功能梯度材料静态断裂的CGS方法实验研究

利用相干梯度敏感方法对功能梯度材料I型静态断裂特性进行实验研究,并利用有限元软件进行数值模拟.假设材料性能沿裂纹方向分别按两种不同的规律变化:1)弹性模量和密度指数规律变化;2)弹性模量线性变化,密度保持常数.保持泊松比不变,首先推导两种变化规律功能梯度材料I型静态裂纹的相干梯度敏感方法控制方程;然后根据实验结果,提取应力强度因子等断裂参数,分析不同梯度变化规律对材料断裂性能的影响;最后与有限元模拟计算结果相结合,对功能梯度材料I型静态裂尖的K主导区范围进行了分析.     

应用数字散斑技术的沥青混合料劈裂应变研究

采用数字散斑相关方法对沥青混合料试件间接拉伸试验中的拉伸应变进行研究.通过程序模拟散斑图的拉伸试验,得出所用数字散斑相关方法处理程序可用,且具有很高精度;通过与应变片测量法、计算法的比较和分析得出数字散斑相关方法的有效性.结果表明,数字散斑相关方法用于测量间接拉伸应变有效可行.     

数字散斑相关方法测量混凝土裂缝尖端演化过程

阐述了数字散斑相关方法的基本原理.采用爬山搜索法进行整像素搜索,基于梯度的搜索算法计算亚像素位移、位移场局部最小二乘拟合计算应变场.测量了混凝土三点弯曲梁裂缝尖端的演化过程,给出了试件加载过程的载荷-位移曲线以及裂缝扩展的过程.由DSCM分析结果,获得了试件在不同载荷下裂缝尖端的位移场与应变场.为深入研究含裂纹体材料和结构的断裂破坏提供了一个有效的实验方法.     

实验固体力学在混凝土断裂方面的应用研究

综述了实验固体力学及其在混凝土断裂方面的研究现状.介绍了实验固体力学的一种光学测量新方法———数字电子散斑干涉法以及时间相移技术和空间载波变换技术.采用上述方法对带预制裂缝的混凝土三点弯曲梁进行了断裂特性的实验研究,测定了不同荷载作用下断裂过程区位移变化和裂缝张开口位移.将实验研究结果与有限元计算结果进行了比较,二者吻合得较好.实验研究表明,时间相移及空间载波变换数字电子散斑干涉法是进行混凝土损伤断裂特性研究的一种有效实验方法.     

基于DSCM的混凝土结构变形局部化试验

为了研究混凝土梁试件在四点剪切受力情况下变形局部化的位移场、应变场及其演化过程,采用了单边预制缺口混凝土梁和双边预制缺口混凝土梁两种结构模型.使用CCD摄像机采集了试件加载过程中的散斑场.使用数字散斑相关方法对采集到的散斑场进行了处理分析.结果显示出了混凝土试件在不同时刻的位移场分布和应变场分布,观察到了试件在变形局部化过程中位移场和应变场的演化过程.结果表明：数字散斑相关方法是进行混凝土损伤断裂特性研究的一种有效试验方法,为研究混凝土变形非均匀局部化演化过程及混凝土细观本构参数的取值提供了一种高效的新的试验手段.     

一种深部细砂岩的力学特性试验研究

采用通用试验机(TMT)方法和数字散斑相关(DIC)方法,得到了一种深部细砂岩的应力-应变曲线,分析了深部岩石在不同含水状态下的应变率效应及饱和水效应。利用数字散斑相关方法,研究了该种细砂岩试件不同部位的应变在试验过程中随时间变化,发现试样的应变在破坏过程中是严重不均匀的;基于TMT与DIC结果的比较,讨论了TMT方法得到的应力-应变曲线的有效范围。采用扫描电镜对回收试件的断裂表面进行微观观测,研究加载速率及饱和度对岩石破坏模式的影响。     

混凝土试件单轴压缩变形演化实验研究

同时使用2台CCD相机作为数据采集手段,利用数字散斑相关方法对实验中采集的图像数据进行分析,对单轴压缩条件下混凝土试件变形演化进行实验研究;将分析数据导入MATLAB双向显示程序中,实现了单轴压缩实验中混凝土试件变形破坏变形场的双向显示,分析了混凝土试件受压破坏全过程中双向显示下的变形场演化过程.     

数字散斑相关法在SEM观测岩石变形时的应用

通过带扫描电镜的伺服实验机对岩石进行了原位拉伸观测实验,实时采集了岩石变形破坏过程中表面细观形貌的扫描电镜(SEM)照片.将亚像素插值和相关系数插值相结合,有效提升了数字散斑相关法的搜索效率和计算精度,并通过自行研发的数字散斑相关方法(DSCM)程序实现了岩石SEM图像中微小变形的分析计算.通过对比实验测定结果和软件计算结果,验证了算法的有效性.结果表明:岩石变形具有明显的非均匀性,在整体受拉的情况下局部出现受压区,其原因在于应力集中或损伤软化现象,且随着载荷的增加,损伤逐渐加剧并导致应变集中,从而诱发断裂.     

数字散斑相关技术中散斑颗粒尺寸大小对测量精度影响的研究

通过选取不同颗粒尺寸大小的散斑场针对不同距离,不同位移情况下进行了实验研究比较,给出了散斑颗粒尺寸大小对测量精度的影响.并以实验结果的相对误差为依据,为将数字散斑相关测试技术实际用于大型建筑工程安全检测时散斑场的人工制作提供一个可靠的实验参考依据.     

弹体材料不同偏移量脆性带的破碎过程模拟

为了优选弹体材料脆性带加工方案,增强弹丸杀伤威力,提高材料利用率,运用有限元软件ANSYS的显示动力学部分,分别对不含脆性带、含有对称分布以及有偏移量的十字形脆性带合金钢试件断裂过程进行了模拟.通过网格和应力波变化图以及冲击过程中锤头所受阻力加速度和能量转化的对比分析,结果表明:含脆性带的试件比不含脆性带的试件冲击时更易断裂;含脆性带试件断裂先产生应力的位置是脆性带附近,断裂沿脆性带发生;将对称分布和有偏移量的脆性带试件断裂过程对比,能量转化值与锤头所受阻力加速度值相近,说明脆性带的偏移量对试件断裂影响不显著.     

数字散斑相关方法的原理及土木工程应用简介

数字散斑相关方法(DSCM)是一种全场、无接触、高自动化和高精度的光学变形测量方法,与其它变形测量技术相比数字散斑相关方法有其独到的优越性能。经各研究学者不断的研究改进,数字散斑相关方法的理论逐渐完善,作为一种固体材料表面变形测量方法,在固体力学的实验中广泛应用,同时在土木工程变形测量中得到较快的发展。本文对该方法的基本原理、模型及决定测量精度的因素进行了简单介绍,同时对其在土木工程中的应用进行了概述。     

Method of lines for functionally gradient materials

The method of lines(MOL) for solving the problems of functionally gradient materials(FGMs) was studied. Navier‘s equations for FGMs were derived, and were semi-discretized into a system of ordinary differential equations(ODEs) defined on discrete lines with the finite difference. By solving the system of ODEs, the solutions to the problem can be obtained. An example of three-point bending was given to demonstrate the application of MOL for a crack problem in the FGM. The computational results show that the more accurate results can be obtained with less computational time and resources. The obvious difficulties of numerical method for crack problems in FGMs, such as the effect of material nonhomogeneity and the existence of high gradient stress and strain near a crack tip, can be overcome without additional consideration if this method is adopted.     

含转折非连通断层岩石破坏过程的试验研究

以数字散斑相关方法( DSCM)为手段,对含有转折非连通断层岩石破坏过程进行了试验研究.研究了岩石破坏过程中的试件表面的变形场演化过程.通过DSCM系统观测加载过程中的散斑图像,分析得到各个时刻的位移场及应变场,试验结果反映了转折非连通断层变形破坏的整个过程.结果表明,变形最初集中在岩石的弱性结构面上,并且变形破坏过程也受弱性面控制,裂纹尖端为应力集中程度最高的区域,新裂纹从这里产生并扩展,最后导致整个结构的破坏.利用变形场统计指标Cv值分析发现,该值在岩石均匀变形阶段变化较为缓慢,在岩石破坏前迅速上升,因此,可以利用Cv值对岩石破坏进行预测.     

数字散斑相关的亚像素搜索方法比较

针对数字散斑相关方法中的二次曲面拟合、高斯曲面拟合、双线性插值、梯度法等常用的亚像素搜索技术进行了研究,建立亚像素搜索实验系统,对上述亚像素搜索技术的精度和效率进行了比较分析.结果表明,在上述几种方法中梯度法的搜索精度最高.     

Digital image correlation based high-speed crack tip locating method and its application

Based on a digital image correlation (DIC) method with the measurements of a high speed crack''s displacement and strain fields, a technique to accurately and automatically locate its crack tip has been developed. The crack tip is identified by finding the abrupt jump on the opening (or dislocation) curve of a point on the trace of the crack propagation, while the opening is measured through a virtual extensometer technique and the abrupt jump is identified by finding the peak on the curve. The method was verified using a specially designed experiment and applied to measure the critical crack tip opening angle of a rock sample. Because the involvement of analytical models has been avoided and then the good performance could be ensured for low resolution speckle images, this technique is expected to be very useful in the quantitative study of high speed cracks in experiments using high speed cameras.     

用散斑干涉法确定钢纤砼裂纹尖端应变场

本文应用散斑干涉技术对四组含纤量分别为０、０．５、１、１．５％的钢纤混凝土三点弯曲裂纹试件的裂纹尖端位移场进行了测试，并换算应变场。测定了全场位移：验证了最大拉应变准则；对含纤量与裂纹扩展阻力的关系进行了探讨。并测定了断裂韧度Ｊ（ＩＣ）。     

应用散斑放大技术确定裂纹尖端应变场

应用激光散斑放大技术对１６Ｍｎ钢三点弯曲裂纹试件进行了测试。提取了裂纹尖端附近１ｍｍ区城内的位移信息，然后应用小变形几何关系换算成应变场。对裂纹扩展规律进行了探讨。实验结果与最大拉应变准则相符。     

改进的电子散斑干涉法

电子散斑干涉法在处理大面内位移物体时,因变形前后散斑场失配,相关性消退,干涉条纹严重退化,导致体现变形的相位信息无法准确获得.针对该问题,将二维数字散斑相关法引入电子散斑干涉法中,由散斑相关法探测导致散斑失相关的二维面内位移场,用数字的方法将失配散斑场进行再对准,使干涉条纹恢复.用离面位移敏感电子散斑光路得到离面位移,再与散斑相关所得的面内位移场相结合,可以求得物体三维位移.最后,对周边固定、中心加载典型试件进行了测量,结果表明该方法是合理可行的.