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。     

接触式与非接触式引伸计应变和泊松比测量精度比较

接触式电子引伸计方法和非接触式视频引伸计方法是当前材料力学性能测试中应变测量的两种主要方法,其测量原理迥异,亦各具优缺点。本文对商业接触式电子引伸计和最新研制的基于数字图像相关方法(DIC)的先进视频引伸计的性能进行了系统比较,设计标准铝板试样单向拉伸实验定量比较了两种引伸计横纵应变与泊松比的测量结果。结果显示,两者测量纵向应变结果比较接近,接触式引伸计的精度略高,但两者的不确定度在相同的量级。考虑到视频引伸计使用便捷、适用测量对象和测量范围广泛的特点,因此应用前景更为广阔。     

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．     

二维数字图像相关测量中离面位移引起的误差分析

二维数字图像相关方法作为一种非接触全场变形测量的光学方法,在工程上有着广泛的应用.由于其假设物体只发生面内位移,而实验中往往存在离面位移,从而引起测量误差.本文针对这一问题利用了针孔模型,从理论上分析了离面位移对普通镜头测量结果的影响,通过铝块平移实验验证了理论分析的正确性.利用提出的理论模型修正橡胶材料的变形测量结果,并与远心镜头测量结果进行对比,发现修正后的普通镜头测量的结果更接近远心镜头测量的结果.最后,本文根据理论分析和实验验证,给出了减小或消除离面位移造成误差的方法.     

自动消除载荷偏心影响的引伸计研究

本文基于拉伸圆截面试样圆周上各点的应变分析，提出一种自动消除载荷偏心影响的引伸计。该引伸计结构简单、可靠、使用方便。特别是在测定金属杨氏模量中更为适用。用电测实验对比校核的数据表明，自动消除载荷偏心影响引伸计安装在不同位置上测量的相对误差不超过０．５％。     

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．     

四孔散斑剪切干涉法

散斑剪切干涉法是一种直接测量表面全场应变的方法,它取消了由测定位移而计算微分的要求。本文叙述了它的基本原理,采用离焦方法获得光学剪切,对其在测量面内应变值方面的应用,进行了实验论证。     

应用超声散斑相关法测量水下物内层界面位移

超声散斑相关法可应用于水下物体内层界面的位移测量,在工程建设中具有广泛的应用前景。根据所建立的测量实验系统,对位于水中的有机玻璃试件内层界面的面内位移和离面位移进行了实测,测量误差一般在7%以内。进一步研究结果表明:在刚体位移情况下,一般经粗磨、粗刨和粗铣加工或砂模铸造后的粗糙外层界面对超声散斑相关法内层界面位移测量结果的影响极小;当外层界面发生应变时,其变形前后内层界面上的散斑场的相关性将随应变量的增加而减弱,但外层界面应变小于0.05ε时,内层界面上超声散斑相关系数的减小不超过4%。     

微尺度位移、形貌测量系统及应用

研制了一套可应用于MEMS器件的微尺度测量系统,可以在受载状态下实时检测MEMS器件的面内位移、离面位移和三维形貌.该系统中,面内位移测量是一个基于白光数字散斑相关方法的显微光学测量系统,与相应的力学加载系统结合,可以得到MEMS器件在受载状态下的实时面内位移;离面位移和三维形貌测量则是一个基于相移显微投影光栅方法的光学测量系统,与相应的力学加载系统结合,可以得到MEMS器件在受载状态下的实时三维形貌和离面位移.最后给出了几个典型的MEMS器件面内位移、离面位移和三维形貌的实测结果.     

微尺度位移、形貌测量系统及应用

研制了一套可应用于MEMS器件的微尺度测量系统，可以在受载状态下实时检测MEMS器件的面内位移、离面位移和三维形貌。该系统中，面内位移测量是一个基于白光数字散斑相关方法的显微光学测量系统，与相应的力学加载系统结合，可以得到MEMS器件在受载状态下的实时面内位移；离面位移和三维形貌测量则是一个基于相移显微投影光栅方法的光学测量系统，与相应的力学加载系统结合，可以得到MEMS器件在受载状态下的实时三维形貌和离面位移。最后给出了几个典型的MEMS器件面内位移、离面位移和三维形貌的实测结果。     

光学透视测量玻璃纤维增强复合材料板离面应变场分布

本文通过激光波数扫描干涉测量系统和方法,透视测量商用玻璃纤维增强复合材料板前、后表面的离面应变场分布。实验中分别对有缺陷和无缺陷的商用玻璃纤维增强复合材料样品进行了离面位移场测量和平均轴向正应变场分布计算。无缺陷样品的离面位移场及压缩应变场分布均匀连续,随加载呈现递增压缩变化;有缺陷样品的缺陷周围的离面位移场分布变化无规则,其压缩正应变分布以缺陷孔洞为中心,加载量越大,孔洞周围其压缩正应变值较小的区域越大,压缩正应变集中在远离孔洞的边缘区域,随加载量变化压缩应变场分布无线性规律。实验结果证明,激光波数扫描干涉测量系统和方法准确可靠,它为玻璃纤维增强复合材料板的力学性能测量提供了一个新技术平台。     

数字图像相关法观测剪切应变场教学实验

基于上海大学自行研制的数字图像处理系统,开发了观测板状试样剪切应变场的实验教学项目,可测得应变的全场分布情况,并将数字图像相关法的实验结果与引伸计法进行了比较。该教学实验有助于加深学生对剪切应变概念的理解,培养科研兴趣,有利于提高学生的综合素质。     

基于超灵敏视频引伸计的飞行器舵机连杆拉压刚度准确测量

舵机连杆拉压刚度的准确测量对于飞行器舵机的安全服役至关重要,而拉压刚度的准确测量则高度依赖于舵机连杆变形的高精度测量.传统的夹持式引伸计虽然可用于材料或结构拉压变形的精确测量,但其测量标距通常较为有限,不能满足复杂工程结构(如飞行器舵机连杆等)变形测量的实际需求.基于远心成像镜头的非接触光学视频引伸计也能满足结构变形的...     

利用位移引伸计测定薄板单轴损伤演化曲线的试验方法研究

一套准确而又简便的测试损伤变量的实验方法，对于推动连续介质损伤力学的工程应用是至关重要的。本文系统研究了利用位移引伸计测定薄板材料单轴损伤演化曲线的试验方法。采用引伸计测量大圆弧变截面试样中心部位某一标距段的伸长量，然后计算得到弹性模量的变化，进而确定损伤变量。文中就试样形状尺寸的确定、主损伤区弹塑性大应变的测控和卸载弹性模量的稳定性、与精确测量等关键测试技术问题进行了深入细致的分析和实验研究，并从多角度对该试验方法的正确性进行了实验验证。文中还介绍了该试验方法在确定LY12-CZ铝合金薄板单轴损伤演化曲线的应用，实验表明本文建议的试验方法是简便有效的，初步奠定了发展标准化损伤曲线测试方法的基础。     

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%。     

伪弹性TiNi合金圆薄板的准静态力学行为实验研究

采用阴影云纹和应变片方法对伪弹性TiNi合金圆板在固支条件下的准静态力学行为进行了实验研究,得到了载荷位移曲线、全场离面位移和局部应变等数据.载荷位移曲线呈现非线性、滞回耗能和无残余变形的特性,表明试样已经发生马氏体相变.应变测量显示,相变局限于加载中心较小区域,相变区内,环向应变大于径向应变,且拉伸侧应变大于压缩侧的应变.有限元模拟揭示出相变区内两侧表层的相变范围、相变铰区和马氏体相含量的不对称分布规律.     

基于强度表征的混凝土脆性指标影响因素研究

借鉴岩石脆性指标的评价方法，依据峰值抗压强度和残余抗压强度对混凝土脆性指标进行了计算．讨论了粗骨料粒径和试样形状对混凝土脆性指标的影响，分析了抗压强度、峰值应变、单位体积吸收能、破碎分形维数与脆性指标的关联．结果表明：棱柱体试样的脆性指标均比同粒径的圆柱体试样脆性指标高；棱柱体试样与圆柱体试样的脆性指标均随粗骨料粒径的增大、抗压强度的降低而呈增大趋势；棱柱体试样与圆柱体试样的脆性指标均随峰值应变的减小、单位体积吸收能的减小和破碎分形维数的减小而增大．     

超声散斑数字相关法应用于体面内转动测量的研究

在激光数字散斑相关法测量理论的基础上,阐述了超声散斑相关法测量的基本原理,并建立了相应的超声散斑数字相关实验分析系统。在实验分析时,首先应用模拟测量的方法对刚体面内转动对散斑场相关性的影响进行了分析;然后应用实验测量的方法再对此进行了分析;最后对刚体未知面内转角进行了实测。实验结果表明,刚体面内转动可测量的最大转角为9°,当转动角度为10°时,误差大于9%。实验中分别应用了爬山搜索法和相关系数拟合法来分别搜索整像素的位移和亚像素的位移。     

超声散斑数字相关法应用于刚体面内转动测量的研究

在激光数字散斑相关法测量理论的基础上,阐述了超声散斑相关法测量的基本原理,并建立了相应的超声散斑数字相关实验分析系统。在实验分析时,首先应用模拟测量的方法对刚体面内转动对散斑场相关性的影响进行了分析;然后应用实验测量的方法再对此进行了分析;最后对刚体未知面内转角进行了实测。实验结果表明,刚体面内转动可测量的最大转角为9°,当转动角度为10°时,误差大于9%。实验中分别应用了爬山搜索法和相关系数拟合法来分别搜索整像素的位移和亚像素的位移。     

PVDF应力测量技术及在混凝土冲击实验中的应用

介绍了使用PVDF(polyvinylidene fluoride,聚偏二氟乙烯)应力计的应力直接测量技术。在SHPB装置上进行自制PVDF应力计动态压电系数的标定实验,分析了应力集中、横向泊松效应、摩擦效应对PVDF应力计信号及动态压电系数的影响。用PVDF应力计进行了混凝土的冲击压缩实验。利用混凝土前后端面PVDF应力计信号分析了实验过程中混凝土试样的应力均匀性。与应变计直测应变技术相结合得到了混凝土的动态应力-应变关系。