航空2024铝合金VIC-3D静载分析和疲劳试验

通过VIC-3D技术测量静态拉伸全场二维应变及应力,基于航空载荷谱进行动态载荷疲劳试验,利用扫描电子显微镜对试件断口进行观察,研究航空2024铝合金的力学性能。结果表明,利用Y方向应变随时间变化云图,可以探究裂纹出现及发展规律,疲劳试样在第34周循环,总第169 973次循环后发生疲劳断裂。疲劳断口可观察到疲劳源区、疲劳裂纹扩展区及瞬时断裂区,并呈扇形向外扩展。疲劳裂纹萌生于试件表面,裂纹扩展区二次长裂纹方向和裂纹扩展方向垂直,并存在疲劳辉纹,瞬时断裂区呈现出塑性断裂韧窝状形貌,局部存在冲击面形貌。

航空用GH2036合金的VIC-3D静载分析和冲击性能优化

使用VIC-3D技术测量了航空用GH2036合金静态拉伸二维应变及应力场,研究了其拉伸性能。基于四因素三水平正交试验方案进行了热处理工艺优化,利用蔡司显微镜对金相组织进行了观察,并研究了热处理工艺对该合金冲击性能的影响。利用应变-时间云图分析了应变场的变化。结果表明,时效时间对合金冲击性能影响最大,其次是固溶温度、时效温度、固溶时间,优化的热处理方案为920℃/45 min+520℃/3 h,在该热处理制度下,GH2036合金的冲击吸收功(181 J)较未热处理试样(95 J)提高90.5%;该合金热处理后的金相组织基体为奥氏体,且晶内和晶界处存在第二相,热处理优化工艺能够使晶粒细化和第二相强化效果实现最佳匹配。

基于VIC-3D技术的重组竹I型断裂参数确定方法

重组竹是原竹经工业化制造而成的一种高强复合材料,近年来被用于建筑结构。由于重组竹内部存在许多微裂纹,断裂破坏是重组竹构件的主要失效模式。本文基于线弹性断裂理论和Irwin能量原理,采用VIC-3D全场变形测量技术确定裂纹扩展长度,通过重组竹楔形试件断裂试验,研究重组竹I型裂纹的断裂性能,给出重组竹的断裂韧度和R曲线。试验表明:VIC-3D全场变形测量技术可准确确定裂纹尖端,避免了等效柔度法的复杂运算。该方法的结构与等效柔度法高度一致,是研究重组竹断裂性能的一种有效测量手段。

GH4033高温疲劳失效行为及基于VIC-3D的拉伸性能研究

采用VIC-3D非接触式测量技术分析了GH4033高温合金的拉伸性能,并基于此研究了其工程应力-工程应变曲线和真应力-真应变曲线。通过VIC-3D技术可表征试样截面积以及塑性区的变化趋势,而截面积的变化对材料的力学性能计算有显著影响,特别是在塑性变形阶段。塑性区随时间的增加逐渐扩大,并且试样的伸长率是由塑性区的形变引起的;研究了GH4033高温合金在不同温度和不同载荷作用下的高温疲劳性能,并利用SEM对疲劳断口进行分析以探究失效机理。结果表明:氧化作用随着实验温度的升高不断加剧,氧化产物不仅可以起到楔子作用,促进疲劳裂纹的扩展,而且在试样受压应力时能有效的阻碍裂纹的愈合。随着载荷的增大,二次裂纹数量增多。

VIC-3D技术在材料力学单轴拉伸实验教学中的应用研究

传统的工程力学实验教学中引入先进的现代科研仪器设备,不仅可激发学生兴趣开拓视野,而且促进实验教学由传统模式转向综合探究模式,全面提高学生的实践能力。据此,将现代热点VIC-3D非接触测量系统应用于金属材料拉伸实验教学中,既加深巩固对理论知识的理解,也直观展示了工程应力—应变与真应力—应变的分布特征的差异,实现了对理论教学的补充,提高了整体实验教学质量。

基于Vic-3D技术的煤岩单轴压缩试验研究

使用Vic-3D应变测量系统为测量仪器,对煤岩试件单轴压缩试验进行全过程测量拍摄,测量过程中系统通过散斑的移动获得试件正表面X、Y方向的位移演化云图。分析结果发现:煤岩试件正表面的位移演化云图可以较好地与其开裂破坏过程相对应,试件全面破坏是从最先产生裂缝的区域开始开裂。从而可以断定X与Y方向位移的变化趋势可以较为直观地再现煤岩的微观力学特征,预示其最终破坏形态。

基于VIC⁃3D技术的自复位梁柱节点抗震性能试验

为降低强震对传统钢筋混凝土框架结构梁柱节点的破坏水平,提升梁柱节点在震后的可修复性,设计了一种内置超弹性形状记忆合金(shape memory alloy,简称SMA)筋的新型自复位梁柱节点。基于对不同配筋构造形式和SMA筋不同配筋率等因素的考虑,设计制作了4个1/5缩尺比例梁柱节点并进行了拟静力试验。通过非接触全场应变测量系统(video image correlate⁃3d,简称VIC⁃3D)对低周往复加载作用下各节点塑性铰区的整体位移和应变进行了实时测摄,获得了相应的竖向位移和主应变全过程云图。对起裂阶段、裂缝发展阶段和自复位阶段3个阶段进行研究,对比分析了各节点的破坏过程以及耗能能力、位移延性、刚度退化和自复位等性能。试验结果表明:内置超弹性SMA筋可有效提升节点的滞回耗能和自复位性能,延缓塑性核心区混凝土的开裂,改善开裂后的损坏程度,提升节点的经济可修复性;一定范围内,增大SMA筋配筋率可有效延缓节点的刚度退化速度,但对节点的极限承载力和自复位性能的提升影响不大。

新型装配式框架节点地震损伤性能研究

梁柱节点的构造型式对框架结构的力学性能影响显著,该设计了一种新型装配式框架节点,为研究新型装配式框架节点的地震损伤性能,以连接方式和轴压比为设计参数,设计制作了8个节点试件进行低周循环试验,结合VIC-3D技术监测试件柱端表面应变,观察其破坏模式,分析了该节点的滞回曲线、延性和耗能能力等抗震性能指标,建立了适合于装配式节点的修正损伤模型。结果表明:新型装配式节点破坏模式为剪切破坏,主要破坏位置发生在混凝土与钢部件的连接处;装配式节点滞回曲线饱满,耗能能力强,装配式Z字形拼接节点的累积总耗能为现浇节点的1.75倍,表现出较好的抗震性能;装配式节点的延性系数在2.02~3.78,轴压比的增大会使节点承载力提高,延性降低;修正模型计算出的损伤发展曲线与实际情况吻合较好;连接方式的改变能够显著影响节点的损伤发展速率,轴压比越小,损伤发展速率越慢。最后,对装配式框架结构性态水平进行了参数量化,给出了性态水平与层间位移角、损伤指数、柱端表面峰值应变的对应关系,研究结果可为该类结构损伤评估及震后恢复提供理论依据。

基于数字图像相关技术的鼓风机叶片动态应变试验

针对鼓风机叶片在共振中因大变形而引起的裂纹或断裂问题,基于双目立体视觉原理和数字图像相关法,并结合振动学理论,研究了小尺寸风机叶片在振动过程中的变形及动态应变。结果表明:叶片的最大应变位于叶根处,且整体应变随着正弦振动的激励呈现交变状态;与应变片法测得的应变和激光测振仪测得的位移相比,采用VIC-3D数字图像相关法测得叶片根部的应变和位移相对误差分别约为4.0%和3.5%,该测量方法易于操作,测量精度高。

急倾斜矿体采空区岩移规律相似模拟试验研究

针对冀东铁矿床赋存特性和地下采空区的特点,开展相似模拟试验研究,分析地下采空区围岩的变形破坏规律。研究表明:随着试验的进行,采空区两侧围岩位移量的差值逐渐增大,围岩应力平衡受到破坏;围岩位移量随时间的变化共分三个阶段:剧增、缓增和剧增;其中缓增阶段历经时间最长;上盘围岩下沉方向指向采空区,下盘围岩下沉方向竖直向下,位移变化趋势呈由上向下水平分层递减。该研究结果为有效地进行急倾斜硬岩矿体开采研究提供了参考。

聚合物PA66直至断裂的全程单轴本构关系研究

基于有限元辅助测试方法(Finite element aided testing,FAT)对新型聚合物PA66开展了直至破坏的全程单轴本构关系的研究。另外,将VIC-3D光测所得的试样表面应变场结果与有限元模拟结果进行对比,表明通过FAT方法获得的聚合物PA66全程单轴本构关系结果准确有效。最后给出了聚合物PA66的全程单轴本构关系曲线,给出了对应Chaboche本构关系模型的参数、材料临界破断应力、破断应变、应力三轴度等,并对试样的破断机理进行了分析。

基于数字图像技术的LY12铝合金形变分析

利用VIC-3D数字图像技术、有限元模拟和万能电子试验机,对无孔和有孔LY12铝合金材料进行了应力演变分析和断口分析。结果表明:VIC-3D系统测得的应变云图与有限元法得到的相似,但有限元法得到的云图数值偏小;随着应力的增加,裂纹沿垂直于拉伸应力的方向扩展,当应变及应变速率均达到最大值时试样发生断裂;试样断口主要为韧窝型断口,表明该材料具有较好的韧性。

浅埋煤层过沟开采地表裂缝动态发育规律研究

为研究煤层在过沟开采时地表裂缝在不同位置的动态演化规律,以陕北某矿14210工作面为原型,运用相似材料模拟实验并结合VIC-3D系统研究了地表裂缝的发育特征。研究结果显示:沟谷处地表裂缝发育宽度先增大再急速减少最终闭合;左侧坡面与右侧坡面地表裂缝发育宽度先增大后小幅减少再趋于稳定;根据其发育位置与应变变化将地表裂缝分为左侧坡面张拉地表裂缝、沟谷挤压地表裂缝及右侧坡面张拉地表裂缝3类。通过对14210工作面过沟开采进行安全性预测可知:在过沟开采期间导致乌兰不拉沟泉水涌入工作面的因素大致分为裂缝宽度、裂缝分布密度、沟中水位、工作面推进速度4个因素。

动态应变测试技术在汽车试验中的应用

针对汽车路谱采集和台架试验中传统接触式应变采集方法的局限性,提出了运用动态应变测试技术(Vic-3D)测量系统来进行非接触式特殊工况的应变采集,突破了接触式测量需要全场测量等的技术瓶颈.介绍了数字图像相关方法(DIC)的基本原理及算法公式,对基于DIC技术的Vic-3D测量系统试验流程进行了阐述.通过对汽车扭力梁进行局部应变采集试验,将Vic-3D测量与传统电阻应变片式测量进行了结果比对,发现2组数据相差较小,验证了Vic-3D系统对于应变测量的广泛性与准确性.