复合材料固化过程中温度及应变场分布的解析解

针对复合材料层合板结构件的制造工艺过程,建立简化的一维层合板结构件的瞬态热传导方程;基于典型的固化工艺曲线,推导出复合材料层合板结构件固化过程中的温度场分布函数,并建立固化过程中的过余温度和Biot数以及Fourier数的关系;绘制出层合板结构件厚度方向在典型固化工艺方案下中心线上温度场分布的Heisler图,然后基于温度场分布计算出层合板结构件在固化过程中导致的内部应变场分布,研究表明,对于升(降)阶段,中心温度和边界温度相差不大;对于保温阶段,结构件内部温度出现显著的峰值。     

基于小波多级分解的数字散斑相关搜索方法

为提高数字散斑相关方法(DSCM)的测量精度和计算速度,提出一种基于小波多级分解的数字散斑相关搜索方法。该方法利用二维离散正交小波技术对图像滤波去噪同时进行多级分解,从最低的一级开始进行相关搜索计算,然后逐级回溯。与传统的相关搜索方法相比,该方法可提高运算速度至少1个数量级并提高测量精度,有更强的适用性,可以对大位移、有噪声的图像进行数字相关位移场的处理。     

碳布补强含裂纹梁的断裂特性实验

为了解采用纤维复合材料加固含裂纹结构的断裂机理,通过光学焦散线方法对碳纤维布加固含裂纹梁进行3点弯荷载下的断裂实验,研究了其补强效果及断裂特性。实时记录了不同载荷状态下裂纹尖端应力集中引起的焦散斑光学图像,确定了不同初始裂纹长度的试件在粘贴加固不同长度碳布的情况下裂纹尖端的应力强度因子演化规律,分析了初始裂纹和粘贴碳布两种因素对加固效果的影响。实验结果表明:加固碳布可以大幅度地提高含裂纹梁强度,在该文实验中强度最大增加了近2倍。     

高电压复合绝缘子的脆断行为

脆断是高电压复合绝缘子发生的应力腐蚀断裂现象,国内外的研究基本集中在"腐蚀"介质酸的来源上。为进一步探索脆断机理,从"应力"的角度,采用扫描电子显微镜和表面形貌测量仪研究了复合绝缘子芯棒因表面砂纸打磨痕迹等微裂纹引起的脆断,发现芯棒表面30～40μm的微裂纹在应力腐蚀环境下沿其方向向前发展。芯棒表面微裂纹尖端的应力强度因子增大,最终将导致裂纹尖端局部的损伤、萌生、演化扩展直至芯棒脆断,从而可以说明绝大多数绝缘子工作正常但极少数绝缘子发生脆断的现象。     

复合材料固化过程中温度及应变场分布的解析解

针对复合材料层合板结构件的制造工艺过程,建立简化的一维层合板结构件的瞬态热传导方程;基于典型的固化工艺曲线,推导出复合材料层合板结构件固化过程中的温度场分布函数,并建立固化过程中的过余温度和Biot数以及Fourier数的关系;绘制出层合板结构件厚度方向在典型固化工艺方案下中心线上过余温度场的分布图,然后基于温度场分布计算出层合板结构件在固化过程中导致的内部应变场分布。研究表明:在升(降)阶段,中心温度和边界温度相差不大;在保温阶段,结构件内部温度出现显著的滞后现象。     

功能梯度材料的静态断裂特性实验

为了解梯度结构对功能梯度材料断裂性能的影响,利用相干梯度敏感(CGS)干涉测量技术对功能梯度材料的静态断裂力学性能进行了实验研究。首先研究了有机玻璃材料(PMMA)的光降解性能;在此基础上,通过控制试件各部分的受照射时间制备了材料性能连续变化的梯度材料。最后,通过CGS方法对3种不同材料试件的断裂性能进行了研究。结果表明,当裂纹位于功能梯度材料弹性模量较小的一边时,相同受力条件下试件裂纹尖端的应力强度因子较小。     

伴有股骨头坏死的松质骨生物力学特性

通过医学方法,得到股骨头坏死区域和非坏死区域松质骨的脱钙、未脱钙的干湿样品。运用力学实验机,测量这8种类型松质骨在压缩时的力学特性,并提出了各种类型松质骨应力应变的数学模型。通过比较这8种类型松质骨的力学特性,根据复合材料力学的理论,得出坏死区域无机盐减少、胶原纤维增加的推论,并用原子力显微镜(AFM)进行了验证。各种模型的应力应变曲线是不同的,但这些曲线可以归结为3种类型的实验曲线和本构关系式。     

伴有股骨头坏死的松质骨生物力学特性

通过医学方法,得到股骨头坏死区域和非坏死区域松质骨的脱钙、未脱钙的干湿样品。运用力学实验机,测量这8种类型松质骨在压缩时的力学特性,并提出了各种类型松质骨应力应变的数学模型。通过比较这8种类型松质骨的力学特性,根据复合材料力学的理论,得出坏死区域无机盐减少、胶原纤维增加的推论,并用原子力显微镜(AFM)进行了验证。各种模型的应力应变曲线是不同的,但这些曲线可以归结为3种类型的实验曲线和本构关系式。     

DSCM中摄像机光轴与物面不垂直引起的误差分析

该文研究了数字散斑相关方法(DSCM)中由于摄像机与被测物面不垂直而引起的误差。首先从成像原理上进行分析,得出当位移和偏差角度比较小时,误差分别与它们成线性关系。为验证这一结论,提出了引入摄像机成像模型的数字模拟散斑图像生成方法;采用数字散斑相关方法,对模拟散斑图像进行计算,计算的结果与理论分析的误差公式结果非常吻合。基于数字散斑相关测量灵敏度为0.01像素,要求不垂直度或被测平面的平面度应小于5,°这也是二维数字散斑可否用于曲面测量的判据。