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基于微观尺度X射线断层扫描技术的短切碳纤维SMC复合材料失效分析 被引量:2
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作者 程子敬 王凯峰 张连洪 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期130-138,共9页
短切碳纤维片状模塑料(SMC)复合材料内部复杂的纤维三维分布及其造成的多样微裂纹演化过程加剧了其失效分析的难度。针对短切碳纤维SMC复合材料的失效行为进行研究,提出采用微观尺度X射线断层扫描技术实时表征材料内部的微观结构,捕捉... 短切碳纤维片状模塑料(SMC)复合材料内部复杂的纤维三维分布及其造成的多样微裂纹演化过程加剧了其失效分析的难度。针对短切碳纤维SMC复合材料的失效行为进行研究,提出采用微观尺度X射线断层扫描技术实时表征材料内部的微观结构,捕捉碳纤维和微裂纹的几何信息,结合先进的图像采集和图像处理技术,进而准确重构出短切碳纤维SMC复合材料在受力过程中的三维结构变化以及微裂纹的完整演变过程,定量测量微裂纹的几何尺寸,实现损伤的精准诊断,并利用Tsai-Wu失效判据和界面开裂后的基体应力场理论等失效方法探究短切碳纤维SMC复合材料的失效机制。该方法的提出对于研究短切碳纤维SMC复合材料的失效过程以及分析相应的失效行为提供了重要依据。 展开更多
关键词 微观尺度x射线断层扫描技术 碳纤维复合材料 损伤检测 损伤表征 失效机制
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UHPFRC圆盘动态劈裂试验及基于μXCT图像的破坏机理研究 被引量:1
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作者 姚勇 杨贞军 +3 位作者 张昕 庞苗 李雅祺 喻渴来 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期68-85,共18页
采用分离式霍普金森压杆对钢纤维体积分数为0~3%的超高性能纤维增强混凝土(ultra high performance fibre reinforced concrete, UHPFRC)圆盘试件进行应变率为1.72~7.42 s^(-1)的动态劈裂试验,使用高速摄像机结合数字图像相关(digital i... 采用分离式霍普金森压杆对钢纤维体积分数为0~3%的超高性能纤维增强混凝土(ultra high performance fibre reinforced concrete, UHPFRC)圆盘试件进行应变率为1.72~7.42 s^(-1)的动态劈裂试验,使用高速摄像机结合数字图像相关(digital image correlation, DIC)法获得试件表面裂缝扩展全过程图像和应变演化过程,并对冲击前后试件进行微观X射线计算断层扫描(micro X-ray computed tomography,μXCT),获得分辨率为56.7μm的三维内部图像,并进行统计和破坏机理分析。结果表明:(1)相比无纤维试件,掺入1%~3%的钢纤维,静、动劈裂强度分别提高84%~131%和47%~87%,动劈裂强度增强因子(即动静强度比值)为1.07~1.72;(2) DIC应变图像分析表明,无纤维试件裂缝集中、破坏快、能耗低;含纤维试件裂缝弥散程度大、能耗高、延性好,且随着纤维含量的提高而提升;(3)μXCT图像分析表明,试件中钢纤维体积分数为1.04%~2.47%,与设计基本一致,孔洞体积分数为0.98%~1.71%,纤维掺量的提高,降低了孔洞数量和总体积分数,但孔洞的平均体积和平均等效直径增大;裂缝桥连纤维数量的增加,减小了主裂缝的体积和平均宽度,提高了裂缝面的粗糙度和相对表面积,从而提高了试件的强度、能耗、韧性和延性。 展开更多
关键词 动态劈裂 超高性能纤维增强混凝土 微观x射线计算断层扫描 断裂机理 数字图像相关
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基于CT图像深度学习的三维编织C/C复合材料微观组分与缺陷智能识别
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作者 钱奇伟 张昕 +2 位作者 杨贞军 沈镇 校金友 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期3536-3543,共8页
首先采用微观X射线计算机断层扫描(Micro X-ray computed tomography,XCT)对4枚20 mm立方体三维编织碳/碳(Carbon fiber reinforced carbon,C/C)复合材料试件进行扫描,获得精度为18.27μm的内部微观结构图像;然后采用基于深度学习的语... 首先采用微观X射线计算机断层扫描(Micro X-ray computed tomography,XCT)对4枚20 mm立方体三维编织碳/碳(Carbon fiber reinforced carbon,C/C)复合材料试件进行扫描,获得精度为18.27μm的内部微观结构图像;然后采用基于深度学习的语义分割算法,对大量二维XCT图像进行训练,实现对试件三维微观组分(碳棒、碳纤维束和基体)和缺陷(孔洞、分层和裂纹)的智能识别和分割。结果表明:(1)微观XCT扫描能够高精度表征三维编织C/C复合材料内部组分和缺陷的分布和形态,主要缺陷为相邻纤维束层之间的分层;(2)由于C/C复合材料各微观组分均为碳材料,在CT图像中灰度值相同(或十分接近),难以采用传统阈值算法进行分割;深度学习算法能够有效过滤噪声与伪影并自动精准分割各组分和缺陷,且预测速度比人工图像标注高约两个数量级。本文对三维编织C/C复合材料后续微细观建模和性能优化奠定了基础。 展开更多
关键词 C/C复合材料 微观x射线计算机断层扫描 微观组分 缺陷 深度学习 语义分割
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Micropores in G20Mn5N cast steel and their influence on stress distribution
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作者 Yan Huadong Jin Hui 《Journal of Southeast University(English Edition)》 EI CAS 2024年第3期286-294,共9页
To accurately analyze the impact of casting pores in steel,high-resolution 3D X-ray tomography technology was used to gather detailed statistical information about micropores.These micropores were classified as gas,sh... To accurately analyze the impact of casting pores in steel,high-resolution 3D X-ray tomography technology was used to gather detailed statistical information about micropores.These micropores were classified as gas,shrinkage,and gas-shrinkage pores depending on their formation origin and morphology.Clustering tendencies and affinity parameters were defined to characterize the spatial correlations among these three types of pores.The 3D data from X-ray tomography scans were then integrated into finite element analysis(FEA)software to predict how micropore shape,size,and distribution influence stress distribution within the material.The results show that certain inflection points with small local radii within the cast pores are major contributors to stress concentration.Therefore,cast pores cannot be simply modeled as ideal spherical pores.The sphericity and volume of pores have a significant impact on the stress concentration of the model.Specifically,lower sphericity and larger pore volumes result in higher stress concentrations.Moreover,the internal pores of steel castings exhibit specific global distribution characteristics.Pores located on the surface of the specimen lead to significantly higher stress concentrations compared to those located inside the specimen. 展开更多
关键词 cast steel micropores x-ray tomography 3D reconstruction finite element analysis
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镁合金凝固过程三维枝晶形貌和生长取向研究进展:三维实验表征和相场模拟 被引量:8
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作者 荆涛 帅三三 +1 位作者 汪明月 郑启威 《金属学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第10期1279-1296,共18页
Mg作为一种典型的hcp结构金属,其枝晶形貌和生长取向受到多种因素的影响,目前针对镁合金中a-Mg枝晶生长模型的描述以及多样性的起源等问题的研究都比较缺乏,基于此,本文综述了本课题组在镁合金凝固微观组织结构三维表征方面取得的研究成... Mg作为一种典型的hcp结构金属,其枝晶形貌和生长取向受到多种因素的影响,目前针对镁合金中a-Mg枝晶生长模型的描述以及多样性的起源等问题的研究都比较缺乏,基于此,本文综述了本课题组在镁合金凝固微观组织结构三维表征方面取得的研究成果.借助同步辐射X射线微观断层扫描技术以及相场数值模型,研究了镁合金凝固过程中a-Mg(X)枝晶生长选择多样性的形成机理以及固溶合金元素(Al,Ca,Zn和Sn等)、固溶元素含量(溶质浓度)等因素对a-Mg枝晶生长选择和演化的影响.研究结果表明,固溶元素、固溶元素含量等因素都会对镁合金中a-Mg三维枝晶形貌和择优取向产生重要影响.在Mg-Ca和Mg-Al(hcp-fcc)合金中,枝晶倾向于以<1120>或<2245>为择优方向生长.在Mg-Sn(hcp-bct)合金中,等轴生长的枝晶沿着基面上<1120>和偏离基面的<112X>(X≈2)方向形成一种18次分支的结构,在Mg-Zn(hcp-hcp)合金中,a-Mg枝晶的择优取向会随着Zn含量的增加,从<1120>方向朝偏离基面的<1121>方向发生连续转变,并在转变的过渡区,发现了超支化的藻状枝晶结构,其原因可能是高各向异性Zn元素的引入带来的固/液界面自由能各向异性的变化.研究结果从一定程度上揭示了镁合金凝固过程中a-Mg枝晶生长形貌和分支结构选择多样性的规律.同时基于快速X射线成像技术率先开展了镁合金凝固过程三维微观结构演化原位表征研究,获得了镁合金凝固过程三维枝晶的生长演化过程. 展开更多
关键词 镁合金 凝固 三维枝晶形貌 相场模拟 x射线微观断层扫描
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