基于Aramis系统的韧性材料颈缩段应变分析

为了研究韧性材料在颈缩状态下颈部的应力分布,本文首先从理论入手,对比了传统的颈缩半经验应力解--Bridgman解和陈篪解。详细讨论了两解的差异,指出陈篪解的精度高于Bridgman解。然后,在室温下对16组Q235和Q345钢材进行了单轴拉伸实验,并在此过程中利用Aramis系统同步进行跟踪测量,得到了材料在颈缩段最小截面上的半径和表面轴向应变。最后,利用这些实验数据对比讨论了两解的精度和造成误差的原因。结果表明:造成陈篪解误差的原因是在整个颈缩过程中,应变均布假定并不能得到很好的满足,且在整个颈缩过程中,颈部最小截面上的径向应变的值始终大于环向应变。本文研究得到的成果,能为今后研究者计算颈缩段应力分布提供依据,并为分析韧性断裂机理提供参考。

基于轮轴疲劳试验台的ARAMIS光学测量系统的应用

轮轴疲劳裂纹的探伤方法主要包含磁粉探伤、超声波探伤·、渗透探伤等,然而这些方法均不能实现轮轴疲劳试验过程中裂纹的实时监测。ARAMIS(4M型)光学测量系统(简称ARAMIS系统)不仅能对运动工件的裂纹进行实时监测,侦测裂纹萌生的大致时间,还可计算裂纹长度和扩展速率。本文以轮轴疲劳试验为例,介绍了ARAMIS系统实时车轴疲劳裂纹检测的整个过程。同时对该系统存在的不足,提出解决方案。

基于ARAMIS的铝合金拉伸过程声发射特性分析

对5052铝合金板材进行了单向拉伸试验,利用ARAMIS应变测量系统获得了铝合金材料在拉伸过程中的应变场,并同时用声发射检测仪检测了铝合金拉伸过程中的声发射信号。通过分析试件拉伸过程中各个阶段声发射特征信号,对比同时刻ARAMIS所得的应变云图,结合金属学原理,分析了5052铝合金在拉伸过程中各个阶段声发射信号产生的机制。结果表明:ARAMIS应变测量系统和声发射检测仪均能较好地测得5052铝合金在拉伸过程的变形破坏特征,利用ARAMIS应变测量系统测得试件表面吕德斯带的变化规律可以进一步解释试件在拉伸过程中声发射信号产生原因。

Zr基非晶合金在过冷液相区的拉伸变形行为

采用ARAMIS三维变形分析测试系统对Zr65Cu20Al10Fe5块体非晶合金在400℃和应变速率为1×10-3s-1条件下的高温拉伸变形行为进行研究,并利用X射线衍射(XRD)对合金试样的显微组织进行分析。结果表明,在变形条件下,该Zr-基非晶合金可表现出良好的塑性,其伸长率为103%,其变形模式为非牛顿流变。用三维变形分析得到的不同变形时刻的应变分布图显示,随着变形量的增加,试样变形变得不均匀,在变形后期会出现颈缩现象。XRD分析结果表明,在拉伸变形过程中,非晶合金试样会发生晶化,其晶化程度与试样不同部位的局部应变量大小有关,局部变形量较大的区域晶化程度较高,而较高含量纳米晶的存在导致了该区域具有较高的变形速率。

低碳钢单轴拉伸实验颈缩段的应力分析

为了深入研究塑性材料在单轴拉伸过程中的颈缩应力分布,结合Aramis三维应变测量系统对Q235钢和Q345钢进行了单轴拉伸实验。基于已有文献的颈缩外形理论,结合实验数据提出了颈缩阶段几何尺寸的变化规律公式,并与传统经验公式进行了对比。采用本文给出的颈缩阶段几何尺寸的变化规律公式计算,Q235钢误差率为27.73%,Q345钢误差率为20.49%;采用传统经验公式计算,Q235钢误差率为64.33%,Q345钢误差率为70.78%。结果表明,本文提出的变化规律公式精确度远高于传统公式精确度。基于此,在考虑材料系数的基础上推导出了包含材料系数的半解析半经验应力分布方程。

孔径对第三代镍基单晶高温合金DD33板式试样室温拉伸性能的影响

本文研究了孔径(φ=0.5、0.7及0.9 mm)对第三代镍基单晶高温合金DD33板式试样室温拉伸性能的影响。采用ARAMIS-光学动态应变测量系统原位观测了拉伸过程中不同孔径孔周围的应变分布,并利用扫描电镜观察了拉伸试样的断口形貌。结果表明:随着孔径的增大,试样的屈服强度和抗拉强度均降低。拉伸过程中孔周围产生应变集中,而且只在孔边很小的范围。弹性变形阶段,孔边应变增长缓慢;一旦发生塑性变形,应变快速增长。孔径越大,孔周围的应变集中越严重,应变梯度越大。上述研究结果对理解含冷却孔单晶叶片的变形行为,优化叶片结构,从而提高叶片寿命具有重要意义。

数字图像应用于疲劳监测的测量参数研究

钢构件的疲劳监测是钢结构健康监测系统的重要组成部分,而在近年图像采集和数据远程传输技术迅速发展的大环境下,将非接触式数字图像测量和识别技术应用于疲劳监测的研究和进展,受到各方专业人士的关注。为实现通过对数字图像中某种参数变化的识别,在出现可辨识的裂纹之前监测到疲劳异常的目标,设计并加工了Q345qD试件进行疲劳试验。试验过程中采用ARAMIS非接触式三维光学测量系统对观测区域进行动态连续拍照,获得疲劳全过程图像,并将图像在测量系统内部转换为数字作为检测量。对比分析疲劳全过程图像所能够获取的力学指标和获取方法,研究数字图像应变及位移参数的形态和应用可行性;对比静载试验中电测应变片与图像应变测量结果,确定非接触式数字图像测量是否满足应用精度要求;研究试件疲劳过程的应变和位移变化规律,对图像的各种数据进行疲劳过程敏感性分析,研究最优参数指标,确定特征点数据提取方案;验证数字图像技术应用于疲劳监测的可行性和实施方案,兼顾客观性和自动化。研究表明:通过ARAMIS三维数字图像测量系统能够非接触动态采集测量表面的图像数据,所获取的三维应变值满足精度要求;采用提取截面线均值方法能够有效获取钢构件截面名义应变;通过位移指标得到的疲劳异常信息相对较晚,不适合作为疲劳监测的测量参数;确定采用数字图像的应变参数进行疲劳监测具有可行性,提出可在应变等值云图上截取最大应变特征值作为疲劳监测数值系列。所得到的测量数据客观有效、实施性强,是数字图像应用于疲劳监测的最优测量参数。

冲击前后微震信号的功率谱规律

通过对跃进煤矿ARAMIS微震监测系统监测到的微震波形信号进行处理分析,得到冲击矿压发生前后的功率谱演变特征,结果表明:冲击前、后微震信号功率谱值较低,功率谱大值对应频率主要为50～150 Hz,单位频率段上功率谱变化量较大;冲击时功率谱在各频率段的分布较均匀,功率谱值增高,低频和高频段对应的功率谱值增幅较大,单位频率段上功率谱变化量较小。