学方法的实验解和有限元数值解。采用一种新型的电磁脉冲加载装置,实现了对试件施加重复性很好的冲击载荷,利用测得的力一时间关系曲线作为外力边界条件,用逐步积分法对壳体在冲击载荷下的动态响应作了分析。光力学方法的实验解和有限元数值解吻合较好。     

Residual strain evaluation of curved surface by grating-transferring technique and GPA

This paper investigates an advanced grating-transferring technique combined with geometric phase analysis (GPA) for residual strain evaluation of curved surface. A standard holographic grating is first transferred to a pre-produced epoxy resin film and then consolidated to a test region of curved surface. With a rubber mold and silicone rubber the deformed grating is replicated to a sheet metal after hole-drilling for release of residual stress. After that the grating is transferred from the sheet metal to the glass plate, which would be served as an analyzer grating (specimen grating). By GPA the local strain distributions related to the phase difference between the reference grating and analyzer grating for the released stress can be evaluated. A validation test has been conducted on the weld joint of a stainless steel tube and the obtained results demonstrate the ability of the method in measuring the residual strain of curved surface.     

ATOMISTIC CALCULATIONS OF SURFACE ENERGY OF SPHERICAL COPPER SURFACES

Surface plays an important role in the physical and mechanical behavior of nanostructured materials and elements, however surface energy of curved solid surfaces has not been fully understood. In the present letter, surface energy of spherical particles and cavities in FCC copper is calculated by embedded atom method. The numerical simulations reveal that the distribution of atom energy is non-uniform on the curved surfaces. However, when the radius of spherical cavity or particle is larger than 4 nm, the average surface energy density keeps almost constant irrespective of its location and radius.     

薄壁曲梁的稳定极限承载力

曲梁极限承载力涉及弯扭强度和稳定两方面的问题．尤其是曲梁进入弹塑性阶段后,截面上弯曲应力和扭转应力将不再保持原有的比例关系,问题变得更为复杂．水平曲梁在弹性和弹塑性阶段工作特性的研究成果为其工程应用提供了理论依据．在总结不同曲梁稳定极限承载力公式的基础上,通过对已有有限元计算结果的非线性回归,得到了工程实用的曲梁极限承载力估算公式．