基于DIC方法的混杂纤维增强再生粗骨料混凝土力学性能研究

为探究混杂纤维增强再生粗骨料混凝土(HFR-RCAC)的基本力学性能,以钢-聚丙烯混杂纤维(HF)体积掺量(0%、0.5%、1.0%)和再生粗骨料质量取代率(0%、25%、50%、75%、100%)为主要试验参数,共制备45组试件,进行抗压试验、劈裂抗拉试验和抗折试验,借助数字图像相关(DIC)方法对试件表面的全场位移和应变进行监测,并利用扫描电子显微镜(SEM)观察了聚丙烯纤维与再生粗骨料之间的界面过渡区的微观结构。结果表明,随着再生粗骨料替代率的增加,HFR-RCAC的力学性能有所下降,而掺入纤维可以弥补再生粗骨料带来的强度损失,显著提高其力学性能;通过DIC方法获取试件抗压破坏的全场应变演化,并基于最大主应变演化过程分析了试件表面宏、微观裂纹的动态演化特征,HF对混凝土的增强主要以阻碍宏观裂纹扩展的形式体现。利用SEM表征了聚丙烯纤维-水泥基体界面过渡区的微观结构变化,从微观角度解释了HFR-RCAC力学性能的变化以及纤维改性增强机理。

小视场下基于可移动3D-DIC的全场应变测量方法

由于试件工作环境空间有限,全场应变分析面临着相机光轴和试件表面不垂直和不同区域图像拼接获得的全景图像中存在拼接缝的问题。基于此,提出了基于可移动三维数字图像相关法(3D-digital image correlation,3D-DIC)全场应变测量方法,用于高分辨率形变和应变测量。该方法将双目相机安装在稳定的滑动台结构上,通过控制相机采集叶片不同位置图像,重建试件表面完整图像。提出基于散斑点匹配融合算法,将不同区域图像拼接为叶片全景图像。静态误差分析试验和均匀应变场分析试验被设计验证该方法的有效性。试验结果表明,该方法的横向和轴向应变误差分别为0.98%和1.03%,表明应变分析中具有较高的精度。该方法有效地实现了小视场环境下样本的全场应变测量。

分段装药爆炸应变场与裂隙场分布规律

为探究分段装药爆炸应变场与裂隙场分布规律,采用数字图像相关分析方法与电子计算机断层扫描实验方法,分析了孔内分段装药爆炸全场应变传播规律,建立了爆后“岩石—爆炸裂隙”的三维重构模型,描述了爆炸裂纹位置与形态的空间分布情况,得到岩石材料爆炸裂隙的分形维数与损伤度。研究结果表明:分段装药改变了连续装药对介质的全场应变形态,由一次应变改变为两次应变,在满足第一段炸药对介质的破坏作用下,同时加大了第二段炸药对介质的作用效应;上分段装药占比0.4时,下分段介质受爆炸作用应变峰值更大,更好满足工程实践中下半段岩体对爆炸能量的需求;相同装药系数下,连续装药结构爆炸裂纹没有贯穿试件整体,炮孔封堵段的爆炸裂纹较少,分段装药结构下,由于提高了炸药的位置,使得上部分岩体能够更好地利用炸药爆炸的能量破碎岩石;分段装药岩石整体损伤度较连续装药提高了23.5%,其中上分段岩石损伤差异较大,分段装药上分段损伤度比连续装药提高46.4%。

插拔冲击载荷下的印刷电路板全场应变预示方法

针对某产品印刷电路板受插拔冲击载荷导致的焊脚损伤失效案例,研究根据插拔端施力预示电路板全场受力位置及响应的有效方法。首先将预制的整体应变计粘贴于电路板狭窄空间,获取印刷线路板上各关键测点位置的应变数据;然后基于克里金代理模型拟合出各测点在非工作状态插拔工况下整张电路板的全场应变分布情况;进而建立施力端应变数据与受力端应变数据的关系模型。实测与预示结果的误差在10%以内,验证了该方法的有效性。该方法可为该类印刷电路板全场应力分析、失效分析及测点剪裁提供参考。

汽车后地板拉延件成形裕度提升及参数优化研究

目的提升拉延工艺处理后汽车后地板零件的成形裕度,优化成形参数。方法首先,设置初始拉延工艺参数:压边力为807kN、摩擦因数为0.135、压边圈行程为205mm、成形力为3572kN,基于Autoform软件对后地板的拉延工艺进行数值模拟。其次,利用全场网格应变测量技术对试冲件进行全场测量,获得全场成形裕度云图、成形极限图、减薄云图。最后,调节压边力与拉延筋深度及圆角半径,优化拉延工艺的成形参数。结果通过模拟获得了零件的潜在风险区域位置,零件的最大减薄率为24.10%、全场成形裕度均小于10%;测量结果表明,最大成形裕度为-9.29%。对风险区域进行模具圆角抛光后,最大成形裕度达到-10.65%。通过综合分析测量结果与模拟结果可知,采用压边力为782kN、B处拉延筋圆角半径为4.5mm、拉延筋深度为4.5 mm等成形参数,试冲得到的零件无开裂和起皱缺陷,成形裕度最大值为-14.33%,满足大规模生产需要。结论利用数值模拟结合全场网格应变测量技术指导修模作业并优化工艺参数,可以有效提升模具的调试效率。

V形开槽修补道路反射裂缝的抗开裂性能

为研究沥青路面反射裂缝的修补方法,根据反射裂缝的宽度设计了3种结构的修补材料,首先利用车辙试验、弯曲小梁试验、浸水马歇尔、冻融劈裂试验分别评价了修补材料的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性;其次通过拉拔强度试验与剪切强度试验确定了黏结剂的最佳洒布量;最后通过全场应变分析、断裂能等理论探讨了修补结构的抗裂性。研究结果表明:试验设计的3种修补材料基本性能均满足规范要求、V形修补结构的黏结剂最佳洒布量为0.6 kg/m^(2)、通过全场应变分析与抗裂性分析得知修补材料的弯拉强度为传统沥青灌封修补的3.36倍、修补材料的断裂能达到未开裂路面的60.1%。试验验证了开V形槽修补道路反射裂缝的可行性,为道路修补反射裂缝提供了新方法。

基于三维数字图像相关技术的脆性岩石破坏试验研究

利用三维数字图像相关技术(3D-DIC)观测系统研究单轴压缩状态下带中心圆孔花岗岩岩板的破坏全过程,得到了含孔洞岩石破坏过程中观测面的三维全场位移和应变,不仅能够直观地反映岩石表面裂隙的产生、扩展及相互连通的演化过程,亦能够确定裂纹的位置、形态以及扩展方向等具体信息,还能重现加载过程中试样表面的压缩(平行荷载方向)、剥离(垂直荷载方向)、膨胀及剥落(垂直试样表面方向)。结果表明:3D-DIC技术在岩土力学试验中有其独特的优势,岩石材料破坏过程中应变场的演化能较好地反映其内部裂纹的产生和扩展规律。根据全场应变云图可以判断岩石裂纹扩展演化的情况;裂纹的演化具有强烈的非线性特征,在试样接近破坏时形成的"X"型对称变形局部化带,最终只形成一条宏观破坏带,荷载方向、岩石结构及其内部的非均匀性都会对最终宏观破裂带的位置产生影响;利用3D-DIC观测系统进行岩石变形破坏机制的研究是有效的,可为岩土介质宏细观变形破坏机制的研究提供重要的借鉴。

爆炸应力波在含层理介质中传播规律的实验研究

采用超高速数字图像相关实验系统,进行了爆炸应力波在含层理结构的PMMA试件中的传播试验,分析了全场应变的演化过程和相关测点的应变时程变化。实验结果表明:爆炸应力波在含有层理的介质中传播时,层理远区的应力波衰减幅度比层理近区的应力波衰减幅度大。通过应变云图的演化过程发现,应力波遇到层理后会发生反射,入射拉伸波与反射拉伸波叠加形成了较强的拉伸集中区,并沿着层理向两端扩展逐步减弱。此外,通过数据拟合得到了层理内、外侧的应变峰值衰减规律,应变峰值的衰减随距离基本是线性的,且层理内侧的应变衰减速度大于层理外侧的。

基于分子发光原理的光弹性涂层测量方法

在简单介绍分子荧光产生过程的基础上,系统介绍了新的光弹性涂层方法——发光光弹性涂层法的基本原理、涂层结构、系统组成及实验方法.由于新方法采用了气雾剂技术,并通过在光弹性涂层中添加荧光染料,使新方法与传统的光弹性涂层方法相比,具有如下优点:(1)更简单、快捷,特别是对于有复杂几何形状的构件;(2)只会引起较小的基底加强效应;(3)能提供更高的空间分辨率;(4)省去了条纹计数和位相去包裹的过程,简化了后续的数据处理过程;(5)发光涂层的发射光是漫射光,使得对曲面进行测量时有较高的相对强度.最后指出了新方法今后的研究方向及其在诸如产品设计流程中与有限元分析相结合等方面的广阔应用前景.

基于DIC法的混凝土三点弯曲梁断裂性能试验研究

为研究不同初始缝高比对混凝土断裂性能的影响,设计了3组初始缝高比分别为0.2,0.3和0.4的共15根三点弯曲梁试件。利用数字图像相关法(DigitalImageCorrelation,DIC)测得试件表面全场应变及位移数据,与采用传统夹式引伸计测得裂缝口张开位移(CMOD)、裂尖张口位移(CTOD)以及临界有效裂缝扩展长度计算值进行了对比分析。结果表明:DIC采集的CMOD及CTOD值与引伸计实测值吻合良好;基于DIC方法测得的临界有效裂缝扩展长度与公式计算结果基本吻合,误差在8%以内;从通过DIC方法得到的水平方向应变图,可观测出断裂全过程的裂纹的扩展路径。综上,DIC方法能较为准确地应用到混凝土断裂试验中。

三维光学测试系统应用技术研究

文章介绍了三维光学测试系统在全场应变测试应用中,影响测试结果准确性的一些关键因素(边界条件);设计了相应的试验方法和试件,通过加载试验,同时采用仿真、应变片和光学三种方法,对这些影响因素进行了量化,为三维光学测试系统在全场应变测试中更复杂应用积累了经验。

基于主应变场的混凝土全表面开裂特征实时测量与分析

测量裂纹的扩展过程对于揭示混凝土结构的破坏机理和评价其力学性能十分重要.本文提出了一种基于混凝土表面变形场的裂纹定位和宽度测量方法,首先基于多相机数字图像相关方法得到混凝土试件表面的高分辨变形场,发现开裂引起的位移梯度使裂纹附近的虚主应变场明显区别于未开裂处,且主应变场在裂纹法线方向近似高斯分布.借鉴在激光条纹中心线定位中广泛采用的Steger算法思想,提出了基于主应变场的裂纹定位方法,并将裂纹两侧位于法线上的面内位移向量做差沿裂纹法线方向上的投影为Ⅰ型裂纹宽度,沿裂纹切线方向上的投影为Ⅱ型裂纹宽度,最终得到了裂纹每一点的位置和宽度.利用高精度平移台设计了模拟裂纹扩展的实验,以验证Ⅰ型裂纹宽度的测量精度.实验结果表明:裂纹宽度的测量误差在0.010~0.017像素之间,与理论预测相符;测量误差的标准差在0.006~0.008像素之间,测量结果比较稳定.在同等分辨率下,本文方法的测量精度优于基于图像的裂纹测量方法.本文提出的方法可以全自动、实时地测量裂纹扩展,为混凝土实验提供了一种可靠、精确的全场裂纹测量手段.

光学测量方法在手机跌落测试中的应用

手机跌落试验主要用于检验手机质量,有限元分析模拟仿真方法能够帮助厂家在产品开发阶段优化手机结构,但不能对成品实物进行质量检验。针对上述问题,该文提出一种基于光学测量的手机跌落试验方法,采用双目立体视觉原理,利用摄影测量技术,提高数字图像相关法匹配精度,使用高速相机对手机跌落过程进行连续采集,提高系统标定精度后通过图像数据计算分析获取手机跌落过程中的全场位移及应变值。该文用华为荣耀4A手机前壳进行试验,成功获取其跌落过程中的三维全场变形数据,证明基于数字图像相关法手机跌落试验方法具有高精度、试验过程简便等优点,满足成品手机质量检测的需求。

基于DIC技术获取焊接接头单轴拉伸力学性能

目的获取异种金属焊接接头局部拉伸力学性能。方法针对压水堆核电机组蒸汽发生器接管与安全端异种金属焊接接头(Dissimilar metal weld joint,DMWJ,其接管材料为20MND 5低合金钢,安全端为Z2 CND 18.12控氮奥氏体不锈钢,焊缝材料为INCONEL 52镍基合金),采用等直圆棒拉伸试验获得蒸汽发生器接管材料20MND 5的单轴拉伸应力-应变关系,基于数字图像相关(Digital image correlation,DIC)技术,采用平板拉伸试验获取DMWJ单轴拉伸力学性能。结果20MND 5的弹性模量和屈服强度分别为197 GPa和498 MPa。与20MND 5单轴拉伸应力-应变关系对比,DMWJ单轴拉伸过程中母材及焊缝位置的全场应变,及DMWJ母材和焊缝位置局部的单轴拉伸力学性能,二者完全吻合。结论DIC技术可精确测量DMWJ局部单轴应力-应变关系,对于三代压水堆核电站DMWJ的设计、安全评定及寿命管理具有重要意义。

基于实测应变的典型热防护结构位移场实时重构

为了保证使役环境下高速飞行器结构的安全性,以高速飞行器典型热防护结构为对象,对其实时变形重构方法进行研究.将分布式光纤光栅应变测量技术与基于改进Ko位移理论的重构算法相结合,实现了基于实测应变数据的结构全场位移重构和演示.以四点弯加载工况下的典型热防护结构位移场重构为例,开展了数值仿真研究,验证了算法的精度;并进一步开展了典型热防护结构的四点弯试验,结合MATLAB程序和LabVIEW数据采集系统,实现了变载荷工况下结构底部金属板位移场的实时重构演示,并利用局部测点的实测位移验证了重构位移场的精度.试验结果表明:在非固支工况下,改进Ko位移理论能够重构出典型热防护结构全场位移,验证了基于改进Ko位移理论的重构算法在非固支工况下结构变形实时重构研究中的有效性和准确性.

条形药包爆炸全场应变以及裂纹动态断裂特性研究

为了探究不同起爆位置下条形药包全场应变以及裂纹动态断裂特性,采用爆炸荷载动态焦散线实验系统和数字图像相关方法(DIC),开展了爆破模型实验研究.研究结果表明:条形药包一端起爆时,起爆点处翼裂纹扩展长度最小,随着炸药爆轰的传播,翼裂纹扩展长度增长;中心起爆时,中心位置翼裂纹扩展长度小于两端位置翼裂纹扩展长度,一端起爆时非起爆端翼裂纹扩展长度最长.无论中心起爆或一端起爆,条形药包中心区域翼裂纹扩展主要为Ⅰ型裂纹,并且中心翼裂纹起裂韧度最大,端部翼裂纹为以Ⅱ型为主的Ⅰ-Ⅱ型复合裂纹.一端起爆时,拉压应变作用范围沿炸药传爆方向传递,且非起爆端拉压应变作用区域大于起爆端,压应变最大值为距起爆点约0.67~0.83倍的装药长度.中心起爆时,拉压应变的作用过程沿起爆中心向两端呈对称形式传播,中心点位置应变最大.两种起爆方式下都出现端部压应力集中现象.

机械与材料力学性能的三维全场变形和应变快速检测研究

首先从机械与材料力学性能的研究中,探究三维全场变形与应变快速检测的具体方法,然后明确这些方法解决的大型复杂工件以及生产现场的检测难题,最后分析这些方法使用的范围和优点,希望为三维全场全尺寸变形的检测难题提供一些思路。

基于非接触测量技术的进水塔动力模型破坏试验研究

高耸进水塔的抗震安全一直是水利水电工程建设中倍受关注的关键技术问题。本文通过破坏性动力模型试验基于非接触测量技术对地震作用下进水塔主-附结构体系的抗震性能和震损模式进行研究,将3D-DIC与OC非接触测量技术相结合并引入水工进水塔的破坏性动力模型试验中,全程测量进水塔模型从弹性阶段到破坏性阶段的动应变场,实时测量模型关键部位动位移。计算结果表明,基于3D-DIC测量技术的应变场分析可以较好识别结构损伤发生和发展,确定结构的抗震薄弱部位;综合OC技术采集的动位移结果,可有效评价结构的抗震性能和极限承载能力。研究表明,3D-DIC与OC测量技术相结合适用于水工动力模型试验研究,且测量结果精确可信。本文研究成果可供高耸进水塔抗震设计和研究工作提供参考。

高速三维数字图像法测量手机跌落全场应变

为了测量手机跌落时的变形与应变,基于数字图像相关法及双目立体视觉原理,提出一种用于手机跌落试验中变形与应变测量的方法,并研制了相应的高速三维全场应变光学测量系统。针对手机跌落碰撞过程中,角度变化导致散斑匹配失败率高,变形应变场缺损严重的问题,利用高速相机高速采集图像,并改进图像匹配方法,采用顺序逐帧基准匹配,保证了测量精度,提高了应变场完整度。研制了光学测量系统,设计了试验方案,进行了数字图像测量方法与动态应变仪测量结果的对比,对改进的散斑匹配方案进行了验证。试验结果表明,本文的方法使变形应变场的完整度提高了21%,其位移动态测量精度为0.42%,应变测量精度为0.5%。本文的方法和系统可以满足手机跌落碰撞全场变形与应变测量的要求,与传统测量方式相比有明显优势,是研究手机跌落碰撞变形规律的有效途径。

变截面舵面结构全场瞬态变形测量及振动特性分析

搭建了一套全场非接触应变测量系统,对变截面舵面结构受随机载荷激励作用下的变形及振动特性进行实验研究;实验以2A12铝合金材料制成的变截面舵面结构为试验对象,采用高分辨率的相机记录舵面结构全场清晰的散斑图像,然后利用三维数字图像相关方法对其结构表面的连续变形进行直接测量,同时利用傅里叶变换对采集到的散斑图像进行振动特性分析,获得变截面舵面结构的模态频率和模态振型;为验证非接触测量得到的振动特性结果的准确性,用小质量加速度传感器得到的振动响应信号进行对比;试验结果表明,在0~500 Hz的测试频段内,三维数字图像相关方法辨识变截面舵面结构前三阶模态参数与加速度传感器测量结果非常吻合,前三阶固有频率误差在2%以内,阻尼比误差在6%以内,前二阶模态振型均为弯曲模式,第三阶模态振型为弯曲扭转耦合模式,验证了三维数字图像相关的全场振动测量技术的有效性,为高温环境及非线性变截面舵面结构非接触振动测试提供依据。