氢促进位错发射和运动导致裂纹形核的研究

利用恒位移加载台，在ＴＥＭ中原位研究了油管钢在充氢和水介质中应力腐蚀前后裂尖位错组态的变化。结果表明，氢能促进位错发射、增殖和运动，并使无位错区扩大。用激光云纹干涉法原位测量了充氢前后加载缺口前端位移场的变化，结果表明，氢能使缺口前端塑性区及变形量增大。ＴＥＭ原位观察表明，当氢促进位错发射、运动达到临界条件时就引起纳米级氢致裂纹在无位错区中形核。探讨了氢促进位错发射、增殖和运动的原因以及氢致裂纹形     

热毛细对流自由面微弱位移信号高灵敏度相位检测系统

在流体力学的研究领域,流体自由面的变化是一种非常重要的物理现象.针对自由面的形变位移,研制一套双频激光相位光电检测系统.将光学干涉技术与相位计相结合,实时获得相位计输出的反映流体表面形变的信号.本文详述了此双频激光相位光电检测系统的原理和装置.通过高精度PI步进电机驱动物体移动,标定系统的性能特性.应用激光位移传感器验证该系统的精度,同时分析环境对干涉测量系统的影响.将该系统应用于浮力热毛细对流自由面形变测量中,获得有意义的实验结果.     

钻孔局部壁面应力解除法(BWSRM)的原理及其在锦屏二级水电站工程中的初步应用

岩体初始地应力问题的研究在岩石力学与工程领域具有重要意义.作为地质体组成部分的岩体与其他材料明显不同之处之一就是其内部赋存有地应力状态,了解地壳某一局部区域地质岩体残余至今的地应力状态是一项极为复杂而又十分重要的研究课题.对地壳应力状态的认识虽然总体上有一些规律可寻,但主要手段还是靠现场原位的地应力实测.简要评述了目前普遍采用的三维地应力测量方法及其不足.提出了钻孔局部壁面应力解除法(BWSRM)三维地应力测量原理及其具体实施方案,研制了基于BWSRM法为原理的地应力测井机器人,并将其初步应用于锦屏二级水电站工地埋深达2430m处的地应力实测工作,验证了BWSRM法地应力测量原理的可行性和合理性.BWSRM法与测井机器人在地应力测井工作中的推广和应用具有十分广阔的前景.     

基于ABAQUS的P110整形套管残余应力研究

套管整形完卸载后,其内部会有残余应力,严重降低了套管的抗挤压强度和承载能力。利用弹塑性力学理论,推导出整形套管残余应力的计算模型,然后用有限元分析软件ABAQUS建立P110套管整形复合系统的三维有限元模型,研究整形后不同滑块锥角下套管径向和环向残余应力的分布规律,尤其是最长残余应力带的应力分布。研究结果表明:锥角70°的径向残余应力带以条状的形式分布,环向残余应力带以片状形式分布;径向残余应力具有内压外拉规律,环向残余应力与整形部位有关;最长环向残余拉应力的仿真值与理论值吻合较好。本文建立的有限元模型是可靠的,且综合套管抗挤压强度和整形效率来看,建议整形工具的滑块锥角在70°~80°范围内选取。     

一种单相机三维体视PIV技术及其应用

三维体视粒子图像测速(Volumetric PIV)是获得空间体内三维速度场的激光测速技术.本文详细介绍了一种单相机三维流场测速新方法,其原理是在相机与被测流场之间加装一个三棱面特效透镜,光线通过该透镜三个棱面的折射能实现多相机不同视角成像的效果,经过三维粒子的重构,进而实现三维体视PIV的测量.论文对三维空间标靶标定、标定函数的自修正和三维粒子重构进行了误差分析.在零质量射流涡环测量方面的应用表明,该方法能够获得零质量射流涡环三维流动结构的时序结果,且具有较高的测量精度,体相关分析经过两次迭代后速度矢量的辨识率能达到95%左右.涡结构的辨识分别采用了ci与涡量判据,通过比较可以看出ci判据能有效的消除射流剪切流动的影响,对旋涡结构的辨识明显优于涡量判据.     

基于像素偏振片阵列的实时动态相位测量技术

基于像素偏振片阵列的实时相移干涉计量技术可以实现实时相位测量,并降低干涉计量实验中的防振要求.本文采用电子束曝光技术制备了单元间距为7.4?m,像素数为320×240的基于铝纳米光栅的像素偏振片阵列.铝纳米光栅周期为140 nm,每相邻2×2单元的透偏振方向分别为0°,45°,90°,和135°.将像素偏振片阵列集成到感光元件上,并将其应用于实时相移干涉计量.采用线性插值的方法由采集的单帧图像获得4幅不同相移量时的干涉条纹图,从而解得物光波的位相信息.采用上述装置成功测量了由温度变化引起的相位动态变化,证实了该方法在实时动态相位测量应用的可行性.     

撞击载荷下电子散斑干涉测试方法的研究

利用电子散斑技术，研究了半无限平面模型在撞击载荷下面内位移场的测试方法，采用瞬态光学图象采集技术，将模型受撞击前，后的电子散斑图象直接记录与储存在图象采集卡的帧存体中，从而实现了动态数字散斑干涉，测得了模型的面内位移场，将实验值与动有限元计算结果比较，两者能较好的吻合。     

化学-应力耦合流变试验确定PC制品的开裂时间

基于化学探测法检测聚碳酸酯(PC)制品残余应力的原理,为确定退火后PC试件的环境应力开裂时间,开展了一系列化学溶液浸渍-四点弯曲应力松弛耦合状态下的流变试验。采用自主研制的可进行四点弯曲松弛和蠕变试验的流变试验仪,获得了不同松弛初始应力下PC退火试件在空气、正丙醇及正丙醇-甲苯混合溶液等不同环境中的开裂时间,建立了不同溶剂环境下流变松弛初始应力与开裂时间之间的非线性回归方程。研究结果表明:PC试件的开裂时间与流变松弛初始应力、外界化学环境有关;残余应力主导着PC注塑制品内部结构的劣化,而外界化学环境将加剧其劣化。该耦合流变试验法可快速获取退火试样在某一溶液环境中的开裂时间,能满足残余应力高精度测试的要求。     

点群10mm十次对称二维准晶平面弹性的复变解法及孔口问题

研究了点群10mm十次对称二维准晶平面弹性问题的复变函数解法. 首先将二维准晶平面弹性问题的位移势函数F用4个解析函数表示出来, 利用解析函数的性质, 经过大量的推导, 给出了准晶声子场和相位子场的位移、应力及边界条件的复变函数表示, 从而建立了点群10mm十次对称二维准晶平面弹性问题的复变解法的理论基础. 应用这一理论, 借助于复变函数中的保角变换, 解决了椭圆孔口问题. 当椭圆的短半轴趋于零时, 可得裂纹问题的解．计算结果表明, 当声子场-相位子场耦合时, 即使受自平衡力的作用, 对椭圆孔口问题, 声子场应力仍与材料常数有关, 这一性质表现出了准晶弹性与经典弹性的又一不同. 而当声子场-相位子场解耦时, 退化为经典弹性理论．另一方面, 本文是Muskhelishvili创立的经典弹性理论的复变解法在二维准晶平面弹性问题中的推广, 像经典弹性理论一样, 只要能找到点群10mm十次对称二维准晶平面弹性区域到单位圆的保角变换, 就可解决各种孔口和裂纹问题.     

混沌激光相关法光时域反射测量技术

提出一种新型的光时域反射测量技术,即混沌激光相关法,可突破脉冲飞行法和伪随机信号相关法的瓶颈,获得与测量距离无关的高精度测量.利用长外腔光纤环反馈半导体激光器产生宽带混沌激光作为探测信号,进行光纤反射点探测及分辨率的实验验证,并分析了探测光的衰减对测量结果的影响.结果表明,该技术测量光纤反射事件可获得优于6 cm、与事件位置无关的空间分辨率和至少25km的测量范围.     

陶瓷芯平板式毛细泵设计及试验

为有效解决平板毛细泵蒸发器向补偿室的背向漏热问题,本文设计了一种在材料选择和内部结构构型上显著区别于传统平板毛细泵的新型平板毛细泵.材料选择方面,本文采用低热导的氮化硅陶瓷毛细芯,其导热系数仅为2.7 W/(m K),显著增大了蒸发器与补偿室的热阻;同时氮化硅毛细芯孔径和孔隙率为0.5μm和70%,也明显优于传统金属毛细芯,有利于提升环路热管毛细传热极限.结构构型上,平板毛细泵外轮廓尺寸为82.0 mm×53.0 mm×16.0 mm,内部并列布置了8根柱状氮化硅毛细芯,柱状毛细芯外壁与蒸发器壳体内壁过盈配合,很好地解决了蒸汽槽道与补偿室的相互密封问题.试验测试了平板毛细泵环路热管的启动特性和传热性能.(1)水平姿态下,环路热管在5.0～20.0 W的启动负载下均能快速启动,且蒸发器无明显的过热现象;倾斜姿态时,环路热管在5.0 W启动负载下启动时间显著增长、启动温升明显增大,但启动负载加大至20.0 W后,启动特性恢复至水平姿态.(2)环路热管的传热极限和热流密度极限超过400.0 W和26.3 W/cm~2,最小热阻值为0.018°C/W.     

纯引力轨道验证质量辐射计效应与残余气体阻尼的耦合建模及分析

纯引力轨道飞行器在精密导航、重力场测量以及基础科学研究等方面具有重要意义．内编队是用于高精度地球重力场测量的纯引力轨道飞行器，其中内卫星干扰力抑制是决定测量水平的关键因素之一．辐射计效应和残余气体阻尼都是内卫星受到的气体分子干扰力，通过分析两者的作用机理，建立了内卫星辐射计效应和残余气体阻尼的耦合模型，该模型反映了内卫星受到的实际气体分子作用力，仿真结果证明辐射计效应和残余气体阻尼的耦合值随内卫星运动速度线性增加．通过分析可知，该耦合值与腔体平均压力和内卫星最大截面积成正比，与腔体平均温度的平方根成反比．     

露天煤矿采场软岩边坡稳定性研究

针对某露天煤矿采场边坡出现的不稳定现象,通过大量现场地质调查,总结分析出滑坡主要是由采区软岩地质造成。在此基础上采用FLAC-拉格郎日显式有限差分法对采场的边坡进行分析,并根据模拟采场边坡的应力、应变及位移情况,通过分析确定危险边坡的潜在不稳定范围。分析过程中充分利用FLAC-拉格郎日显式有限差分法对应力应变逼真的模拟这一特点,采用理论分析与数值模拟二者相结合,计算得出边坡的稳定系数,对露天煤矿边坡稳定性做出了客观评价,为露天矿下一步滑坡防治方案、边坡监测方案的制定提供了决策依据,对实际生产有着及其重要的指导意义。     

木素对测量木素中残存糖分的影响

利用超滤和有机溶剂法提纯碱木素并使用水解法和澄清法制备糖分测量的样品,对比了3,5-二硝基水杨酸（DNS）比色法和高效液相色谱（HPLC）法测定木素内残余糖分。研究结果表明：DNS法测量木素中残留糖分的含量远大于HPLC法的测量值,木素中的醛基结构是造成显色法结果偏大的主要原因。     

基于UDEC巷道掘进矿压显现的数值模拟

通过采用UDEC软件,依据钻孔柱状图和采掘应力影响范围建立了相应的几何模型,根据煤岩体物理力学性质建立相应的材料模型,在此基础上结合地应力数据,从而完成数值模型.通过模拟实际巷道开挖尺寸及方位,得出巷道前方的应力分布和巷道两帮位移分布,为巷道冲击地压显现防治提供了理论支持.     

相机阵列测量二维应变场的高精度分析方法

近年来,用于变形测量的数字图像相关技术以其全场、非接触、大量程等优点,在很多领域的非接触大变形测量方面发挥了重要作用.但由于其应变分辨能力受到摄像机分辨率的限制,与电测应变技术相比,数字图像相关的应变测量精度仍然很低.要使数字图像相关测量技术在应变分辨能力上有数量级的突破,依赖硬件技术的进步,将是一个漫长的期待.为此,本文提出采用相机阵列并结合图像拼接技术实现高分辨率图像采集,以提高数字图像相关测量技术的应变分辨能力,从而达到高精度二维应变场的测量.为了实现高精度的图像拼接,本文还提出了一种基于相机标定的图像拼接方法,利用相机阵列的内外参数进行图像拼接不仅可以最大限度利用相机分辨率,还可以实现重叠区域的三维重构,有效地减小离面位移对二维应变场测量的影响.     

铝锂合金高速铣削表面完整性实验研究

铝锂合金密度低、比强度高、比刚度高等优良特性使得其成为新一代航空航天飞行器的主要结构材料.飞机蒙皮作为维持飞机外形的主要结构件,在飞机起飞降落过程中承受舱内外压差变化所引起的交变载荷作用,因此对于蒙皮结构零件的疲劳强度要求十分苛刻.零件的疲劳裂纹萌生往往是从表面的微观缺陷开始,并且表层以及亚表层的力学状态将影响裂纹萌生以及扩展速度.表面完整性包括表面的几何轮廓、显微硬度、金相组织、残余应力等,这些因素综合影响着零件的疲劳性能.与此同时,表面完整性表征参数与被加工材料属性、热处理状态以及加工工艺等具有密切的联系.研究了铝锂合金的机械铣削加工工艺对于其表面完整性的影响.传统蒙皮结构加工往往采用化学铣削的方法进行,占用厂房面积大,污染严重,废液处理费用高等,不符合现代可持续绿色制造的理念.目前对于铝锂合金的超塑成形工艺研究较多却鲜见有相关铝锂合金切削表面完整方面的相关研究.研究在干切情况与液氮冷却情况下切削三要素以及上一道滚压工艺对于表面完整性的影响,通过正交试验的方法全面考察了工艺参数对于表面形貌各个指标、表层亚表层金相组织以及残余应力的影响权重,并且验证了其显著性.比较了干切与液氮低温切削情况下表面形貌以及残余应力状态的异同点,验证了液氮冷却切削对于铝锂合金表面完整性提升的有效性,为提高铝锂合金疲劳性能提供了实验依据.     

充气膜结构零应力态求解

本文首次提出了一种从弹性平衡态到零应力态的逆解析数值分析方法：线性协调矩阵广义逆法．首先,用膜线单元模拟膜面,将膜结构转化成为网格结构;然后,基于杆系结构平衡矩阵理论和小变形假定,建立体系的协调方程．由弹性平衡态预张力和材料参数,计算膜线单元无应力长度和变形量．最后,由协调矩阵M—P广义逆求解协调方程得到节点位移,逆向叠加求出零应力态位形,释放应力．根据该算法,用MATLAB编制了计算程序．算例分析验证了该方法的正确性和高效性,得出一个弹性平衡态对应唯一零应力态的结论．本文对充气膜结构设计具有重要理论意义和实际指导价值．     

区域构造应力场对煤与瓦斯突出影响的数值模拟分析

依据地质动力区划方法,对鹤壁八矿进行Ⅰ～Ⅴ级活动断裂划分,确定了区域构造的特征。分析了煤层的顶板岩性和构造断裂特点,并在此基础上建立了构造应力计算模型。结合对矿区地应力测量和岩体应力状态分析,确定了岩体应力状态的分布规律。通过对结果的分析,认为区域构造应力场控制鹤壁八矿地应力的分布状态,从而决定煤与瓦斯突出呈区域性分布。确定了易发生煤与瓦斯突出的应力升高区的位置,为开采煤层时何时何地采取防突措施提供了科学依据。     

高速动车组S38C车轴疲劳强度及剩余寿命评价

本文通过实验获得S38C车轴的残余应力场、基本力学性能和断裂性能,采用表面单位压力法及二次迭代,在实物车轴中重建出径向梯度分布的压缩残余应力,基于实测载荷谱进行含缺陷S38C车轴的剩余寿命预测.分析结果表明:残余压应力对裂纹扩展有显著的抑制作用,深度小于4 mm的初始裂纹不扩展;经典Paris方程和NASGRO方程估算寿命分别约为28.5万公里和89.3万公里.当深度大于7 mm时,裂纹扩展速率迅速增大,因此,把7 mm作为S38C车轴损伤容限分析止裂判据比较合理.研究方法和结果对于含缺陷表面强化铁路车轴的疲劳强度及剩余寿命评价具有重要意义.