用全息光弹性法测应力强度因子K_I

一、引言 应力强度因子K_i(i=Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)在线弹性断裂力学中是一个很重要的力学量,它是表征裂纹尖端附近处应力场和位移场大小的一个参数,它与构件形状、载荷以及裂纹形状和方向有关。在一般情况下,应力强度因子固然可以采用理论分析法进行计算,但采取实验方法求应力强度因子,无疑也是一个很重要的手段。全息光弹性法是这些手段中的一种。本文介绍我们用全息光弹性法对三点弯曲边裂纹试件测定应力强度因于K_I的工作。     

平面V形切口双应力强度因子的光弹性实验研究

文章在分析具有双重应力奇异性平面 V形切口尖端应力场的基础上 ,提出了基于由光弹性实验获得的等差线确定与双重应力奇异性对应的双应力强度因子 K1 、K2 的光弹性实验方法 ,并通过对模型的光弹性实验 ,运用该方法较好地确定了均质材料 60°单应力奇异性 V型对称切口模型和均质材料 45°双重应力奇异性 V型非对称切口模型的应力强度因子 ,验证了该文中提出的方法的正确性     

具有穿透裂纹的圆柱体扭转应力强度因子的光弹性测定

本文主要介绍了圆柱体光弹模型内穿透裂纹的一种预制方法,同时应用三维光弹应力冻结切片法对该柱体在纯扭转状态下的应力强度因子进行了测定,并将其结果与线弹性理论的复变函数解进行了比较,实验测定值与理论解的偏差为8％左右。     

三向应力分析的全息光弹性法

本文介绍了进行三向应力分析的全息光弹性方法及有关技术，着重分析了全息光弹性方法用于三向应力分析的主要困难在于冻结材料的应力光学常数比Ｂ／Ａ接近-０．５，还提供了一种新的光弹性材料制作和冻结工艺，这种材料冻结时的应力光学常数比可以远离-０．５。用这种材料制成的三维模型可以单独通过全息光弹性方法直接进行一般的三向应力分析。作为一个应用的实例，用这种方法测定了对径受压元球对称断面上的各点应力分量，实验结果和理论解进行了比较。     

光弹性求解混合型应力强度因子的研究

本文研究了用光弹性法测定应力强度因子(简称SIF)的实验技术,给出了在试件上制作裂纹的工艺,以偏置直裂纹三点弯曲试件为例,介绍了普通光弹、全息光弹以及三维光弹性测定SIF的过程和方法,研究了其中的一些问题。然后,对断裂力学测定SIF的光弹实验中的误差来源及规律进行了分析,得到了一些对于改进实验技术和计算方法都很有用的结果。     

圆环域裂纹端应力强度因子的光弹法测定

本文采用光测弹性力学的方法测出内压圆环带二条径向裂纹时的应力场.根据裂纹尖端附近的等差线条纹,计算了裂纹尖端的应力强度因子.并提供一种实现圆环内壁受压的新方法,即在圆环内侧放一过盈芯棒.     

二维裂纹传播的动光弹性分析

本文用动光弹性法分析探讨二维裂纹传播动态特性,用多火花高速照相机记录双悬臂梁试件中裂纹传播的光弹性等差线条纹图,在几个包含从起裂到止裂的试验中取得这些条纹图的试验数据,给出时间对裂纹长度t-a和裂纹长度对动态应力强度因子a-K_Id两组曲线。讨论了运动方程和它的解。给出裂纹传播的裂尖附近的动态应力场和提供一个光弹性估计动态应力强度因子的实用分析程序。从本文解出发,将数值分析等差线条纹图和试验的等差线条纹图对照,可见两者能很好的符合。     

混合型应力强度因子的光弹性多参数测定

提高裂纹尖端应力强度因子值的计算精度,对于准确分析受力结构的起裂条件和破坏模式具有重要意义.本文采用3D打印技术获得了不含残余应力的平板模型,高精度打印预置裂纹避免了传统加工过程产生残余应力的缺点;综合考虑奇异场和非奇异场对裂纹尖端区域应力场的影响,引入远场边界控制的三个常数项应力,提出了光弹性多参数法;采用三点弯曲试验,运用最小二乘法计算了不同载荷下纯 Ⅰ 型和 Ⅰ-Ⅱ 混合型应力强度因子值,并与理论解对比分析.结果表明:对于纯Ⅰ 型应力强度因子,计算结果的平均误差为6.1%,对于 Ⅰ-Ⅱ 混合型应力强度因子,计算结果的平均误差分别为6.4%和5.5%,多参数法与理论解相比较小的计算误差验证了该方法的可靠性和准确性,可为精确计算应力强度因子的光弹性实验研究提供借鉴.     

法拉第效应在全息光弹性中的应用

在全息光弹仪中,当模型受有应力时,将同时产生两族条纹,一族是等差线,另一族是等和线。前一族条纹与主应力差有关,后一族条纹与主应力值有关。这两组条纹图案并非完全独立,而是互相调制,以至对模型某些区域的条纹图案难于作出解释。因此,对如何分离这两族条纹,一些研究者提出了若干单独获得等差线和等和线的实验方法。本文是在应用了这些方法之后,进一步研制和应用法拉弟效应分离条纹的总结,它较之其他的条纹分离方法更为优越。这种方法是利用光束两次通过模型并加了一个法拉弟旋光器,因而加载时可以完全消除掉等差线对等和线的影响。这样的旋光方法,对于动荷模型的研究及三维全息光弹性的研究将具有相当的价值。文中还提出了一种方法,并进行了初步试验。即应用法拉弟旋光器可以对过去光弹性中以及全息光弹性中使用手动的或机械的办法测取等倾线的做法进行改革。它不再需要使用同步电机或手动操作同步旋转起偏镜和检偏镜的机械机构,而代之以控制电钮来完成。这种方法在使用外腔式激光器时更显示其必要性。根据同样的道理,还提出了采用法拉弟旋光器对等差线分数级条纹补偿,用控制电钮和读取电流值取代旋转分析镜和读取转角。     

确定应力强度因子的实验－计算混合法

提出一个新的、由光弹性与权函数两种方法相结合确定应力强度因子的混合法．用此方法求解了单圆孔有限宽板孔边单侧有一水平裂纹、双圆孔无限宽板中心有一水平裂纹受均匀拉伸和具有单边垂直裂纹的半圆形板受三点弯曲时的应力强度因子，并与文献作了比较，两者符合良好，为断裂力学的研究和工程应用提供了一个经济有效的方法．     

“准平面”法——平面光弹点测法的新方法

本文分析了三维效应对平面光弹技术测量精度的影响,并以阿朋(Aben)的偏振光在光弹性体中传播的三维理论为基础,提出了平面光弹的“准平面”特征以及平面光弹的“准平面”点测法。此方法消除了三维效应所导致的测量误差,提高了测量精度。实验证明新方法是可行的。     

急热时裂纹的应力加强因子——用半级条纹光弹分析法

一条非常靠近边界而且平行于边界的裂纹,在光弹应力分析中,使用了半级条纹光弹分析法,配以计算机控制的图象数值分析系统来确定急热时它的瞬态应力加强因子.提出了应力加强因子随时间变化的实验结果.     

弹性薄板的光弹性解法

本文叙述了用光弹性法求解弹性薄板的原理,给出了叠合模型制作工艺和实验方法,为弹性薄板的求解和应力分析提供了有效途径。     

三维光弹性定律的两种分析方法

本文分别以琼斯矩阵法和邦加球上圆锥滚动理论分析并证明了三维光弹性定律,揭示了入射线偏振光在三维光弹模型内的偏振变换规律以及外部等效特性。     

三维有限变形光弹性方法

拓展了传统的光弹性应力冻结法，确立了三维有限变形光弹性的物理和实验基础，其结果可用在三维有限变形下橡胶类零件的应力分析，被分析对象的拉格朗日应变可达10％。     

有限元计算应力模拟实验光弹性等差条纹图

提出用有限元计算应力模拟光弹性等差条纹图像的方法，介绍了由计算应力计算图像显示点应力的算法．通过主应力差与光弹性等差条纹的关系获得了模拟条纹图．模拟条纹图的灰度值可由数字图像卡快速全场显示，实现了计算应力的光弹性应力等差条纹图的模拟．所提出的新思路为计算结果与实验结果进行全场定量比较提供了新的途径     

声全息分析噪声场的空间频域重建算法

声全息方法是分析噪声场的一种有效手段。该文在基于空间面积分的声全息重建公式的基础上利用二维快速Fourier变换进行了快速的声场空间频域重建。在理论推导的基础上 ,进行了模拟实验和现场实验 ,两种实验均证明了空间频域重建算法的有效性。     

钢箱梁疲劳裂纹气动冲击法维修效果评估

以实桥疲劳裂纹为研究对象,从应力和应力强度因子角度评估气动冲击维修方法的现场实施效果.对维修前后疲劳裂纹尖端附近的应力分别进行24 h数据采集,并采用雨流计数法,探讨裂纹尖端应力幅的变化规律.结合应力强度因子测试理论,对比研究裂纹尖端应力强度因子幅的变化规律.研究结果表明:本测点疲劳裂纹为典型的Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹,维修后疲劳裂纹尖端张拉和剪切应力幅均得到有效降低,改善了裂纹尖端受力条件.高应力强度因子幅的循环次数显著降低,表明气动冲击维修技术对于制约复合型裂纹扩展具有良好效果.     

虚拟光弹性力学实验研究

为了实现虚拟光弹性力学实验,提出并采用了一种基于有限元计算和理论分析确定虚拟应力条纹图的反演方法,对巴西圆盘径向压缩实验的光弹性实验结果进行了模拟,并将反演获得的应力条纹图同真实实验获得的条纹图进行了对比分析。结果表明,反演获得的应力条纹图同实验结果一致,该方法实现了在虚拟光弹性力学实验中的定量分析。该方法对虚拟光弹性力学实验研究具有可参考价值。     

基于XFEM的主次裂纹间应力强度因子相互作用

采用新型裂尖改进函数构建的Reduced XFEM,研究次裂纹与主裂纹的相互作用,以及次裂纹对主裂纹应力强度因子的影响,并在裂纹尖端采用互作用积分法计算应力强度因子。计算结果表明:次裂纹存在会使主裂纹的应力强度因子减小;次裂纹长度越长,主裂纹应力强度因子减小得越明显;次裂纹距主裂纹的位置与主裂纹的应力强度因子之间有一定的规律,主裂纹的应力强度因子随主、次裂纹间距离的增大呈“勺”形分布,且当该距离达到一定数值后主裂纹的应力强度因子变化较小,接近单裂纹状态。