刘杰[1]1999年在《多功能宏观/细观云纹干涉测试系统的研究及其应用》文中研究指明本文首先阐述了云纹干涉法的基本理论,概括介绍了云纹干涉法的载波技术,并介绍了国内外云纹干涉仪的研究概况及特点。同时对国内外云纹干涉法的应用领域和研究历史及现状进行了概述。 在国内外相关研究的基础上,本文研制出具有独特优点的多功能宏观/细观云纹干涉测试系统,该测试系统可以用于各种环境下的实时测量 三维位移场的同步直接测量是现代光测力学领域中的难题,本文研制的多功能宏/细观云纹干涉仪可以进行三维位移场的测量,并且首次利用载波技术实现了u、v场或u、v、w场的同步测量。作者在云纹干涉仪中使用了偏振相移技术,极大地提高了测量灵敏度。同时作者还研制出可与云纹干涉仪配套使用的多维调节加载系统、小型高温炉和小型低温恒温箱,极大地拓展了云纹干涉仪的应用范围。利用计算机图像采集与分析处理系统,实现了对高温、低温变形的实时测量。本文对该系统的工作原理和功能进行了详细介绍。 本文利用所研制的多功能宏/细观云纹干涉测试系统,对微型硅速度传感器进行了成功的测试,从所获得的实验结果中发现,在生产微型硅速度传感器的工艺中确实存在使其产生初应力的因素。目前对这种微观现象能够进行测试的方法还未见报道。实验取得的结果为国防领域中微型硅速度传感器的生产工艺的改进提供了重要的结果。 利用所研制的多功能宏/细观云纹干涉测试系统,对新型微电子封装组件BGA在低温下的热变形进行了实时观测和分析。实验结果表明,由于热膨胀系数的不匹配,导致了BGA组件焊点上存在着很大的剪切热应变和较大的剪应变集中。实验所获得的封装组件表面热应变的分布结果,是进一步理论分析和数值计算所必须的边界条件。作者在本实验中还通过对试件的剖面和上表面热应变的分别测量验证了测量结果是相同的。 形状记忆合金是一种非常好的智能材料,在微型机械、医疗设备和航空合金设备已被广泛使用。其力学性能如何将直接影响到应用效果和应用范围。作者利用多功能宏/细观云纹干涉测试系统研究了单晶CuAlNi形状记忆
赵建平[2]2009年在《近中区瞬时爆炸波识别及其作用规律研究》文中提出目前,由于爆炸本身的复杂性、炮孔近中区介质爆炸波测定试验设备和技术难度的限制等原因,对于岩石类介质中爆炸波作用波形基本特征及作用过程细观特征的定量研究还未见文献报道,而岩石类材料的破坏是爆炸冲击波、应力波及爆生气体膨胀三者共同作用的结果。获取爆炸波信号的试验难度使得对于岩体中爆炸波作用过程的认识大多停留在定性认识之上,缺乏对爆炸波及与爆炸波各分离量作用相关联的岩石类材料断裂损伤演化过程的定量系统研究。针对以上问题,结合教育部“优秀青年教师资助计划”课题“深井采矿爆破高效破岩及其相关灾害预防技术研究(EYTP-2134)”和教育部博士点基金资助课题“不耦合加载瞬间岩体近中区爆炸波识别及作用规律研究(200805331148)”,对岩石类介质中由爆炸激起的瞬时爆炸波特征及其作用下的岩体损伤演化过程进行了系统深入的研究。主要研究成果如下:第一,通过超动态测试系统匹配研究和实验技术改进,实现了瞬时爆炸波动应变信号的成功、稳定、重复、高效、全面测定。该应变测试系统及实验技术与其它压电或压力类传感器相比,能够测定压拉应变,使得测试数据无缺陷,波形完整,真实地反映了复杂的爆炸波作用过程,为实现炮孔近中区介质中爆炸波作用下的岩石爆破机理及岩石破岩理论的定量研究奠定了坚实的实验基础。第二,基于实测爆炸波信号及岩石破岩机理等理论,将爆炸波识别并分离为爆炸波作用一区、二区和三区,提出了与爆炸波各分离区相关联的爆炸波破岩过程。爆破破岩过程是爆炸波作用一、二区在10~4/S以上的高加卸载应变率下的压缩、再次拉伸与压缩和爆炸波作用三区准静态作用下的复杂作用过程。在空间上,三者同时存在于爆炸波有效作用范围;时间上,三者依次作用于测点,为相互独立的过程,但对混凝土的断裂损伤存在内在联系。第三,基于空气不耦合装药条件下混凝土中实测爆炸波信号识别,得到了不同不耦合系数和不同距离处爆炸波各分离区基本特征参数变化的细观特征。通过对爆炸波各分离区的应力、加卸载应变率、质点运动速度、质点加速度等基本特征进行分析,定量建立了各分离区动力学基本特征参数与不耦合系数K、到爆源中心距离R之间的关系,深刻揭示了炮孔周围介质近中区瞬时爆炸波传播及作用过程的细观特征。第四,结合前人成果,并通过自由面反射波和接触爆炸爆炸波实验实测波形与孔中爆炸波波形的比较,证实了爆炸波各分离区划分及测试数据的正确性。建立了与炸药爆轰结构、岩石破岩理论相联系的爆炸波各分离区产生机制。混凝土中的爆炸波作用一区是爆轰波前沿波阵面压缩区爆压突跃作用的结果,爆炸波作用三区是爆轰波C-J面后炸药爆轰产物等熵不定型膨胀流动的结果,而爆炸波作用二区产生复杂,可能与损伤有关。第五,针对构成瞬时爆炸波动应变各分离区信号具有短时、频带复杂、能量密度分布不均和突变快的特点,将时频能分析技术用于爆炸波信号分析,从线性和非线性时频分析技术对短时非平稳随机能量有限信号分析的适应性出发,通过多种时频分析方法对爆炸波信号的对比评价和定量计算,确定了适宜于爆炸波动应变分析的最优时频分析函数,为使用时频分析技术进行瞬时爆炸波信号分析奠定了坚实的理论和应用基础。第六,基于最优时频分析函数Rihaczek分布对不耦合装药条件下实测爆炸波信号进行时频能分析,实现了爆炸波信号在时频能三维空间上的识别定位和爆炸波时频域动应变能量密度区分离,获得了爆炸波各分离区的时频能分布特征、总动应变能和各分离区的动应变能,建立了总动应变能、各分离区的动应变能与不耦合系数K、到炮孔中心距离R的能量动态变化关系,深刻揭示了炮孔周围介质近中区瞬时爆炸波各分离区能量分配及能量中心演化的细观特征。第七,运用声波测试技术对爆炸后混凝土损伤效应进行研究,定量建立了与爆炸波各分离区基本特征参数和能量作用过程相关联的岩体体损伤累积演化机理。提出了与介质损伤阈值D_cri有关的动应变能阈值E_cri为岩体是否破裂的能量判据,根据各分离区动应变能与E_cri相比较,作为是否产生新裂纹的依据。爆炸波作用一区的作用主要体现在产生新裂纹和激活微裂纹上,而爆炸波作用二、三区的作用主要是扩展已有裂纹,并在损伤界面上存在应力及能量集中。论文获得的上述主要成果,对爆破工程、防护工程、岩体本构关系、爆炸地震波震源特性等学科的研究具有重要的理论及工程应用意义,为应用岩石类材料炮孔近中区介质瞬时爆炸波作用特征及与之作用相关联的介质断裂损伤过程奠定了坚实的实验基础、理论基础和技术基础。
王建花[3]2007年在《复合材料身管残余应力研究》文中研究表明复合材料身管在加工过程中，由于固化温度、缠绕张力等因素的影响，在身管中产生一定量的残余应力。本文旨在对带金属内衬复合材料身管中的残余应力进行研究，为复合材料在火炮身管中的应用提供理论指导。本文的研究内容主要体现在以下几个方面：1、基于各向异性复合材料力学理论和板壳理论建立了复合材料层合板和带金属内衬复合材料身管固化过程中的热残余应力模型，采用Fortran语言编程求解该模型。讨论了复合材料树脂的体积含量、固化温度、金属内衬和复合材料层的厚度、身管的内径等因素对热残余应力的影响。2、建立了缠绕过程中纤维缠绕张力在复合材料身管中产生的残余应力模型，考虑了刚缠绕的最外层复合材料对内部材料层的放松，并且编写程序进行计算。讨论了复合材料的纤维方向、缠绕张力、金属内衬和复合材料层的厚度、身管的内径等对残余应力的影响。3、采用小孔释放法对复合材料层合板和带金属内衬复合材料模拟身管中的残余应力进行测试。应用复合材料力学理论推导了通孔法测复合材料残余应力的释放系数，并设计实验对盲孔法测复合材料残余应力的释放系数进行测试。4、组建了基于PXI总线的复合材料残余应力测试系统，此系统包括数据采集模块PXI-6251，应变信号调理模块SCXI-1520，FCS多通道协调加载控制系统、应变花和压电力传感器、电荷放大器等。采用可编程控制面板对FCS多通道协调加载控制系统进行控制。应用LabVIEW软件编写虚拟仪器程序对PXI-6251模块和SCXI-1520信号调理模块进行开发，分别编写了PXI-6251单独采集程序和基于PXI-6251控制的SCXI-1520应变信号调理采集程序，并且研究了多卡同步采集时同步触发方式和数据采集之前硬件的自校准。5、对复合材料层合板和带金属内衬复合材料模拟身管残余应力测试所得的数据进行分析，采用小波分析理论进行信号处理，并对测试结果进行修正，消除了导线长度、应变片尺寸对测试结果的影响。
符怡[4]2008年在《CFRP混凝土结构中若干力学问题的理论分析及实验研究》文中研究说明本文针对碳纤维加固混凝土结构的若干力学问题进行了多方面的研究。研究工作主要从理论及实验两方面开展,涉及的内容包括碳纤维材料本身的力学性质、碳纤维与混凝土粘结界面的力学特点、碳纤维对裂纹扩展的影响等几个方面。首次将数字图像频域分析法(DIAF)应用于该领域的试验研究中。首先,本文介绍了数字图像频域分析法的基本原理,首次分析了将其应用在混凝土构件试验研究中存在的一些问题,包括混凝土自然表面与喷斑处理过表面对测试精度的影响及表面缺陷对测试精度的影响,给出了针对刚体位移、过大位移的处理方法,确立了如何解决系列加载中涉及到的位移叠加位置不匹配问题的方法,并对数字图像频域分析法应用在混凝土构件试验研究中位移、应变的测试精度进行了分析。其次,采用基于统计失效模型的方法,建立了一个基于单元的含有剪切面参数的三维剪滞模型,从细观力学的角度对CFRP片材的拉伸力学性能进行了数值模拟。纤维的强度基于蒙特卡洛(Monte.Carlo)方法,用两参数的韦布尔(Weibull)分布模拟。通过对碳纤维片材的数字图像频域分析法的试验研究证明了数值模拟的正确性。本文引入与横向剪切变形相关的界面应力σ_p ,τ_p,推导了考虑横向剪切变形影响的CFRP加固混凝土三点弯梁界面剪应力及剥离正应力的解析解。以此为基础,结合数字图像频域分析法对CFRP加固混凝土三点弯梁界面位移场进行光力学试验研究,得到了碳纤维片材粘贴端部界面剪应力与滑移量之间的关系曲线。作为对CFRP加固结构界面力学性能的补充研究,本文还对轴向拉伸铝试件粘贴CFRP后界面的变形情况进行了实验研究。以混凝土和CFRP片材的本构关系和变形特征为分析的基础,通过考察含裂纹的CFRP增强混凝土三点弯梁开裂的横截面的静力平衡关系,建立了承载力的理论解。与此同时,通过数字图像频域分析法,对CFRP增强含裂纹混凝土梁三点弯加载下裂纹尖端的位移场、应变场进行实验研究,较精确地获得了裂尖张开位移与荷载之间的关系曲线。
张志锋[5]2005年在《图像变换技术在数字散斑相关方法中的应用研究》文中指出本文将改进数字散斑相关方法的相关搜索技术的研究和相关测量软件系统的制作作为主要研究内容。在目前的研究中,提高数字散斑相关方法的收敛速度和结果的精度是该方法的发展方向。因此,本文首先提出了一种新的、基于仿射变换及“嵌套式”细搜索方法的预定位策略,提高了搜索效率及自动化、智能化程度。其中,“嵌套式”细搜索方法与经典方法在精度上相同的情况下,识别速度大幅度提高。另外,借助仿射变换直接计算出参考图像中各样本点的刚体位移及由变形引起的位移的近似值,从而确定了其在目标图像中的大概位置,省去了对刚体位移的重复搜索计算,使粗搜索的子区范围极大的缩小,从而粗搜索的搜索时间得到大幅度减小,并且减小了误识别的几率,提高了识别质量。在仿射变换预定位法的基础上,本文还将仿射变换应用于对迭代过程中包含位移及其导数信息的参数向量赋初值,从而得到多种新的迭代向量赋初值方法。本文将新的赋初值方法与旧的赋初值方法作了详细的比较,仿真实验结果表明,利用反算得到的仿射变换系数进行赋初值,可以提高效率和测量精度。进一步,本文将数字散斑相关方法已有的技术、基于仿射变换的预定位方法及迭代赋初值方法整合起来,编制了一套界面友好、简单易用的多功能数字图像相关测量软件。该软件提供了几种搜索范围的设定方法,具有位移场、应变场及泊松比的测量功能,还可以进行仿真图像的制作。最后,在王怀文论文工作[131]的基础上进一步分析了低维材料断裂中的尺度效应问题。介绍了用数字散斑相关方法测量断裂韧性JC的原理和实验技术。分析了不同厚度的铜箔材料(厚度范围是0.02mm～1mm)的断裂韧性JC随试件厚度t的变化规律,着重从裂尖单位面积的颈缩功、单位面积的分离功、微观断裂特征和应力三轴度等方面讨论了断裂韧性随着厚度变化的成因。
王静[6]2005年在《数字散斑相关方法及微/纳米尺度热力学测试研究》文中研究指明本文对实验力学中的新技术——数字散斑相关方法进行了系统研究,提出了圆形窗口与矩特征序列相结合的数字散斑相关方法。因圆形窗口与矩特征序列均具有平移和旋转不变性,并且矩特征序列与所属图像能够满足一一对应的关系,因此该方法用矩特征序列作为图像相关性比较的依据。该方法克服了多数相关理论和搜索方式都具有的不适合于大转角变形测量的缺点,在样品既有平动又有较大转角的转动的情况下也能够精确地测定样品的位移与变形。本文详细地分析了该方法的可靠性、算法稳定性及图像的灰度分布、图像中用于计算的表面纹理或斑点尺寸大小和搜索子区的选择等对相关计算精度的影响。在此基础上,本文应用该方法测定了远红外陶瓷基底及附着在其上的半导体电热膜的热膨胀系数,得到了陶瓷基底及电热膜的热膨胀系数随温度变化的曲线,并测定了Sn-Ag金属间化合物的热膨胀系数。和其它测定热胀系数的方法相比较,数字散斑相关方法可以测定薄膜材料、微观尺度材料在不同温度区间的热胀系数。为了实现变温条件下的微、纳米尺度原位观测,本文在本原CSPM-930扫描探针显微镜的STM的基础上研制了变温样品台,可以在样品升温到110oC的情况下进行原位扫描。并讨论了扫描隧道显微镜(STM)中热样品和探针之间的传热方式,从微尺度传热学的角度出发,用Boltzmann理论来描述热流通过空气层由被测样品表面传输到探针针尖的热传导问题,当时间尺度在弛豫时间量级而长度远大于局域热力学平衡下的特征尺寸时,其热传导问题可以用双曲型热传导方程来表达。样品温度升高对隧道电流的影响也被作为专题详加讨论,得到在一定温度范围内,隧道电流随温度增加的变化趋势,分析了探针上的热量传递方式并得到了探针上温度分布的解析解。焊料中的锡与铜、银、金等金属所产生的金属间化合物对作为电子组件的金属的热疲劳性能能够产生重大影响。本文通过涂覆锡银无铅焊料的银箔在-80oC～75oC的交变温度环境下的低周疲劳断裂实验,从力学和材料两个方面分析了覆锡银箔在Ag3Sn金属间化合物的影响下的疲劳断裂机理,认为:一方面,焊料与银箔的交界面上的Ag3Sn金属间化合物提高了焊料与银箔之间的润湿性能并最终保证了焊料与银箔较高强度的机械连接;另一方面,由于Ag3Sn是高强度的脆性材料,与锡、银存在着机械性能与热性能的不匹配,在Ag3Sn与锡、银的界面上出现了应力集中现象,易萌生疲劳裂纹,随着热载荷循环周次的增加,多条疲劳裂纹与Ag3Sn中的微孔相互连接并最终导致覆锡银箔的断裂。根据对焊料与银箔间裂纹扩展所进行的有限元模拟解释了Sn-Ag金属间化合物对Ag基体力学性能的影响以及由此所导致的疲劳断裂机理。本文采用弹塑性非线性有限元模型模拟了覆锡银箔在力与温度同时循环作用下的变化过程,得到每次循环后的应力应变分布情况,验证了以上推理的正确性,并得到了局部应力集中系数随载荷循环次数的变化规律。
参考文献：
[1]. 多功能宏观/细观云纹干涉测试系统的研究及其应用[D]. 刘杰. 清华大学. 1999
[2]. 近中区瞬时爆炸波识别及其作用规律研究[D]. 赵建平. 中南大学. 2009
[3]. 复合材料身管残余应力研究[D]. 王建花. 南京理工大学. 2007
[4]. CFRP混凝土结构中若干力学问题的理论分析及实验研究[D]. 符怡. 天津大学. 2008
[5]. 图像变换技术在数字散斑相关方法中的应用研究[D]. 张志锋. 天津大学. 2005
[6]. 数字散斑相关方法及微/纳米尺度热力学测试研究[D]. 王静. 天津大学. 2005