基于应力场可视化光弹实验平台的教学方法

该文研发了基于3D打印的透射性光弹实验系统,将相移法应用于非连续物体内部应力场提取和求解。将基于3D打印的透射性光弹实验系统引入材料力学实验教学,建立了基于3D打印的非连续物体应力场可视化实验教学方法,强化了材料力学实验教学平台。通过开展非连续物体应力场可视化实验教学,使学生加深了对课本理论知识的理解,拓宽了知识面,提高了创新能力。

基于3D-ILC含水平内裂纹脆性固体三点弯断裂特性研究

断裂力学是固体力学的重要分支,三点弯试验是力学领域的一个经典试验,含裂纹的三点弯研究多集中于穿透或表面裂纹,含纯封闭内裂纹的三点弯断裂研究较少。基于3D-ILC技术,在对试样表面无任何影响的情况下,生成任意参数的纯封闭内裂纹,开展含不同深度共勉内裂纹试样及完整试样三点弯断裂试验,分析应力双折射规律、破坏荷载、断口特征、断口特征区尺寸及破坏形态。通过对含不同深度内裂纹的试样进行数值模拟,得到裂纹尖端KⅠ、KⅡ、KⅢ分布规律。结果表明:(1)内裂纹改变了完整试样的应力双折射规律,云纹在裂纹上端呈半圆状,色差对比显著。(2)内裂纹的存在显著降低了试样三点弯破坏荷载,含深度10、20、30 mm单内裂纹试样及含深度20 mm双、三内裂纹试样与完整试样破坏荷载相比,下降百分比分别为11.8%、19.5%、78.4%、30.9%、35.5%。(3)内裂纹深度10、20mm试样与完整试样破坏形态均为动态裂纹分叉破坏,呈现出镜面雾化羽毛平纹特征;含深度30mm单内裂纹试样发生Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型复合扩展,断口为光滑的翼状扩展。(4)得到了破坏断口特征区尺寸与内裂纹深度关系的拟合公式。(5)KⅠ、KⅡ、KⅢ与内裂纹深度成反比关系;裂纹越远离试样中心,KⅠ越小,KⅡ、KⅢ越大;左右侧裂纹对中间裂纹的K值不影响。该研究表明3D-ILC可做为研究断裂力学中的内裂纹及复合裂纹问题的重要工具。

铸件浮动打磨力计算及CAE软件设计开发

基于铸件浮动打磨技术,针对现有理论和工具无法对打磨过程进行有效的计算分析问题,提出相应的CAE计算软件开发方案。采用微观到宏观的研究方法,研究铸件浮动打磨机理,推导出铸件浮动打磨打磨力积分计算通用公式。采用离散思想把三维打磨曲面离散为有限个平面单元,在单元上施加力学控制方程,用相应的计算程序求出数值结果。通过VB软件进行编程,开发出的CAE软件可进行相关打磨力计算且实现应力可视化,为铸件浮动打磨相关的设计、工艺、调试提供计算支撑。