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%。     

调幅切向磁场对低碳钢残余塑性应变的检测灵敏度矩阵分析方法

针对低碳钢的残余塑性应变定量评估问题,提出了一种基于调幅切向磁场测量的无损检测新方法:采用U型电磁铁提供调幅磁场对低碳钢试件进行磁化,单一霍尔元件检测表面切向磁场,其输出电压随线性调幅激励电压变化而形成的蝶形轨迹可用于残余塑性应变表征。研究发现在蝶形轨迹的大部分区域,霍尔元件输出电压与低碳钢中静态拉伸形成的残余塑性应变的平方根间存在良好的线性关系。为实现残余塑性变形的最佳灵敏度表征,将蝶形轨迹进行矩阵化并计算得到检测灵敏度矩阵,分析了不同励磁条件下霍尔元件输出电压对残余塑性应变平方根的灵敏度,结果显示:在弱磁化条件(励磁周期的峰值电压与线性调幅电压最大峰值的百分比为15%)下,霍尔元件输出电压对残余塑性应变平方根的检测灵敏度最高。新方法实施简便,结合检测灵敏矩阵,可对励磁条件和敏感区域进行优化选取,有望推广运用于其他力学性能指标的高灵敏度无损检测。     

基于激光超声场检测的材料常数测量方法

由于采用干涉仪的激光超声技术造价较高,对环境噪声极为敏感,很难在工业中得到广泛应用,为此开发了基于压电传感器的激光超声场检测仪(LUFT)。该系统采用激光激发、压电传感接收的方式,既保留了激光高分辨率的优势,又兼具了系统造价低、使用方便的特点。本文中,利用该检测仪对标准钢试样及不同厚度的铝试样进行了测量,获得其表面波和纵波波速,并根据固体力学理论得到铝的泊松比和杨氏模量。计算结果与文献参考值误差较小,说明该方法的可行性,也说明了该激光超声场检测仪的可靠性。     

激光激发表面波与亚表面缺陷作用的理论研究

为了研究激光激发表面波与亚表面缺陷的作用机理,实现激光超声技术对该类型缺陷的定量检测,论文基于激光超声热弹机制,采用有限元方法模拟了激光激发表面波与亚表面矩形缺陷之间的相互作用,进而探讨缺陷的埋藏深度及其纵向尺寸对表面波的影响。首先模拟了激光激发表面波与矩形缺陷前沿（波与缺陷最先作用的纵向边沿）的相互作用,分析了埋藏深度对波形的影响,提取了缺陷作用的散射回波特征并分析其成因。然后对一定的缺陷埋藏深度,通过改变缺陷纵向尺寸,计算和分析了纵向尺寸对散射回波特征的影响。研究结果表明,散射回波的特征点到达时间与缺陷的埋藏深度和纵向尺寸有关,可能由此实现其反问题缺陷纵向尺寸的估算。     

水表面波微振幅测量

采用一种非接触光学方法——Fourier变换光栅法，对受外激励的连续变化的水表面波进行实验测量，获得变形光栅图像，通过对变形光栅图像进行反演计算，获得连续变化的水表面波振幅，是定量测量变化快的非定常运动的微幅波的一种全场测量手段。     

云纹干涉与钻孔法测量残余应力的实验方法与系统

应变片钻孔法是工程中应用最广的残余应力测量方法之一，由于应变片只能得到其长度范围内的平均应变，测量误差比较大，本文提出用云纹干涉法测量的位移信息代替应变片测量的应变信息来确定残余应力，用有限元建立位移与残余应力之间的关系，基于以上理论，开发了一种可以进行现场残余应力测量的便携式云纹干涉钻孔系统，并用该仪器进行了铝合金激光焊接接头的残余应力测量，得到了焊缝中心残余应力值。     

基于Bragg光纤光栅的位移-应变传感器分析

光纤光栅传感器技术应用于力学测试是国内外正在发展的一门新技术.本文基于光纤光栅传感的基本原理,介绍了一种用于位移测量的应变传感器,测得应变与位移变化具有良好的线性特点,重复性好;对该传感器的测量过程进行了有限元模拟,并与实验值进行了比较.     

用Fourier变换莫尔法测量流体自由表面微幅波的振幅

采用一种非接触的光学方法－傅立叶变换莫尔法（Fourier transformmethod），结合数字图像处理技术，对微幅振荡的水表面波的振幅进行测量。它是对全场中每一个像素点进行测量，比较触测量法具有更高的灵敏度。它为微幅水表面波振幅的测量提供了一种手段。通过将计算机生成的周期性光栅图像经投影机直接投影到被测物体的参考平面，经CCD摄像头、图像板捕捉存储形成数字化的光栅图像，利用傅立叶变换莫尔法处理光栅图像，从而获得包含有水表面波的振幅的相位信息，再经适当的几何变换获得振幅信息。我们在垂直振荡装置上进行了不同激励频率和不同振幅的表面波的振幅测量。     

非稳态纯滚动接触弹塑性分析

建立了二维弹塑性非稳态循环纯滚动接触有限元模型.材料本构采用一种较好的循环塑性模型,并通过材料用户子程序在通用有限元软件ABAQUS中自定义该本构模型.通过在弹塑性无限半空间表面上重复移动随时间按简谐规律变化的赫兹法向载荷来模拟非稳态循环纯滚动接触过程.通过数值模拟,得到接触表面附近的残余累积变形、应变和残余应力.不同的最大赫兹接触压力对残余应力和残余应变影响较大.在简谐变化的法向接触载荷作用下接触表面的变形呈波浪形,随着滚动次数的增加,该波状表面沿载荷移动相反方向逐渐移动,但移动速率要衰减.波状表面波谷处的残余应力、应变和变形大于波峰处.随滚动次数的增加,残余应力增大但很快趋于稳定,残余应变也增大但增大速率衰减.     

基于激光超声的GH4169高温合金残余应力检测

目前GH4169高温合金残余应力的检测手段多为有损检测或者检测受限的无损检测,激光超声作为一种具有非接触、高精度和无破坏性等优点的检测手段,鲜被应用于检测GH4169高温合金残余应力的分布特征.本文采用ABAQUS有限元软件模拟了热弹机制下,激光超声检测GH4169高温合金残余应力的声弹效应,为使用实验室自主研发的激光...     

含梯度渐变残余应力的弹性半无限体的广义Rayleigh波

研究含梯度残余应力的弹性半无限体的平面应变型表面波,即广义Rayleigh波。将该结构等效为含梯度初应力的弹性覆盖层和无初应力的弹性基底构成的半无限体结构。求得覆盖层中位移函数的幂级数解与均质基底位移函数的解析解,并代入边界条件,得到频散方程。针对拉、压残余应力,分别讨论了其随厚度方向均匀分布、线性变化和指数变化情况下广义Rayleigh波的一阶模态频散特性。数值结果表明:随着拉应力增大,广义Rayleigh波波速会增加,反之,压应力的增大会导致波速的降低;残余应力均匀分布时波速的改变量较大,线性变化次之;当残余应力按照指数函数变化时,梯度参数越趋近于零,其结果越趋近于线性变化情况,随着梯度参数的减小,波速改变量也随之减小。当使用广义Rayleigh波频散特性实现残余应力无损检测时,如果采用与实际梯度渐变残余应力不符的均匀残余应力模型将会低估表面残余应力。本文所得结论可为利用广义Rayleigh波实现梯度残余应力无损检测提供理论基础。     

激光光栅显微图像检测技术及其应用

介绍一种可以用来测量曲面试件表面应分量（εｚ,εθ,εｚθ）的激光光栅显微图像检测技术（ＩＧＭ）,它能实现从小应变到大应变全过程的高精度定量测量。我们将这一技术成功地应用在铁基形状记忆合金（ＦＳＭＡ）管接头的结构设计中,在这项研究中,首先在管接头结构表面制作了变形的载体－位相型干涉光栅,由结构表面产生的衍射光通宵我学系统后形成新的干涉光栅,我们利用数字图像系统接收了逆相变前后各自的干涉图像,采用带     

转动结构在铜合金板带残余应力及变形检测中的应用

本文提出了一种转动结构用于铜合金冷轧板带残余应力检测以及面内形变的测量方法。用有限元法(FEM)对转动结构作了设计并优化以提高测量灵敏度、便于用线切割制备试样。在专用试验台上模拟残余应力释放,用应变仪和工具显微镜同时测量转动结构对应的应变和变形量输出,标定结果显示转动结构对残余应变检测灵敏度为0.49μm/10-6、相对偏差<4%,与FEM计算结果相吻合。分别用转动结构和化学腐蚀法对铜合金板带C194(600mm×0.23mm)纵向残余应力作了检测,两种方法的试验结果非常接近。本文提出的转动结构在精密铜合金板带残余应力和变形检测中具有测量准确、便捷、检测效率高的特点。     

基于数字图像相关的激光修复镍基合金疲劳损伤表征方法研究

开展激光修复镍基合金的疲劳试验，对研究修复材料疲劳性能及分析其失效行为具有重要意义。疲劳过程中，试件产生局部损伤，会导致材料力学性能恶化。如何建立光学变形场与疲劳损伤参数的定量关系实现对疲劳损伤的有效表征，是实验力学领域备受关注的问题。从激光修复镍基合金疲劳失效行为研究的需求出发，本文建立了基于单相机三维数字图像相关的疲劳光力学测试系统，并设计了包含“修复基体-修复边界-修复区”的组合型拉伸疲劳试件，在建立的测试系统下可同时测量和表征试件三种区域的全场变形。利用所建立的测试系统，实现了激光修复材料在拉-拉疲劳过程中的全场变形在线测量，得到了不同疲劳周次下的试件基体、修复边界和修复区的位移场与应变场；根据测量得到的应变场提出了疲劳中以试件历经不同循环周次后的残余应变为损伤参量的表征方法，并获得了修复镍基合金试件疲劳过程中残余应变场的演化规律。试验结果表明，在疲劳过程中，试件残余应变场内存在应变集中现象，应变集中幅值随疲劳周次的提高而增加，试件残余应变集中区域内的应变集中值远高于非应变集中区域，因此根据该结果可有效地预测疲劳裂纹萌生的时机与位置。     

冲击加载下样品软回收过程中的侧向稀疏效应

通过数值模拟, 计算冲击加载下样品经历一维应变加载过程和侧向稀疏过程产生的塑性功, 给出试样内部从冲击加载开始到进入回收桶前全过程的应力随时间变化的历程。结果表明:侧向稀疏过程开始后,样品在径向汇聚波的作用下受循环拉、压载荷作用,拉压循环的振幅在中等冲击压力下达到最大。如果振幅超过了材料的层裂强度,样品中心将发生拉伸破坏不能完整回收。侧向稀疏与一维应变加载产生的塑性功之比随冲击速度的增加而减小。在冲击速度为某临界值时,侧向稀疏产生的塑性功与一维应变加载产生的塑性功相等。在一定的冲击速度下,采用低初始屈服应力的材料可减轻侧向稀疏效应。对理想塑性材料的理论分析表明,侧向稀疏与一维应变加载产生的塑性功之比随冲击速度与屈服强度比值的增大而减小,与数值模拟结果一致。     

高温后花岗岩应力脆性跌落系数的实验研究

为研究温度对峰后区应力跌落的影响,通过高温后(常温～1200℃)花岗岩的单轴压缩试验,得到了不同温度后花岗岩全应力-应变曲线,并获得峰值应变、残余应变等特征参数随温度的变化规律。结果表明,高温后花岗岩变形特性较符合脆塑性体模型,峰值强度前呈显著线性关系,峰值屈服区段很狭窄,峰值后陡峻跌落至残余值,残余阶段稳定平缓;在800℃之前,可简化为理想弹性-应力脆性跌落-理想塑性三线型本构模型;800℃之后,峰前的屈服阶段逐渐明显,应力脆性跌落将不再发生,可简化为双线性弹性-线性软化-残余塑性四线型本构模型。给出了应力脆性跌落系数与温度的关系,温度越高,应力脆性跌落系数越大,且变化幅度越大。应力脆性跌落系数与岩爆倾向性指标随温度的变化趋势相反,故可用来作为评价岩爆倾向性的指标之一。     

激光激励微型硅悬臂梁的振动特性研究

本文用光学探测方法研究了半导体硅悬臂梁的振动问题;运用基于外差干涉原理的实验装置得到了悬臂梁在激光激励下的振动响应（振动振幅和相位随调制激光频率的变化）;采用等离子波和热弹性波的数学模型,对悬臂梁的振动进行了理论分析;可看到实验与理论模拟结果吻合很好,同时通过分析可得振动相位与调制激光频率的平方根之间有线性关系。关键词词: 光学探测, 硅悬臂梁,振动.      

数字相关法在超声应力信号处理中的应用

研究了数字相关法在超声应力检测中回波时间差的自动识别计算.采用数字模拟分析,对相关运算算法的可靠性进行了验证.分析了不同采样频率和相关窗口长度对相关计算的影响,并应用插值技术提高了时间差的计算精度.该方法对实验采集的超声纵波、横波及表面波的时间差分析均适用.通过对不同应力状态下采集的超声表面波信号的处理,得到了Q235钢中超声表面波传播时间差与应力的实验关系曲线,为超声应力检测奠定了基础.     

折射率介质在制栅和云纹干涉法中的应用

本文在已有的高折射率介质制栅方法的基础上提出了一种新的制作超高频全息光栅的方法,该方法制栅准确、简单、方便,其特点是所制光栅的频率与激光波长及介质的折射率无直接关系,而是等于制栅光路所得频率与两倍母栅频率之和.该制栅原理同时被推广应用于云纹干涉法中.     

激光反射全息干涉法现场测量残余应力的实验研究

本文根据激光反射干涉法的基本原理，采用钻盲孔释放残余应变的手段，提出一种新颖的残余应力激光全息现场测量的方法，推导出该光学测量方法３种计算公式．解决了激光全息干涉法不能进行现场实测的难题．