数字散斑干涉法在工程力学实验教学中的应用

将现代光测力学技术中的数字散斑干涉法引入到工程力学实验教学中,既可以开拓学生的视野,加深对力学知识的理解和掌握,又可以激发学生的科研积极性,并提高学生的实践能力。数字散斑干涉法具有全场非接触测量,操作简单及测量精度高等优点,对工程力学实验教学中的电测方法起到了很好的补充作用。以典型的梁弯曲实验测试为例,利用数字散斑干涉法获得了梁弯曲时的面内位移和正应变分布,应变云图非常直观地显示了梁弯曲正应变沿横截面线性分布的特征。实验结果表明,该方法在工程力学实验教学中是有效和可行的。

用数字散斑干涉法测量动态面内位移场

利用数字散斑干涉法，研究了半无限平面模型在受冲击载荷下的面内位移场的测试技术。采用瞬态图像采集系统，将模型受冲击前后的电子散班图像直接存储在图像采集系统中，通过数字处理实现数字散斑干涉，测得了模型的面内位移。数值计算结果与实验两者能很好地吻合。

数字散斑干涉法测量金属热变形

首先阐述了数字散斑干涉法测量面内及离面变形量的原理和装置结构,并将其应用于铝合金材料的热变形测量中;结合数字图像处理技术,获得代表变形量的数字散斑干涉条纹图。结果表明数字散斑干涉测量法具有实时性强、结构简单、全场,非接触测量等优点。

激光散斑干涉测微原理与应用

散斑是激光束投射到粗糙光学表面上产生的斑点状图样。人们利用散斑可以探测微小的位移,这就是散班计量。本文介绍了散斑干涉法的原理及两个用数字散斑干涉法进行的实验,测量火箭固体燃料在机械和热载荷作用下的性能,利用数字散斑干涉法来检测金属表面的缺陷。

基于电子散斑干涉与数字剪切散斑干涉法的悬臂薄板振动分析

基于激光光路的光波随机相位扰动,分析了电子散斑干涉实时图像相减时模态条纹图的形成机理,提出了一种振幅涨落测量法。搭建了用于离面振动分析的电子散斑干涉和数字剪切散斑干涉测量系统,并对完整和含狭缝的悬臂铝板的振动特性进行了实验研究。实验结果表明,实时图像相减模式获得的模态条纹图对比度明显优于其他方法,得到的前10阶模态条纹图与有限元法计算结果具有良好的一致性。相比于电子散斑干涉法,数字剪切散斑干涉法对试样局部的刚度变化和缺陷更敏感。

数字剪切散斑干涉法研究铝合金中Portevin-Le Chatelier带的离面变形行为

作为Portevin-Le Chatelier(PLC)带的重要特征之一,其离面变形仍缺乏实验研究.本文提出使用数字剪切散斑干涉法研究GB6061铝合金中PLC带的离面变形.通过图像相减得到的条纹图,实时观察了PLC带的几何形貌和传播过程,并获得了PLC带离面位移分布.在1/15 s内,PLC带的最大离面位移为245 nm,位置偏向于PLC带传播的前沿.在条纹图中,PLC带传播前沿的亮条纹始终较窄.此外,实验还观察到PLC带位置变更和倾角转向的演化过程.实验表明,数字剪切散斑干涉法具有高灵敏度和防震性,是研究PLC带离面变形简便有效的方法.

铝合金中PLC变形带的轨迹观察和研究

本文采用了动态数字散斑干涉法 (DSPI) ,对恒定加载应变率下铝合金试件的拉伸实验作了直接地观察和研究。实验记录了三种类型的PLC(Portevin LeChatelier)变形带 (类型A、B、C)在试件表面的产生过程 ;追踪了它们产生和传播的空间轨迹 ;探讨了在室温下出现不同类型PLC带所必需的加载应变率范围 (当 ε≥ 5× 1 0 - 4 s- 1 时 ,变形过程中以A类型的PLC带为主 ;当 ε <3× 1 0 - 5s- 1 时 ,则大量出现C类型的PLC变形带 ;而B类型的带将出现于这两者之间 ) ;并对”锯齿形”应力曲线中应力下掉的幅值进行了统计研究。同时 ,针对连续传播的A类型带和跳动传播的B类型带 ,得到了变形带的传播速度在变形过程中的递减演化趋势。实验还观察到随着塑性变形量的增加 ,变形带的倾斜方向会发生对称迁移现象。A、B带在拉伸试验过半时迁移现象发生 。

Al-Cu合金中PLC剪切带成核过程三维变形的实验研究

利用高速(1000Hz)数字摄像系统．对Al-Cu合金拉伸试件中跳跃式不连续传播的B类型PLC带的瞬态成核与演化过程进行连续捕捉．运用数字散斑干涉法(DSPI,digital speckle pattern interferometry)得到PLC带成核和传播过程中由试件面内和离面位移条纹图表现的B类型带的成核和传播的三维变形过程．实验结果显示了B类型PLC带的一种演化形式,即带首先在试件的一侧成核产生并沿厚度方向发生剪切变形,在观察平面上形成沿与拉伸轴方向呈53°角的窄带．随着应力下落,带的前沿开始向试件的另一侧面沿自身长度方向传播,在传播过程中带逐渐沿自身宽度方向膨胀．带的前沿贯穿试件后,带开始高速膨胀,导致雪崩式剪切变形发生．根据离面位移结果得到相邻发生的B型带之间的跳跃传播间距,即在带的传播方向上,后一条带产生在前一条的前沿,跳跃式传播过程中相邻两条带的中心线间距为带宽的一半．

利用动态DSPI及其时域位相分析研究Portevin-Le Chatelier滑移带

Portevin-LeChatelier(PLC)效应是一种典型的塑性失稳现象.我们提出了一种新方法对合金材料中的PLC效应进行直接的观察和定量化的研究.这种方法的原理基于干涉散斑图样的位相差是一个与时间相关的单调函数.当PLC效应发生的时候,干涉散斑图序列被高速采集记录下来进行时域位相分析,同时通过动态散斑干涉法补偿位移.利用这种方法可以得到PLC滑移带及周围区域沿拉伸方向的位移分布并估算由滑移引起的试件的伸长.

实验固体力学在混凝土断裂方面的应用研究

综述了实验固体力学及其在混凝土断裂方面的研究现状.介绍了实验固体力学的一种光学测量新方法———数字电子散斑干涉法以及时间相移技术和空间载波变换技术.采用上述方法对带预制裂缝的混凝土三点弯曲梁进行了断裂特性的实验研究,测定了不同荷载作用下断裂过程区位移变化和裂缝张开口位移.将实验研究结果与有限元计算结果进行了比较,二者吻合得较好.实验研究表明,时间相移及空间载波变换数字电子散斑干涉法是进行混凝土损伤断裂特性研究的一种有效实验方法.