基于数字图像相关方法的气凝胶复合材料各向异性热变形测量

在热防护材料及结构高温力学性能研究中,测量其在热载荷与机械载荷作用下产生的变形是重要且基础的工作。基于数字图像相关方法,建立了可实现800℃变形测量的非接触式测量系统。针对陶瓷纤维增强SiO_2气凝胶复合材料,从面外和面内两个材料方向,以25℃为参考温度,试验测量了材料加热至300~800℃范围内不同温度时产生的热变形。研究结果表明,在此试验系统基础上的变形测量方法可用来测量此类热防护材料的高温变形。陶瓷纤维增强SiO2气凝胶复合材料的高温热变形具有明显的各向异性,面外方向上表现为"收缩",面内方向上表现为"膨胀"。SiO_2气凝胶基体中的颗粒团聚以及增强纤维在面内方向上的铺层分布是导致热变形各向异性的主要原因。     

数字图像相关技术在复合材料加筋曲板压缩试验中的应用

对复合材料自动铺丝和手工铺丝两种T型加筋曲板进行了单轴压缩试验,采用基于数字图像相关技术(Digital image correlation, DIC)的三维光学测量方法对该型加筋曲板的局部屈曲及后屈曲波形进行实时监测,并与传统应变、位移测量结果进行了对比分析。试验结果表明:DIC能够准确捕捉整个试验过程中的位移场,使用DIC设备观测到的屈曲模态与应变片数据反映的波形具有良好的一致性;不同于传统测量方法,DIC能够准确捕捉蒙皮在后屈曲阶段的屈曲模态转换的全过程;利用DIC技术能够对试验不同时间节点(即不同载荷水平)的屈曲模态进行清晰、直观的观测,因而能够较准确地获得结构的屈曲载荷,该载荷与由应变-载荷曲线确定的屈曲载荷相比,误差小于5%。采用ABAQUS有限元软件对试验过程进行了数值仿真分析,并通过与试验结果的对比表明了计算结果、DIC测量结果与传统方法测量结果三者具有良好的一致性。      

采用数字图像相关方法的莫来石纤维增强气凝胶复合材料力学试验

基于V型缺口试样双轨剪切法设计了面内剪切试验方案,开展了莫来石纤维增强气凝胶复合材料的室温面内剪切和弯曲性能试验,采用数字图像相关方法对试样表面的位移场和应变场进行测量,并分析了力学行为和破坏模式。结果表明:设计的试验方案可以在测试区域获得均匀的剪切应变场,适用于莫来石纤维增强气凝胶复合材料的面内剪切性能测试。试验获得的面内剪切模量和强度分别为248 MPa和0.95 MPa,弯曲模量和强度分别为294 MPa和2.08 MPa。面内剪切载荷下,试样的裂纹萌生于缺口尖端附近,并沿两缺口连线方向扩展。根据弯曲正应变场的分布特点,发现试样中性层与几何对称面不重合,验证了该材料拉压模量不同的性质。采用数字图像相关方法获得的中性层位置和理论计算值比较接近,相对误差在10%左右。     

数字图像相关方法在膜材拉伸试验中的应用

利用数字图像相关方法(DICM),测定了双轴拉伸试验条件下Précontraint 1202 Fluotop T2膜材的力学性能,并分析了该膜材的徐变特性。采用CCD及其计算机处理系统,实时获取变形前后膜材表面图像,对变形前后的图像进行相关运算获得应变;确定了膜材的弹性模量和泊松比及徐变时的应变-时间关系。测试及分析结果表明该方法为膜材力学性能的检测研究提供了新的途径。     

板料焊接变形测量的数字图像相关法应用研究

针对板料焊接时温度场的极不均匀性导致应变场的复杂性,提出一种基于数字图像相关法的全场、全过程分析板料焊接变形情况的方法。首先,对板料表面进行预处理;然后,利用高速相机拍摄板料焊接及冷却自由变形的全过程,通过数字图像相关技术计算所有图像中变形点的位移;最后,直观地获得板料焊接全场的变形规律。通过对Q235钢板进行氩弧堆焊实验表明,将一种新的3D-DIC技术应用于在线焊接变形中,能得到试件表面在整个焊接过程的全场变形数据,并且在高温焊缝区获得准确的变形规律。该方法攻克长期以来不能实时测量高温焊缝处应变的难题,为数值模拟理论提供验证手段,对揭示焊接变形机理、解决矫正变形问题等具有重要意义。     

数字图像相关技术在大豆蛋白喷涂流速测量中的应用

目的分析蔬菜复合纸制备过程中的喷涂雾化规律,研究大豆蛋白喷涂液在不同喷涂参数下雾化场速度的变化。方法首先通过高速摄像机采集多帧连续喷涂图像,然后对采集的图像序列做相关性分析以获得各图像对之间的相对位移场,最后结合高速摄像机采集图像参数计算大豆蛋白液喷涂雾化速度场。结果选取喷头下方10 cm处,边长为10 cm的正方形区域的雾化颗粒进行分析,当气压一定时,大豆蛋白雾化颗粒平均速度随液压的增大而增大;液压一定时,随着气压的增大,大豆蛋白喷雾颗粒平均速度先减小后增大,最后趋于某一稳定值。结论通过数字图像相关技术对高速摄像机拍摄的雾化场图像进行处理分析,能够描述大豆蛋白液喷涂雾化场的速度分布特性。通过处理不同喷涂参数下的雾化图像,得到了喷涂参数对雾化颗粒速度的影响。     

数字图像相关测量钢绞线弹性模量的应用研究

该文利用非接触式数字图像相关方法测量了预应力钢绞线的弹性模量。测量过程中用CCD相机记录不同载荷下钢绞线表面的数字图像,再利用数字图像相关方法对所采集的序列数字图像进行分析从中精确提取不同载荷下钢绞线表面的纵向平均正应变。根据试验机的载荷信息、钢绞线的参考截面积和由数字图像相关方法测量的平均正应变绘制出钢绞线的应力-应...     

玻璃纤维增强热塑性复合材料在航空领域的应用进展

玻璃纤维增强高性能热塑性复合材料具有抗冲击损伤、高韧性、耐电化学腐蚀、低成本等优点,近年来在民航客机、军用运输机等航空领域得到了应用和发展。文中首先概述了目前国外玻璃纤维增强高性能热塑性复合材料在航空领域的应用实例,并分析了国内从原料到复合材料制造技术之间存在的差距。对比了国内制备的HS6高强玻璃纤维增强聚芳醚酮热塑性预浸料同国外同类型S2/PEEK预浸料的表观质量和力学性能。通过对比发现,国产预浸料的浸渍质量和力学性能跟国外仍有一定的差距,需对预浸料的制备工艺做进一步探索改善。     

基于数字图像相关法的薄板焊接变形研究

针对薄板焊接结构的大变形研究,目前采用数值模拟方法计算量大且误差较大,传统的应变片等测量手段无法实现焊缝处的在线密集测量。该文提出基于数字图像相关法的非接触检测方法对大型Q235薄板进行平板堆焊变形测量,重点研究热输入对薄板面内面外变形规律的影响。实验结果表明:基于数字图像相关技术的焊接变形测量方法能够在线、动态、全场获取薄板变形数据;随着热输入的增大,薄板的Z向面外变形及横向/纵向的面内变形也越大;冷却结束后,在焊缝处及热影响区内,薄板的纵向应变较小,而横向应变较大。热输入影响下的薄板焊接变形规律为揭示薄板焊接变形机理提供可靠的依据,为焊接结构件提供准确的制造数据。     

基于数字图像相关技术的木纤维/高密度聚乙烯复合材料界面力学行为

以木纤维/高密度聚乙烯(WF/HDPE)复合材料界面应变为研究对象,采用数字图像相关技术(DIC)探究WF(质量分数为10wt%~40wt%)及改性聚磷酸铵(mAPP)阻燃剂(质量分数为10wt%~25wt%)对WF/HDPE复合材料应变分布及传递的演变规律,并结合力学性能测试和SEM对其拉伸性能、冲击性能、界面结合进行分析。结果表明:随着WF添加量从10wt%增至30wt%,WF/HDPE复合材料应变传递较为平稳,由受力两端向复合材料轴中心均匀传递,当WF添加量为30wt%时,高应变在复合材料上约1/2区域得到了有效传递,此时,复合材料的拉伸强度和冲击强度分别达21.5 MPa和10.22 kJ/m2。但当WF添加量增加至40wt%时,WF/HDPE复合材料的拉伸承载端部出现应力集中,阻碍了其内部应变的均匀传递。mAPP阻燃剂加剧了WF与HDPE界面间的脱粘行为,削弱了WF与HDPE之间的机械啮合作用力。当mAPP阻燃剂添加量从10wt%增加至25wt%时,WF/HDPE复合材料开始出现多个分散的高应变区域,全场应变传递出现不规则分布。当mAPP阻燃剂添加量达25wt%时,WF/HDPE复合材料应变分布呈两极化趋势,导致复合材料的拉伸强度和冲击强度分别降低为15.5 MPa和5.49 kJ/m2。      

基于数字图像相关方法的CFRP层合板高温压缩性能实验研究

高温压缩性能是复合材料结构设计关键的力学参数,但是传统技术手段难以对其进行有效测量.通过搭建基于数字图像相关方法的高温实验系统,开展了复合材料的高温压缩实验,获得了130℃环境下CCF300/5228A碳纤维增强复合材料层合板0°和90°压缩性能、应力-应变曲线以及不同载荷情况下轴向应变分布及演化,并且与室温实验结果进行了对比.进一步通过扫描电镜进行了压缩试样的断口分析,结合实验结果,探讨了高温和铺层形式对压缩性能的影响.最后,通过实验验证了高温实验系统及相应实验方法的可行性和可靠性.结果表明:130℃环境下0°与90°压缩强度保持率分别为70.5％和62.6％,压缩模量保持率分别为88.0％和75.4％,说明由基体控制层合板的强度和模量对高温更敏感.     

应用数字图像相关法测定瓦楞原纸的泊松比

对瓦楞原纸泊松比的测定存在许多困难,传统的接触式方法难以满足测定要求,还没有一种简单高效的方法能解决这个问题。针对传统位移测量方法的不足,提出以数字图像相关法测定瓦楞原纸的泊松比。通过对试样变形前后的图像进行相关性位移分析,将试验所得的实测位移与已标定位移进行对比,所得结果具高度的一致性,相对误差范围为1%～3%。试验测定面纸MD（machine direction）方向和CD（crossmachine direction）方向的泊松比分别为0.175和0.073,芯纸MD方向和CD方向的泊松比分别为0.275和0.119。测试及分析结果表明,应用数字图像相关法测定瓦楞原纸的方法是可行的,具有较佳的应用价值,能为研究纸张的泊松比提供一个新途径。     

数字图像相关中亚像素位移测量的曲面拟合法

曲面拟合法求解亚像素位移是数字图像相关亚像素位移定位中的一种重要方法,它具有抗噪声能力较强、精度高、计算效率高等优点,在实际应用中多被采用。就该算法中影响亚像素位移定位精度的各要素进行了详细讨论,并用计算机生成的模拟散斑图和金属试件的刚体平移实验进行了验证,结果表明,整像素搜索时选取不同的计算窗口对计算结果的影响最大,而文中所列的几种相关函数的选取对计算结果的影响则可以忽略。     

硅烷偶联剂及其在复合材料中的应用

本文介绍硅烷偶联剂在以各种类型聚合物为基质的复合材料中的作用机理及应用 ,并介绍了硅烷偶联剂的使用方法     

应用数字图像相关方法测试航空复合材料的弹性常数EI北大核心CSCD

通过数字图像相关方法对三种航空复合材料的弹性常数进行了测试。通过对DICM理论分析,依据ASTM标准提出合理的测试方案使得DICM的应变测试精度达到25με,满足航空复合材料测试要求。同时应用DICM和电测法对比测试了三种不同航空复合材料的弹性常数,实验结果表明这两种方法得到的实验结果相对误差较小,应力-应变曲线基本重合,DICM能够很好地反映航空复合材料的应变响应和精确测试其弹性常数。     

基于数字图像相关法的H340LAD__Z高强度钢屈服行为研究

针对金属材料在屈服阶段塑性变形比较复杂且难以准确测量的问题,提出一种基于数字图像相关法的光学方法来测量H340LAD__Z高强度钢的塑性演变行为。设置拉伸速度为1 mm/min,试件厚度为1 mm,以平行轧制方向拉伸试件,获取试件全场全过程变形数据;通过分析对比试件在屈服阶段的关键点位移及全场应变云图,获得该试件的塑性变形演化规律及屈服阶段的开始与终了时刻。实验结果表明:试件的演变行为从斜两侧向中间转移,塑性变形不均匀;从颈缩到断裂过程,不同关键点工程应变差异大。因此,该方法对研究金属材料的塑性理论及工业应用具有积极的指导意义。     

数字图像技术在航空铝合金形变测量中的应用

利用DIC(Digital image correlation)非接触全场应变测量系统分析2024铝合金板材静态拉伸应变场。对散斑质量参数、图像采集系统参数进行正交试验优化。优化结果表明,影响散斑质量的主次因素及最优结果分别为:散斑半径0.02in,散斑密度50%,散斑分布随机性69%;影响图像采集系统的主次因素及最优结果分别为:子集大小59个像素,步长值12个像素,相机间的角度20~25°,光圈值5.6~8。采用该优化参数测量无孔及不同开孔尺寸铝合金板材静态拉伸应变场。首先,对无孔试样裂纹两侧取点,研究裂纹扩展趋势,判定裂纹源及相应载荷。其次,研究长短轴之比及开孔面积对力学性能的影响,并沿孔径方向取点,分析局部应变情况。研究表明,越靠近开孔位置,应变越集中。减小开孔面积,降低开孔的长短轴之比,可以有效降低试样的应变集中系数,延长使用寿命。最后,对比分析非接触测量方法、引伸计法及Patran建模仿真方法试验结果。     

数字图像相关法测量聚碳酸酯板应力强度因子

本文以数字图像相关方法测量了聚碳酸酯板的张开型应力强度因子（SIF）。实验过程中以聚碳酸酯标准紧凑拉伸式样为样本,由数字图像相关（DIC）方法提取不同载荷下裂纹附近的全场位移。在已计算得到全场位移的情况下,由线弹性断裂理论可知,弹性区域内每一点位移可表示为SIF的函数。在计算SIF时考虑了实验中不可避免存在的刚体平移与转动的影响,应力强度因子、刚体平移与转动可由最小二乘法计算得到;还讨论了位移场的选择及位移展开项项数对SIF的影响。实验结果与理论值进行了比较,结果显示DIC方法准确地测量了聚碳酸酯板的应力强度因子,因此DIC为测量SIF提供了一种有效的试验方法。