ESPI技术对外贴纤维混凝土加固承载的实验研究

采用电子散斑干涉技术,对外贴碳纤维加固混凝土梁的外贴材料位移的分布特征,进行了全场实时测量,通过实验获得的散斑干涉条纹图可以得到外贴材料与混凝土梁的粘结传力长度随粘结长度及初始载荷之间的关系;了解用于加固的碳纤维材料的应变分布特点和产生梁侧剥离破坏时的碳纤维表面位移(应变)的演化过程。实验还说明了电子散斑干涉技术不仅可用于位移的测量,而且也可用于结构安全监测和破坏预报。文中给出了对C20D、C25A和C60C侧贴碳纤维板加固在不同载荷作用直到构件破坏前的位移测试及对试件C60C轴线上的剪应力分析结果。     

电子散斑干涉法在研究双材料界面力学行为中的应用

对于复合材料,界面往往是重要的组成部分,也是缺陷极易发生甚至断裂破坏的地方,从而影响材料整体的力学行为。为了考察不同界面缺陷形式以及材料层厚对界面力学行为的影响,应用电子散斑干涉法对金属基上烤瓷的双材料试件进行了实验研究,部分试件与云纹干涉法结果也进行了比较。实验结果表明具有垂直界面裂纹的试件梁抵抗破坏能力大大削弱,而界面处无缺陷的力学性能较好,其中又以金属层与烤瓷层厚比在3附近的较为理想,实验也表明电子散斑干涉法适用于测量绝对或相对微小的位移,灵敏度达到微米级。     

短切碳纤维C/SiC陶瓷基复合材料的动态劈裂拉伸实验

为了探究C/SiC陶瓷基复合材料的动态断裂力学行为和破坏形态,利用分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)装置对3种不同短切碳纤维体积分数的C/SiC陶瓷基复合材料进行了动态劈裂实验,并利用扫描电子显微镜扫描了C/SiC复合材料试件的破坏界面,分析了C/SiC陶瓷基复合材料的失效特征和增韧机理。实验结果表明:C/SiC复合材料在冲击劈裂实验过程中,同一短切碳纤维体积分数下试件的动态抗拉强度随着冲击气压的增大而增大; 短切碳纤维体积分数为16.0%时, 材料的抗拉强度最低; 冲击后,试件的整体破坏情况与冲击气压、短切碳纤维体积分数有关。     

金瓷双材料力学行为的现代光力学实验研究

金瓷修复体兼具金属强度及陶瓷美观的优点,在口腔医学上得到了广泛应用,但临床上时有发生脱瓷并且又多发生在界面处,针对这种情况,通过研究不同层厚比的金瓷修复体试件梁的界面力学行为,以分析其破坏机理。采用云纹干涉法和电子散斑法对界面具有缺陷形式的试件进行了实验研究。得到裂纹尖端及界面处的位移场,计算了界面断裂强度等参量,并给出了试件制备、实验方法。实验结果表明不同层厚比的试件以及不同界面缺陷形式的试件对抵抗破坏能力均有不同影响;现代光力学实验方法对研究具有小变形的双材料结构力学行为可行、有效。     

压入实验界面端奇异性研究

纤维压入实验是复合材料界面剪切强度细观实验方法之一,其试件通常由复合材料中切割下来制备而成,从中选取单根纤维,进行压入试验,所以被选中的纤维可看成是被纤维和纯基本材料构成的横观各向同性复合材料所包裹。本文以此为依据,建立了横观各向同性复合材料基体包裹各向同性纤维的轴对称模型,采用逐次渐近等求解方法,得到了求解该模型界面端应力奇异性指数的特征方程,并计算了碳纤维／环氧树脂、碳纤维／铝和碳纤维／Al2O3压入试件界面端奇异性随碳纤维体积百分含量的变化情况。     

横观各向同性轴对称界面端奇异性研究

套筒模型是复合材料中常用的进行纤维、基体间应力传递分析的轴对称模型.在套筒模型中,中心为纤维,纤维外包裹的"套筒"有假设为各向同性基体材料的,也有假设为横观各向同性复合材料的.不失一般性,本文将纤维和基体均视作横观各向同性材料,建立了任意楔形角的横观各向同性复合材料基体包裹横观各向同性纤维的轴对称模型,采用两次坐标变换、逐次渐近等求解方法,得到了求解该模型界面端应力奇异性指数的特征方程.考虑常见的碳纤维/环氧树脂复合材料制成的压入和拔出试件,根据得到的特征方程计算了两种试件的界面端奇异性指数随碳纤维体积百分含量的变化情况,结果发现,随纤维体积百分含量的增加,两种试件界端的奇异性均呈减弱趋势.     

提高直接散斑法全场分析条纹图清晰度的技术途径

本文论述了试件表面处理、全息干板的选择及显影方法、全息干板与试件的固定方式、全场分析条纹图的拍摄技术等因素对于提高直接散斑法全场分析条纹图清晰度的影响,指出了提高直接散斑法全场分析条纹图清晰度的技术途径。介绍了采用本文提出的技术途径取得的实验结果,实验值与理论计算曲线符合良好。     

带边缘缺口碳纤维增强环氧复合材料拉伸破坏特性

本文对碳纤维增强环氧复合材料0°和±45°铺层带边缘缺口试件进行了拉伸破坏实验研究。结果表明:带有垂直于载荷方向边缘缺口的此种碳纤维增强复合材料受拉伸时,裂缝不是沿缺口长度方向扩展,而是沿纤维方向产生并扩展,缺口的存在基本上不影响其余无缺口部分的应力。对缺口不敏感特性与破坏模型进行了讨论。这种材料的破坏机理与各向同性材料相比具有明显的差别。     

用直接散斑技术测量复合材料试件的面内位移

直接散斑法用来测量带中心圆孔复合材料条状试件在拉伸载荷作用下的面内位移分布,采用镜面移植技术,提高复合材料试件表面的反射性能,从而得到高质量的散斑干涉干板,在分析散斑干涉干板时,由于得到的全场位移分布条纹频率的可调性,使此方法测量范围很宽,由弹性应变到塑性应变,直接散斑法测量的结果与云纹法得到的结果相符合。     

复合材料弹性常数的直接测试

用复合材料制成的工程结构由于制造工艺复杂,其材料的弹性常数与标准试件的弹性常数相差很大,Kavanagh采用一次测试法对结构物直接进行多点测试来确定材料的弹性常数同时对结构进行应力分析、本文对玻璃钢迴转壳结构采用直接测试法确定材料的弹性常数然后进行应力分析。     

碳纤维增强树脂基复合材料压缩失效机理研究

为分析基体性质和纤维铺设方式对碳纤维树脂基复合材料(CFRP)压缩性能的影响,设计两种基体（耐高温环氧树脂基体和PA6 基体） 和两种碳纤维铺设方式[[45/0/-45/90]s和[45/-45]2s],共4 类盒型碳纤维试件．采用轴向压缩实验,研究低应变速率下碳纤维复合材料的极限载荷、压缩量和刚度等力学性能．研究表明试件的失效形式主要由基体性质决定,损伤区域及裂纹方向主要由碳纤维铺设方式决定．利用X射线显微镜(XRM)对试件典型的损伤区域进行三维扫描,并对扫描图像进行重构与渲染,获得破坏区域的内部损伤细节．根据损伤扫描结果,得到材料内部的损伤类型及破坏程度．归纳所获得的损伤测试特征,分析不同类型试件压缩时的损伤规律与失效机理．     

复合材料层合板单搭胶接力学性能检测技术与分析

胶接工艺缺陷对单搭胶接接头的拉伸剪切性能有着重要的影响。为了研究不同单搭接胶接层厚度对不同材质复合材料层合板胶接性能的影响规律,通过喷水穿透法超声C扫描对试样的剪切区域进行无损检测,并分别采用1mm、2mm、4mm的胶层厚度,以碳纤维/玻璃纤维复合材料层合板为被粘物,进行单搭胶接拉伸剪切性能试验。检测及试验结果表明:当胶层厚度h1mm时,对于相同材料的被粘物,胶层厚度越大,试件胶接接头剪切强度越小;相同的粘接剂厚度,以碳纤维增强复合材料板为被粘物的试件胶接接头剪切强度大于以玻纤增强复合材料板为被粘物的试件胶接接头强度;胶粘剂与碳纤维被粘物表面的润湿效果要优于胶粘剂与玻纤被粘物表面的润湿效果。     

复合材料网球拍的力学分析

本文用材料力学方法分析了复合材料网球拍的力学问题,设计监进行了相应的网球拍试验。分析了三种网球拍——传统的木拍、仿造的玻璃钢拍和进口的碳纤维增强塑料拍,在弯曲、侧压、扭转和冲击荷载作用下的内力和变形,与试验结果的一致性说明简化方法是足够精确的。从三种网球拍的主要参数——抗弯刚度和抗扭刚度来看,碳纤维增强塑料拍的刚度最佳,木拍次之,玻璃钢拍比木拍略差,其原因在于玻璃钢拍未经力学设计。按本文分析作为设计的依据,定能制造出力学性能更佳的复合材料网球拍。     

应用微相关技术研究裂端弹塑性变形

测量裂端附近区域的弹塑性变形,对于研究材料的损伤或微裂纹的产生,获得材料早期的损伤信息,为预防宏观裂纹的产生及扩展具有十分重要的意义.本文用A3钢材料制作边缘带裂纹的显微拉伸试件,试件表面进行了金相处理.试件是用由计算机控制的显微拉伸台进行加载试验.在加载过程中,利用环境扫描电镜对裂端附近的显微结构进行原位观察以及扫描记录.应用数字散斑相关技术对扫描电子显微镜记录的显微结构图进行分析处理,求出裂端附近的弹塑性变形.借助扫描电子显微镜,不仅可以定性观察应力集中区微裂纹的萌生及扩展过程,还可以结合数字散斑相关技术,对微区内的弹塑性变形进行测试,是研究微区域内材料变形的一个有效手段.     

应用微相关技术研究裂端弹塑性变形

测量裂端附近区域的弹塑性变形，对于研究材料的损伤或微裂纹的产生，获得材料早期的损伤信息，为预防宏观裂纹的产生及扩展具有十分重要的意义。本文用A3钢材料制作边缘带裂纹的显微拉伸试件，试件表面进行了金相处理。试件是用由计算机控制的显微拉伸台进行加载试验。在加载过程中，利用环境扫描电镜对裂端附近的显微结构进行原位观察以及扫描记录。应用数字散斑相关技术对扫描电子显微镜记录的显微结构图进行分析处理，求出裂端附近的弹塑性变形。借助扫描电子显微镜，不仅可以定性观察应力集中区微裂纹的萌生及扩展过程，还可以结合数字散斑相关技术，对微区内的弹塑性变形进行测试，是研究微区域内材料变形的一个有效手段。     

垂直裂缝在砂泥岩层理界面上拐折扩展特性研究

首先以大庆油田薄差油藏的砂泥岩储层力学参数为基础,根据相似原理,制备了砂泥岩相似材料试件。然后通过三点弯曲实验构建了Ⅰ型裂缝扩展,并采用数字散斑相关方法,获得了裂缝扩展过程中试件表面散斑场的变化规律。由此给出了界面位置处裂尖的应力奇异性阶数及应力强度因子,了解了材料强度差异对裂缝在界面扩展特性的影响。分析表明,当垂直裂缝从高强度材料一侧扩展时,界面的应力奇异性阶数大,界面的应力集中效应高,KⅡ/KⅠ比值小,裂缝拐折程度小,反之亦然。     

贴片散斑法及其应用

贴片散斑法将一种可剥离铝箔贴附在试件表面,经随机划痕制栅后,以其精细的光学结构和高度的反射本领,在白光或激光照射下,表面辐射率随机分布函数作为散斑场,采取直接记录手段,用全息底片对此作物体变形前后的两次曝光,所得到的散斑底片将包含宽广的空间频谱范围,且全场分析条纹清晰、灵敏度高、量程调节范围大。此方法不仅适用于各种材料的直接散斑法测量,具有经济、可靠、操作简便的特点,还能应用于平面及可展曲面构件的现场量测。     

客观散斑测振法

当一个反光性能较好的试件表面被激光照明后,反射光是一与试件表面形状相似的光斑,且内部夹杂了大量散斑颗粒.当试件发生稳态振动时,散斑也按照同样的规律振动.在试件表面前方直接放置一干板,用时间平均法或频闪法记录客观散斑场的变化,可得到客观散斑图.通过空间滤波,可得到位移—阶导数的等值线.该法具有对环境扰动不敏感的优点.     

数字散斑相关方法用于PMMA弹性模量的测量

通过三点弯载荷实验,利用数字散斑相关方法得到了试件载荷过 程中对应的载荷-位移曲线. 依据实验中试件载荷前后位移的变化量,对常用 工程材料PMMA的弹性模量进行了测定. 实验数据表明所测弹性模量较为真实、客观, 相对误差较小. 该研究方法为同类材料未知弹性模量的测定提供了一种行之有效的 测量途径.     

应用数字散斑相关技术研究缺口根部高温疲劳变形

应用数字散斑相关技术研究了耐热合金试件在450°环境中缺口根部的弹塑性变形及其与疲劳循环次数的相关性。疲劳试验在单边带缺口的拉伸板状试件上进行。试件由耐热合金GH4169材料制成,试件表面预先通过离子溅射法制作了离散的金粒散斑图。试验采用逐级循环加载和疲劳循环加载交替的方式进行。首先进行逐级循环加载,将最大载荷Pmax平均分成8级,由0逐级加载至最大载荷,再由最大载荷逐级卸载至0;同时由图像系统半自动地、连续同步地采集系列散斑图。然后按0→Pmax→0加载方式,连续进行250次疲劳循环加载。逐级循环加载和疲劳循环加载不断交替,直至疲劳断裂。利用数字散斑相关技术计算出缺口根部的弹塑性应变,进而求出缺口根部应变、名义迟滞回线面积及斜率与疲劳循环次擞的相关性。试验结果对于耐热合金材料的疲劳寿命研究很有意义。