数字梯度敏感方法及其在航空透明件断裂力学中的应用

本文将数字梯度敏感方法用于航空透明件断裂力学问题研究。首先,基于透明材料的弹性-光学效应,建立了透明件应力状态与光线穿过透明件后的偏转角之间的关系。在平面应力假设下,利用最小二乘拟合建立了I型裂纹尖端应力强度因子与光学偏转角的关系。其次,通过数字梯度敏感方法搭建非接触光学测试平台,开展了带单边裂纹的航空有机玻璃试件三点弯曲实验,应用数字梯度敏感方法提取了I型裂纹尖端应力强度因子。最后,通过选择不同计算子区域和步长大小,分析了数字梯度敏感方法中的子区域和步长选择对计算结果的影响。研究结果表明,数字梯度敏感方法实验所得应力强度因子与经验公式计算所得结果偏差小于10%,通过增加最小二乘拟合项数以及合理的子区域和步长选择可以减小数字梯度敏感方法计算应力强度因子误差。     

双折射材料初应力的定量研究相移等达因技术的应用

文章提出两种用相移等达因技术对存在于双折射材料内部的初始应力进行定量分析的方法，并以两种常用的双折射材料Ｐ６和Ｈｏｍａｌｉｔｅ１００为例进行了内部初应力的实验研究，给出了材料内部初应力的分布。以上研究说明双折射内部初始应力不容忽视，数字相移等达因技术是双折射材料内部初始应力进行定量分析的有力手段     

Full-field Measurement of Topography and Curvature by Coherent Gradient Sensing Method at High Temperature

Coherent gradient sensing (CGS) method, a real time, full-field optical technique, is insensitive to vibrations and able to provide slope and curvature maps and surface topographies, to investigate non-uniform deformations. In this paper, we analyze the thermal effects on the optical path in CGS due to air convection, and the influence of grating thickness and refractive index on the measurement accuracy. A modified governing equation is derived considering the grating thickness, which is demonstrated by testing a standard sample. Finally, we apply CGS method to measure the full-field deformation of a specimen at high temperature.     

基于数字图像相关方法对冲击载荷下泡沫铝全场变形过程的测试

应用分离式霍普金森压杆(以下简称SHPB)和高速摄影装置研究了冲击载荷下泡沫铝试件全场变形的测量方法。使用SHPB对泡沫铝试件进行冲击压缩实验,同时用高速摄影装置对实验过程进行全程跟踪拍摄。将得到的高速摄影图像采用数字图像相关方法进行分析,由此可得到冲击压缩过程中泡沫铝试件全场应变的分布和变化规律。此研究揭示了冲击载荷下泡沫铝试件局部化变形的发展过程,为研究泡沫铝在不同冲击载荷下不同变形模式的内在机制提供了新的可靠的方法。     

用于显微图像和平滑图像的梯度数字相关法

随着微观实验力学技术的发展,显微图像的相关分析与计算变得越来越重要.与以往的宏观图像和散斑图像相比,显微图像具有明显不同的特点,即团状,灰度变化平缓、大颗粒等.为了对这类图像进行稳定、较高精度的分析,本文提出了微区图像梯度数字相关方法,并通过实验探讨了所提算法的检测性能.     

Extension of the Coherent Gradient Sensor (CGS) to the Combined Measurement of In-Plane and Out-of-Plane Displacement Field Gradients

The Coherent Gradient Sensor (CGS) is extended to the optical differentiation of specular, diffracted wave fronts leading to the combined measurement of in- and out-of-plane displacement field gradients. A derivation of the underlying optical interference principles is presented along with an analysis of the effective instrument sensitivity. In order to demonstrate the capabilities of the technique, experimental measurements of crack-tip deformation fields were conducted under various loading conditions corresponding to mode-I, mode-II, and mixed mode near-tip crack fields. The experimental procedures and results of these tests are presented as validation of the technique.     

Three Dimensional Vibration Transmission of a Plate on a Layer of Porous Medium Due to a Moving Load

Three-dimensional (3D) transmission of vibration in an infinite elastic thin plate on a layer of poroviscoelastic medium, due to a harmonic, rectangular moving load, is investigated theoretically based on Biot’s theory. The material of the medium is idealized as a uniform, fully saturated poroviscoelastic layer on bedrock. By introducing four scalar potential functions and Helmholtz decomposition theorem, analytical solutions of stress, displacement, and pore pressure with and without thin plate are derived using Fourier transform technique. Numerical results are obtained with the help of inverse Fourier transform and are used to analyze the influence of load velocity, porosity, permeability, relative stiffness of plate versus ground, and the thickness of plate on the vibration. Furthermore, the results are compared with the available dynamic response results of a non-moving load on a layer of viscoelastic material.     

On the Implementation of the Integral Method for Residual Stress Measurement by Integrated Digital Image Correlation

Experimental Mechanics - The Integrated Digital Image Correlation method (iDIC) is a simple and effective approach for residual stress measurement. iDIC differs from Digital Image Correlation...     

Action of a Local Time-Periodic Load on an Ice Sheet with a Crack

The problem of vibrations of an ice sheet with a rectilinear crack on the surface of an ideal incompressible fluid of finite depth under the action of a time-periodic local load is solved analytically using the Wiener–Hopf technique. Ice cover is simulated by two thin elastic semi-infinite plates of constant thickness. The thickness of the plates may be different on the opposite sides of the crack. Various boundary conditions on the edges of the plates are considered. For the case of contact of plates of the same thickness, a solution in explicit form is obtained. The asymptotics of the deflection of the plates in the far field is studied. It is shown that in the case of contact of two plates of different thickness, predominant directions of wave propagation at an angle to the crack can be identified in the far field. In the case of contact of plates of the same thickness with free edges and with free overlap, an edge waveguide mode propagating along the crack is excited. It is shown that the edge mode propagates with maximum amplitude if the vertical wall is in contact with the plate. Examples of calculations are given.     

基于正交设计的冲击荷载下型钢混凝土梁动力性能有限元分析

为研究冲击荷载下型钢混凝土梁的动力性能,取试验结果验证模型有效性后,使用有限元软件ABAQUS建立了型钢混凝土梁落锤冲击模型．在对比了型钢混凝土梁与钢筋混凝土梁的动力性能后,分析了落锤速度对型钢混凝土梁的冲击位移、冲击力、冲击力位移曲线、惯性效应、塑性耗能等性能的影响,然后基于正交设计,研究了落锤质量、落锤速度、混凝土强度等参数对型钢混凝土梁动力性能的影响．研究结果表明：型钢混凝土梁的抗冲击性能较好;落锤速度是影响构件动力性能的主要参数,落锤质量对动力性能的影响较大,提高混凝土强度有助于增强构件的抗冲击性能．     

喷丸镍基合金材料微区残余应力的切槽法测量研究

本文结合聚焦离子束-电子束(Focused ion beam-electron beam,简称FIB-EB)双束系统和真空镀膜工艺,进行微区散斑的制备工艺研究,并将所发展的微散斑制备工艺应用于喷丸镍基合金材料表面制斑,进而结合切槽法进行残余应力高温释放规律的测量研究。在FIB-EB双束系统下记录切槽前后制斑微区的图像,利用数字图像相关法计算切槽后的位移,结合InglisMuskhelishvili理论公式可计算得到残余应力。文中研究了不同温度及保温时间对残余应力释放的影响规律。结果表明,残余应力随保温时间的增长释放速度逐渐减小,最后残余应力趋于稳定值。同时,温度越高,残余应力释放越彻底,800℃下近乎完全释放。该工艺具有适用性好,效率高等优点,可望在材料微区变形测量中得到进一步应用。     

基于DIC方法的残余应力快速测量系统

结合数字图像相关(Digital Image Correlation,DIC)方法与钻孔法,开发了残余应力快速测量系统。该系统可分为两部分:适用于现场测量的便携式机械系统与针对残余应力测量而改进的基于DIC算法的程序。在四点弯曲加载平台上对工件进行载荷释放前后的残余应力测量试验,通过与应变片测量结果进行对比,该残余应力测量系统的精度达到了应变片测量的同等精度。同时,该测量系统解决了传统应变片测量系统对心误差大、操作繁琐、效率低和测量结果稳定性差等问题,具有较高的工程应用价值。     

基于动态光弹性方法的冲击载荷作用下自由边界主应力研究

当物体在冲击载荷作用下,物体内部会产生应力波,研究应力波的传播过程及规律对研究物体受冲击载荷作用具有重大的意义.应力波在物体内传播时,在自由边界处产生的主应力状态对于理论求解和计算有着重要意义.采用动态光弹性方法,结合新型动光弹系统及相关实验设备采集物体在冲击载荷作用下的等倾线和等差线条纹图,通过分析等倾线的条纹,得出等倾线与自由边界相交所成角度不为0°或909,得出在物体自由边界处两个主应力均存在且不为零的结论.针对上述结果,采用电测方法进行验证,两试验结果相符合,方案可行且准确.     

螺旋焊线管局部噘嘴应力集中分析

螺旋焊缝局部噘嘴问题是复杂的三维问题，至今没有现成的安全评定公式可以利用，也难以获得纯粹的理论解。应“西气东输”工程之需，本文利用现有直焊缝理论基础，建立了该问题的力学模型，获得了应力集中因子的显式解，给制订螺旋焊线管几保缺陷的安全评定标准提供了理论基础。利用商用有限元工具ABAQUS对螺旋焊线局部噘嘴进行的系统分析显示，本文提供的理论解具有很强的预测能力。     

数字时间序列图像相关方法在动态变形测量中的应用

本文结合微机械陀螺的简谐振动测试提出了一种改进的数字图像相关方法--数字时间序列图像相关方法,并编制了相应软件.通过对作高速简谐振动的微机械陀螺进行相关分析,可以得到试件全场的位移时程曲线;进一步对其作傅里叶变换,可以得到试件的频率等参数.通过该软件得到的微陀螺的振动频率相对误差为0.12%,从而为微结构动力学研究提供了可靠的分析手段.     

应用新型动光弹系统研究某设备受冲击载荷作用

结构受到冲击时,其应力分布与在静荷载作用下完全不同.本丈应用新型动光弹实验系统研究了某设备在冲击载荷作用下其内部动态应力分布情况.该系统由部分传统的动光弹实验装置、高速摄影系统和数字光弹图像处理系统组成,并且采用激光光源、落锤冲击载荷加载装置.加工制作了该设备模型的光弹性模型,应用到冲击载荷作用下的实验研究中,得到了该...     

基于数字图像的分离式霍普金森压杆实验中试件应变及两端应力的同步测量法

本文提出一种基于高速摄像和数字图像相关方法(DIC)的分离式Hopkinson压杆(SHPB)测量技术,从而实现试件应变和两端应力的同步测量。即在与试件接触的输入输出杆两端制作散斑,通过高速摄像获取SHPB实验过程中的散斑变形图像,由DIC测得各时刻试件的应变、输入输出杆端的应变(可直接换算为试件两端的应力)。由于试件和杆端的应变都是从同一张高速摄影的图像上分析得到的,因此它们是同步的。应用该方法对钢纤维混凝土试件的SHPB试验进行了测量,测量结果与传统应变片测量结果吻合,验证了该方法的可行性。该技术不仅实现了SHPB实验中试件应变和应力的同步测量,还将有助于直接检验各材料在SHPB实验中试件两端的力在实验过程中是否平衡。