基于双CCD相机的三轴试验三维成像测量技术

提出了一种基于双CCD相机的三轴试验三维成像测量技术,在三轴试验仪前后面分别放置一台CCD相机,利用具有黑白方格的橡皮膜代替传统的橡皮膜.在试验过程中对试样进行图像采集,能够捕捉试样全表面的变形.提取和跟踪图像中黑白方格的角点并对试样的边界进行识别,基于三轴试样的水平截面在变形前后均保持水平圆形平面的假设,对前后表面分别采集到的图像进行拼接处理,初步实现了三轴试验过程中试样变形的三维测量,与有限元软件ANSYS相结合,能够绘制试样表面的三维变形云图,并将这种技术应用到了硅藻土的三轴试验研究中,取得了较好的测量效果.     

铜合金表面疲劳裂纹的扩展行为

提出用带表面裂纹的试样来显示滚压试样表面强化层的疲劳裂纹扩展,并对黄铜及纯铜表面裂纹扩展行为进行了研究.结果表明:无残余应力作用时变形组织也可提高疲劳裂纹扩展抗力;相同应力强度因子幅度ΔK下,黄铜的裂纹扩展速率低于纯铜,即黄铜强化效果优于纯铜.断口分析表明其疲劳裂纹扩展是一种再生核扩展机制.     

激光冲击成形的仿真与实验研究

采用实验与仿真相结合的方法研究激光冲击成形.首先对黄铜试样进行冲击变形处理,然后对其表面形貌和变形进行实验测试和分析对比,并用ABAQUS仿真软件对冲击成形进行数值模拟.实验和仿真结果显示:试样冲击区域表面质量良好,微观组织未发生明显变化;变形区域中心节点最大位移为0.991 mm,板材变形和仿真的结果相符合.     

等通道转角挤压-扭转的纯铜变形行为模拟

采用DEFORM-3D有限元模拟软件对纯铜等通道转角挤压-扭转(ECAP-T)进行模拟研究,研究变形过程中试样的等效应力和等效应变分布及变形路径对等效应变分布的影响,对变形后晶粒的细化效果进行分析.结果表明:相对于单纯ECAP变形,ECAP-T具有更大的应变量和更好的晶粒细化效果;多道次挤压后试样沿Bc路径的等效应变分布最均匀,沿A路径较差;ECAP等效应变主要集中在试样的中心部位,但ECAP-T等效应变主要集中在试样表面;ECAP-T变形后沿Bc路径的晶粒细化均匀性最好,Ba路径次之,A路径最差,且变形后试样纵截面上外侧点的变形均匀性比中心处好.     

强激光冲击锻铝薄板的实验

进行了锻铝合金(LD31)薄板试样在短脉冲强激光冲击下的实验研究.结果表明:在强激光冲击下,试样发生显著的塑性变形,变形后轴截面形状为类圆锥形;试样塑性变形量随激光能量的增加而增加,随着试样的厚度增加而减小;在其他工艺参数相同的情况下,圆形试样比正方形试样更容易发生塑性变形;试样冲击变形区正反二面表面粗糙度值下降,表面光洁度得到明显提高;试样冲击区的硬度没有得到显著提高,这和冲击强化有着很大不同;当激光能量的增加或者试样厚度减薄到一定程度时,试样将发生层裂,从其断口的形貌来看,其断裂方式属于韧性断裂.     

用散斑干涉计量方法测定表面二维变形

用散斑干涉计量方法测定位移首倡于1968年.十多年来,这种应用技术得到了迅速发展.此项新技术用到试样表面散斑图样的高分辨率照片.测试中,与试样不发生机械接触,也无需对试样表面作预处理.散斑法所用的光学系统比全息法简单得多.散斑法可望成为变形、位移、旋转与振动分析的一种有效方法.本文阐述应用二次曝光散斑照相测定二维变形的一种简易方法,给出实测结果,并述及有关的理论.     

轧制时工艺润滑的研究

从轧制过程工艺润滑的减摩降压作用出发,研究了诸因素的影响关系,如润滑油性能、辊缝内油膜厚度、变形区几何形状、变形温度及试样表面粗糙度等与润滑效果的关系。     

热处理方式对残余磁场强度的影响

为了解不同热处理方式下铁磁材料的残余磁场强度变化规律，分别在弹性和塑性变形阶段对其进行了单轴拉伸试验。结果表明，在弹性阶段。随着拉伸载荷的增加。残余磁场强度和标准差都是减小的。在同一拉伸载荷作用下，调质热处理试样的残余磁场强度最大。退火试样次之，无热处理试样的最小；在鞭性变形的初始阶段，试样表面的残余磁场强度没有规律町循。当颦性变形较大时，试样表面各点处的残余磁场强度幅值波动很小，其均值和标准差几乎不再变化。可以根据铁磁材料残余磁场强度和标准雉的变化情况判断其是否承受过冲击载荷或大载荷，是否发生了塑性变形。     

TA2板料激光热应力弯曲成形 及其力学性能研究

用HVS-1000显微硬度测试仪、X-350A型X射线应力测定仪,以2.5 kW SM2000SM快轴流CO2激光器对0.6 mm厚的TA2板料进行扫描,按照正交试验理论安排成形工艺参数,研究了TA2板料弯曲成形时主要工艺参数对弯曲角度的影响,以及试样表面残余应力的分布和试样断面上的显微硬度变化。结果表明：正交试验中的4个工艺参数的作用是不同的,按其变化对弯曲变形量影响的大小排序,依次是扫描次数、光斑直径、激光束功率、扫描速度;成形参数对试样表面的残余应力分布也存在一定的影响;试样变形区断面上的显微硬度变化呈现出一定的规律。     

室温变形对低碳钢中析出物的影响

以一种低碳微合金钢为对象,通过热模拟实验研究了室温变形对最终组织中析出物的分布、尺寸以及成分等的影响.实验用试样的原始组织为铁素体、珠光体加少量贝氏体,采用一种快速加热短时保温的工艺方法探讨室温变形的作用.研究结果表明:室温变形通过影响试样内部的位错密度,不仅有效增加了析出物的弥散程度,还能够在一定程度上降低析出物的尺寸;从试样的组织形貌来看,采用该工艺,室温变形在维持等轴晶的前提下还有效减小了晶粒尺寸;另外,与未施加室温变形的试样比较发现,室温变形能够在一定程度上促进溶解度较大的微合金元素V的析出.     

冻融循环后大理岩单轴压缩破坏特性及规律研究

为研究大冶铁矿高边坡广泛分布的大理岩在冻融循环后单轴压缩破坏特性及规律,对岩样进行不同冻融次数和不同冻融温度下的冻融试验后,再进行单轴压缩试验。对比分析其单轴压缩应力-应变曲线及破裂面宏观形态,结果表明:经历冻融循环后的大理岩岩样,随冻融次数的增加和冻融温度的降低,岩样内部损伤趋重,弹性变形减弱而塑性增强;破裂面由张破裂向剪破裂转变,由多断面破裂转变为单一断面破裂;破坏模式由轴向劈裂拉伸破坏模式向轴向拉剪破坏模式逐渐过渡。     

自振脉冲空化射流强化6061铝合金表面

为了提高6061铝合金材料表面硬度、强度和耐磨性等机械性能。通过振脉冲空化射流束冲击6061铝材料表面。测量和分析未处理表面和15、20、25MPa三种工作压力下射流束冲击试样1、2、3、4、5min后材料表面微观组织形貌、试样表面轮廓、粗糙度Ra值、Rz值和表面硬度层等因素的变化,定性及定量研究自振脉冲空化射流技术对材料表面机械性能的影响规律。结果表明,与未处理表面相比,15MPa时射流束未对材料表面造成严重塑性变形,其表面只存在极少不均微坑,Ra值增加0.25,硬度HV增加15%,强化效果不明显;20MPa时射流束对材料表面产生严重塑性变形,能够明显观测到表面存在密集且均匀的凹坑分布,Ra值增加1.2,硬度HV增加78.3%,强化效果较好;25MPa时射流束对材料表面产生过度塑性变形,Ra值增加7.5,硬度HV增加81.3%,材料表层发生剥蚀现象,影响到材料的使用性能。可见,在工作压力20MPa,冲击时间3min,靶距20mm时自振脉冲空化射流技术对材料表面强化效果最好,材料机械性能提高近2倍且表面改性极小。此技术对提升材料表面耐磨性及硬度强化效果起到极为显著作用。     

低碳钢表面机械研磨处理过程的有限元分析

运用有限元分析方法,对低碳钢表面机械研磨处理(SMAT)过程进行了数值模拟,分析计算了材料表面层的应力和应变分布情况,初步探讨了应变量和应变速率对材料塑性变形机制的影响.结果表明,经SMAT后样品表面发生了明显的塑性变形,其表面层的应变、应变速率和应力沿厚度方向均逐渐减小,这与其微观组织相对应;塑性变形时的应变量和应变速率对于样品晶粒细化和处理后最终晶粒尺寸的大小起重要作用.在系统激振频率为50 Hz时,SMAT过程中样品最表面层的应变速率最大可达681 s-1.     

基于ABAQUS的游离磨粒对单晶锗表面冲击作用仿真分析

为研究固液两相流方法加工原理,建立ABAQUS冲击仿真模型,分别分析单晶锗材料变形过程中应力变化、不同速度冲击作用、不同角度冲击作用。仿真结果表明:加工过程中被加工材料表面在受到水平切削力和竖直挤压力共同作用下,产生塑性变形;不同速度冲击作用下,材料表面塑性形变量随速度增加而增大,最大接触应力值呈先增大后减小的趋势;不同角度冲击作用下,单晶锗弹性模量各向异性与冲击角度共同影响最大接触应力值,弹性模量各向异性不影响材料变形量,冲击角度影响材料变形量及是否会在材料表面产生应力集中现象。     

高速铁路基床掺胶粉水泥稳定碎石动力学特性分析

为明确掺胶粉水泥稳定碎石在高铁列车循环荷载作用下的力学变形特征和能量损耗规律,将胶粉以等体积方式部分替换掉原集料中1.7 mm以下的细颗粒,形成胶粉改性水泥稳定碎石材料。通过对300×300 mm圆柱形试样进行105次的循环加载试验,在5 Hz加载频率下研究了不同动应力幅值、胶粉掺量对试样动力学变形及能量耗散的影响规律,给出了基于实际服役水平状态下胶粉改性水泥稳定碎石的累积塑性变形计算模型和阻尼比的演化规律。试验结果表明：1）从变形角度,C5P0.1R30材料的累积塑性变形最小,表现出较好的抗动力学变形特征;2）橡胶粉的掺入增加了水泥稳定碎石材料的韧性,降低了应力幅值增加对累积塑性变形增加的敏感性;3）结合累积塑性变形计算模型,并从参数分析的角度看,C5P0.1R30可作为基床表层结构推荐材料;4）从阻尼比角度看,胶粉替换水平为30%时,阻尼比数值较大,路基结构受高铁列车动荷载激振后,能量衰减较快,具备一定的减振降噪潜力。因此,基于对胶粉改性水泥稳定碎石动力学特性分析,推荐1.7 mm以下胶粉等体积替换水平为30%,这对于改善高铁路基基床表层材料刚度,构建减震降噪型路基结构具有重要意义。     

水-动力耦合作用下红砂岩动态强度及破坏机理

为探究水化学损伤下红砂岩的动态强度和破坏机理,通过自然、干燥和饱水红砂岩试样的静态单轴压缩和动态单轴冲击试验,结合岩石碎块的电镜扫描(SEM)图像,分析了不同含水状态和应变率荷载等级下岩石的强度特性,并基于损伤断裂理论分析了含水岩石微裂纹起裂和扩展机理.试验结果表明:红砂岩试样动态抗压强度随含水率的增加而降低,随应变率的增加而增大,饱水试样具有显著的应变率效应;冲击荷载下,饱水试样应力-应变曲线具有显著的体积压缩现象,峰值应变最大,塑性变形明显,而干燥试样弹性变形最大,峰前塑性变形最小;受孔隙水影响,饱水试样颗粒结构疏松多孔,胶结物质被溶蚀而使胶结作用弱化.根据最大周向正应力理论,对含水岩石的微裂纹起裂条件和扩展方向进行了讨论,并对裂尖的动态应力强度因子进行了修正.     

振动压实黄土路基变形特性与预测模型

为揭示列车荷载作用下黄土路基变形规律及其影响因素。以西韩城际铁路沿线黄土为例,选择适当的试验参数,研究振次、路基深度和含水率对振动压实黄土路基弹性变形和累积塑性变形的影响和变形量,并提出累积塑性变形预测模型。结果表明：振次增加变形减小,在大于2000后趋于稳定;深度增加变形减小,深度从0.5m增加到3.5m,弹性应变、塑性应变分别减小了87%、94%;含水率增加会增大黄土路基变形7%以上;不同层位的黄土路基累计变形预测模型与实测值相关性超过90%。因此,黄土路基应注重防水排水措施,减少路基不均匀沉降,提升整体稳定性。     

黄土湿陷变形本构关系研究

根据黄土湿陷变形的结构性原理,分析了湿陷变形的塑性特性,引用增湿软化模型ZSM体作为增湿变形的力学模型,应用常规三轴浸水试验研究了不同的应力状态下湿陷性黄土在水和力共同作用下的湿陷变形特性,将增湿含水量作为内应力考虑,并由试验拟台得出湿陷体积屈服面和剪切屈服面,基于广义塑性力学原理建立了湿陷变形的增量本构模型,该模型考虑了湿陷变形中的湿陷体积变形和湿陷剪切变形以及球应力和偏应力对湿陷体积变形和湿陷剪切变形的交叉影响,反映了黄土湿陷变形的特性。     

表面纳米化对7055铝合金耐磨性能的影响

为了研究表面纳米化对7055铝合金耐磨性能的影响,利用高能喷丸(High Energy Shot Peening, HESP)技术对7055铝合金材料进行表面纳米化处理,在7055铝合金表面获得纳米结构。利用透射电镜分析纳米化前后微观组织的变化,同时对纳米化材料表层进行残余应力及显微硬度测定,并采用球盘磨损试验机研究了纳米化表面对固定载荷条件下7055铝合金材料磨损性能的影响。结果表明：表面纳米化使7055铝合金材料表面发生严重塑性变形,材料表面分布较高幅值残余压应力,最大可达到-369MPa, 残余压应力层深度达0.6mm;纳米化后试样显微硬度较基体提高了50%。摩擦磨损实验表明：表面纳米化从一定程度降低了7055铝合金材料表面摩擦系数,且磨损失重是未处理试样的32%,表明高能喷丸表面纳米化有效改善了7055铝合金材料的耐磨性能。