新型数字激光动态焦散线实验系统及其应用

研制了新型数字激光动态焦散线实验系统,用固体激光器取代传统的多火花式点光源,用数码高速相机取代原来的多幅式胶片相机,即建立了采用固体激光器与数码高速相机组合的高速摄影系统的新型焦散线实验系统.并应用该新型实验系统进行了冲击载荷下的三点弯曲断裂实验和双炮孔的爆炸加载实验,得到了清晰的数码焦散线照片,并与传统的光学照片进行对比,发现数码照片更加清晰、结果更可靠,且记录时间更长,证明该新型系统可以满足冲击、爆破等超动态断裂问题的要求.新型光路系统简单、操作方便,不仅实验成本低、周期短,而且可以对整个断裂过程进行连续观测.     

用焦散线法测定材料的断裂韧性

焦散线法是测量应变奇异性的一种新型的独特方法。与其它光学方法相比较,具有试验装置和光路简单、数据测量和处理简便、精度较高的优点.本文首次提出用透射焦散线法测定有机玻璃材料的断裂韧性,得到符合工程精度要求的结果.根据本文的原理,也可推广到用反射焦散线法测定一般不透明工程材料的断裂韧性。     

焦散线方法及其在测定应力强度因子上的应用

本文介绍了焦散线方法及其用于断裂力学中测定应力强度因子上的基本原理,并介绍我们用此法对SEC试件和TPB试件所作的实际测定。实验结果与数值解结果相当一致。文中特别说明了应用全息光弹性方法确定所用材料的应力光学系数的方法。     

静态焦散线仪及其光路分析

利用自制的静态焦散线记录仪获得清晰的焦散线图象，对仪器的各种光路布置进行了分析，从而得出会聚光路为最佳实验光路，通过该光路布置可以获得最准确的焦散线图象。     

裂法区域应力状态的研究

论述了用现代光学测量方法之一的焦散线法，定量地确定裂尖区域的应力状态及其范围。将实验值与分析值相比较得出：应力焦散线法研究裂法区域的应力状态是切实可行的。可为工程估算提供依据。     

裂尖区域应力状态的研究

论述了用现代光学测量方法之一的焦散线法，定量地确定裂尖区域的应力状态及其范围。将实验值与分析值相比较得出：应用焦散线法研究裂尖区域的应力状态是切实可行的，可为工程估算提供依据。     

焦散法求解应力强度因子的非线性最小二乘法

提出了用非线性最小二乘法提高焦散线法求解混合型裂纹应力强度因子的精度．推导了有关方程，编制了有关程序，阐述了实验技术．用三类典型裂纹试件作为应用实例进行了实验与计算．结果表明，用此法可比Ｐ．Ｓ．Ｔｈｅｏｃａｒｉｓ法求得更准确的结果．     

一种求解复合型裂纹应力强度因子的组合方法

用焦散线法与图象全息光弹法相结合,可有效提高求解复合型裂纹应力强度因子的精度,叙述了此组合方法的原理、方法与技术,用此法研究了工程中所关心的折裂纹问题。实验表明,用相应的斜裂纹来代替计算其应力强度因子是适当的。     

焦散法求解应力强度子的非线性最小二乘法

提出了用百线性最小二乘法提高焦散线法求解混合型裂纹应力强度因子的精度，推导了有关方程，编制了有关程序，阐述了实验技术。用三类典型裂纹试件作为应用实例进行了实验与计算。结果表明，用此法可比Ｐ．Ｓ．Ｔｈｅｏｃａｒｉｓ法求得更准确的结果。     

温度场Ⅰ型裂纹应力强度因子的焦散线法分析

将焦散线法用于温度场奇异应力分析，以聚碳酸脂圆环试件进行了温度场Ⅰ型裂纹的测试，分析了其应力强度因子，并作了两个光弹性对照实验，结果比较接近。本文实验是以摄象等快速图象采集与处理系统相配合进行的。     

基于光线跟踪的焦散模拟生成算法

针对普通光线跟踪无法绘制出焦散效果的情况,提出了基于光线跟踪的焦散模拟生成算法。该算法首先从光源位置对场景进行绘制跟踪并获得焦散数据,接着将焦散数据通过坐标变换投射到正常视点的屏幕中,并与正常视平面上原有的亮度值进行叠加,从而生成具有焦散效果的图像,最后使用高斯滤波方法对图形进行滤波处理获得最终图像。通过对比,焦散模拟生成算法比普通的光子映射方法在效果差别不大的情况下帧速率有了明显的提高。实验表明,基于光线跟踪的焦散模拟生成算法可以逼真地绘制图像,同时能达到较高的帧数率。     

对称型裂纹平板弯曲理论的焦散线法研究

利用焦散线法研究含对称型裂纹平板表面离面位移，验证用级数形式表达平板裂纹尖端附近应力场、位移场的理论结果。     

表面反射焦散线法在金属试样K_I测定上适用性的研究

用经强化处理的40Cr钢材作试样,考察表面反射焦散线法对于测定一定厚度金属断裂试样K_Ⅰ的适用性。实验证明,对不同厚度的试样,为了得到正确的K_Ⅰ值,必须使r_0/t≥0.5。又用反散全息方法测定出裂尖附近的离面位移场,用三次样条函数法求得共偏导数场,进一步证实了上述结论。     

爆炸载荷下动态焦散图像的自动化处理

根据焦散线基本原理与数字图像处理技术，建立了动态焦散图像自动化处理系统．针对Ⅰ型裂纹的动态应力强度因子(SIF)，推导出适合图像处理的计算公式．并以爆炸加载实验室模型实验所得到的透射型焦散线图像为处理对象，不仅能计算出Ⅰ型裂纹尖端的动态应力强度因子，还可计算出爆炸过程中裂纹扩展距离、速度等值．实例分析验证了系统的科学性和可靠性。     

时域等效边缘电流方法计算平板的瞬态散射

通过对频域等效边缘电流的表达式进行傅里叶逆变换,可得到时域等效边缘电流的表达式,并将其应用于瞬态散射的分析．通过对入射场和边缘处绕射系数的路径积分得到时域绕射场,其在绕射线的焦散区是有限的．将平板瞬态散射的时域等效边缘电流和时域有限差分结果进行比较,结果相符．     

Dynamic fracture behavior of rock under impact load using the caustics method

We studied the dynamic fracture mechanical behavior of rock under different impact rates. The fracture experiment was a three-point bending beam subjected to different impact loads monitored using the reflected caustics method. The mechanical parameters for fracture of the three-point bending beam specimen under impact load are analyzed. The mechanism of crack propagation is discussed. Experimental results show that the dynamic stress intensity factor increases before crack initiation. When the dynamic stress intensity factor reaches its maximum value the crack starts to develop. After crack initiation the dynamic stress intensity factor decreases rapidly and oscillates. As the impact rate increases the cracks initiate earlier, the maximum value of crack growth velocity becomes smaller and the values of dynamic stress intensity factor also vary less during crack propagation. The results provide a theoretical basis for the study of rock dynamic fracture.     

Caustic study on blast-induced wing crack behaviors in dynamic–static superimposed stress field

This paper studies blast-induced wing crack behavior in a dynamic–static superimposed stress field using high-speed photography in combination with the optical method of caustics. With a static–dynamic loading setup, four PMMA plate specimens with pre-existing cracks under different static loading and the same dynamic loading were tested to observe the mechanical characteristics and the kinematic characteristics of blast-induced wing cracks during the propagation process, including crack length, crack velocity and dynamic stress intensity factor (SIF) at the crack tip. The results show that the behavior of the blast-induced wing crack is affected by the explosion stress wave and initial static stress, and the initial static stress with the direction being perpendicular to the wing crack propagation direction hinders crack propagation. Furthermore, the boundary constraint condition of the specimen plays an important role on the behavior of the crack propagation in the experiment.