数字散斑干涉法在工程力学实验教学中的应用

将现代光测力学技术中的数字散斑干涉法引入到工程力学实验教学中,既可以开拓学生的视野,加深对力学知识的理解和掌握,又可以激发学生的科研积极性,并提高学生的实践能力。数字散斑干涉法具有全场非接触测量,操作简单及测量精度高等优点,对工程力学实验教学中的电测方法起到了很好的补充作用。以典型的梁弯曲实验测试为例,利用数字散斑干涉法获得了梁弯曲时的面内位移和正应变分布,应变云图非常直观地显示了梁弯曲正应变沿横截面线性分布的特征。实验结果表明,该方法在工程力学实验教学中是有效和可行的。     

数字图像相关法在力学实验教学中的应用

将新的科学研究引入到材料力学实验教学中,既可以通过科研促进教学水平的提高,又可以开拓学生的视野,提高学生的学习兴趣。二维数字图像相关法测试方便,操作简单,适合本科生力学实验教学或者毕业设计的开发和应用。文中以梁的弯曲实验测试为例,应用二维数字图像相关法测量梁截面的弯曲正应变分布和试件的弹性模量。应变条纹图清晰地显示了梁的弯曲正应变沿横截面线性分布的特点,同时,测量的弹性模量值与理论值相近。实验结果表明,该方法在力学实验教学中是实用和有效的。     

大展弦比飞机机翼弯曲变形分析和测试方法

将大展弦比飞机机翼简化为变截面悬臂梁结构。基于线性叠加原理,将变截面梁划分为n段,推导出梁挠度的计算方程。根据机翼实际尺寸,并考虑机翼自重和外挂载荷建立变截面梁模型,将梁划分为5段、10段、20段计算梁的挠度。利用ANSYS有限元软件中几何非线性迭代方法,分析变截面梁受均布载荷时的变形。理论计算结果和有限元仿真结果吻合,验证了该计算方法的有效性。为计算大展弦比飞机实际飞行过程中机翼实时弯曲变形,在机翼上布置应变计并进行地面标定试验,得到载荷与应变之间的关系方程和机翼各段的弯曲刚度。通过采集飞行实测应变数据,结合标定方程将机翼各测试切面应变-时间历程转化为载荷-时间历程,再利用挠度计算方程计算机翼的实时弯曲变形情况。为大展弦比飞机飞行过程中机翼变形测试提供了一种工程测试途径。     

基于数字图像相关法的混凝土全场变形测量

为了解决混凝土构件实验中大刚体位移、低应变的变形特点使常用测量技术难以胜任实验测试要求的问题,采用提高数字图像相关法(DIC)形函数阶次和选择合适的相关函数以提高图像位移模式识别的精度;结合DIC位移识别精度分析了刚体位移对变形分析的不利影响,根据双点位移识别转动角度和受力变形特点提出了刚体位移消除方法;根据混凝土构件的力学变形特性提出了由位移场求解应变分布的方法,并进行了实测验证.数字模拟试验表明,改进后的数字图像相关法能很好地消除刚体位移的影响和提高测量分析精度,实测验证实验结果也能够很好地解释构件的受力变形分布特征.与目前常用的离散、接触式测量技术相比,针对混凝土构件实验特点进行改进后的数字图像相关法能够更好地适应工程实验测试的要求.     

基于数字图像相关技术的混凝土剪切破坏实验研究

剪切破坏是工程实际中混凝土破坏的主要形式之一,而对其进行全场非接触的观测和研究却仍面临着一些困难,因而结合数字图像相关技术(digital image correlation,DIC)对混凝土的直接剪切破坏问题开展实验研究。分别对旧混凝土、未凿毛新旧结合混凝土及凿毛新旧结合混凝土三种不同类型的试样进行剪切破坏时的对照实验,具体对破坏时的应力应变分布,破坏断面情况,破坏时强度大小等进行比较。实验中将混凝土边缘外表层切除,以展现出的内部纹理作为数字图像相关技术所需要的自然散斑场;采用高分辨率的数字相机对发生剪切变形的混凝土表面进行图像采集,再通过DIC技术进行后处理以获得剪切破坏过程中变形场的分布。实验结果表明在承受剪切载荷时,经过凿毛处理的新旧结合混凝土粘合面的应变范围、应变分布复杂程度、应变数值均大于未凿毛处理试件,因而确定凿毛新旧结合混凝土试件的抗剪强度大于未凿毛新旧结合混凝土试件;研究结果同时验证了DIC技术在混凝土剪切破坏测试中的有效性和可靠性,即DIC技术可以更直观和全面地获得混凝土剪切应变分布情况,适用于混凝土结构剪切破坏的监测。     

BOTDR用于钢筋混凝土T型梁变形监测的试验研究

介绍了布里渊光时域反射计(BOTDR)的分布式光纤应变测量原理,并应用BOTDR技术对钢筋混凝土T型梁加载后的应变分布进行了测量.试验表明,BOTDR的应变测量结果与应变片的测量结果具有很好的一致性,并监测到当荷载加至25 kN时,钢筋混凝土梁出现了裂缝.此外,由BOTDR的实测应变分布还推算出了梁的挠度.这些结果显示出BOTDR作为先进的分布式光纤传感监测技术能够准确地测量出钢筋混凝土结构的应变分布,将其用于钢筋混凝土结构的变形监测和损伤识别是可行的.     

考虑腹板斜裂缝的钢筋混凝土梁剪切变形测试分析

为研究腹板斜裂缝对钢筋混凝土梁剪切变形的影响程度,设计制作了以大标距机械式应变计为基础的框格应变测量装置,并通过模型试验等手段开展了测试与分析。试验采用1组小剪跨比混凝土工字梁试件,有等高度和变高度2种截面形式;在每个试件的腹板外侧,布置了5个框格应变测量装置,通过测量每一框格5个杆件的应变,应用理论模型推算出不同位置处框格的弯曲应变和剪切应变,实现斜裂缝开展前后应变的连续观测。研究结果表明:框格测试装置能实现梁体剪切变形与弯曲变形精确分离;薄腹梁腹板开裂后,剪切变形在总变形中的比例超过50%,箍筋屈服时,剪切变形可达到总变形的90%左右;配箍率与有效抗剪高度对开裂后剪切变形有显著影响;应用框格大标距的测试方法,有助于推动弹塑性极限状态下混凝土梁抗剪刚度的深入研究。     

生物膜材料张力形变干涉相移法的分析

细胞培养基底膜(硅胶膜)在应变量1%、10%、20%、25%伸张状态下,应用相移影栅云纹法,分别得到了4种伸张状态下硅胶膜上的全场位移分布,并进行了培养膜三维形貌重建.结果表明相移影栅云纹法适用于大变形的培养膜的形变测量,经过图像处理能够实现物体形貌的自动化和数字化测量要求.为进一步的硅胶膜全场应变测试提供数据支持.     

考虑力学约束的核石墨表面变形场测量研究

准确地测量核石墨表面变形场对研究其力学性能具有重要意义. 基于子区的数字图像相关（DIC）方法无法准确地获取试件边界的变形信息,测得的变形场不具有空间连续性,无法反映出核石墨表面真实的变形规律. 为了提高变形场的测量精度及实现边界变形测量,发展了一种考虑力学约束的DIC方法（MC-DIC）,该方法采用了具有空间连续性的8节点等参单元网格,基于子区DIC计算得到的信赖点对变形场进行空间重构. 结果表明:MC-DIC在测量非均匀复杂变形场时具有更高的测量精度,可以更准确地反映出核石墨试件受载下的全场变形状态.      

基于DIC技术的钢筋混凝土梁损伤识别

为研究钢筋混凝土梁基于数字图像相关技术(Digital Image Correlation, DIC)的损伤识别,设计了4组不同剪跨比的钢筋混凝土梁构件,并在构件表面采用人工制作散斑图;采用DIC技术测量梁全跨长的竖向位移,同时采用传统位移计和激光位移计测量梁跨中的竖向位移;采用格林函数、第一类Fredholm积分以及正则化数值解的数学算法,建立了梁构件在荷载作用下弯曲刚度分布的损伤识别方程.基于DIC技术测量的试验梁荷载-挠度位移曲线,识别了不同荷载下混凝土梁的刚度损伤情况.研究结果表明：DIC技术测量与传统位移测量得到的位移曲线基本一致,误差在可接受范围以内;建立的损伤识别方程对梁的刚度识别精度较高.     

古建筑彩绘梁整像素位移自适应搜索解算方法

通过在构件表面喷涂均匀散斑并拍摄变形前后的图片,采用数字图像相关法（DIC）可实现构件位移的非接触式测量. 针对古建筑木梁彩绘图案灰度不均,导致传统DIC在整像素位移解算时识别效果差、计算效率低的难题,提出修正的自适应十字模式搜索法（IARPS）进行整像素位移解算. 首先,预估第一个搜索点的搜索半径,在该半径内进行穷举搜索;然后引入自适应十字模式算法,通过小菱形搜索实现整像素位移的解算. 采用散斑图模拟位移及装饰有彩绘图案的木梁压弯实验,将IARPS与DIC中常用粗-细搜索算法进行对比,结果表明,IARPS方法能有效克服粗-细搜索算法局部计算不精确的缺陷,且IARPS的计算效率可提高71.6%,为将DIC应用于古建筑彩绘梁的非接触式位移测量提供了一种新的解算方法.     

钢筋混凝土梁的损伤评估

基于刚度下降提出了一种混凝土损伤指标,可直接表示为应变的函数．建立了截面弯矩与截面变形及损伤与截面变形之间联系的一般公式,对简支梁在不同配筋和加载情况下进行全过程损伤分析,说明了本方法的可行性及其与实际现象的一致性．     

短切柔性纤维对密实型沥青混凝土断裂特性的影响

纤维对沥青混凝土的改性效果已得到道路工程界的广泛认可,为探讨不同纤维对沥青混凝土断裂特征的影响,以玻璃纤维和玄武岩纤维作为研究对象,进行半圆抗拉试验,采用数字图像相关技术对半圆试件的全场位移与应变进行实时测量。通过分析极限抗拉强度、极限破坏应变、模量、裂缝缝嘴张开位移、临界断裂能、断裂韧性等指标,探讨了不同纤维对沥青混凝土抗裂性的增强效果。结果表明,两种纤维均能有效改善沥青混凝土的极限强度与破坏延性,纤维改性沥青混凝土具有更高的峰后持荷能力,在沥青混凝土开裂后仍能保持较高的承载能力。玻璃纤维改性沥青混凝土具有更高的临界断裂能量和断裂韧性,基于所选指标建议在工程应用中短切纤维长度不宜超过12 mm。     

掺复合镍铁渣混凝土梁柱中节点变形特性

复合镍铁渣混凝土与普通混凝土在强度等同条件下,由于泌水效应,前者与水平钢筋的粘结强度显著弱于后者。针对此特性,基于已有试验,分析了掺复合镍铁渣混凝土梁柱中节点的变形特性。节点的变形主要归结为附属梁体的弯曲变形和梁纵筋滑移引起的梁柱界面附加转角变形,本文重点分析后者。从试验现象观察来看,梁体的受弯变形并不明显,而梁柱界面附加转角变形明显。采用数值方法分析了不同复合镍铁渣掺量下的梁柱界面附加转角变形对总体变形的影响。研究表明,随着复合镍铁渣掺量的增加,梁柱界面附加转角增加,占整体变形相当大的比例。提出了梁端等效塑性铰模型,确定了塑性铰长度与梁长、复合镍铁渣掺量、梁纵筋直径之间的关系,可以快速评估复合镍铁渣梁柱中节点的极限变形能力。     

混凝土软化特性的数值模拟

采用微裂纹区分段线性应变软化律，并考虑由微裂纹演化而造成的弹性刚度劣化对裂缝扩展的影响，在给定σ－ω软化律的基础上，用应变增量迭代法，数值模拟了混凝土三点弯曲梁的Ｐ－△全曲线。     

装配式钢桁-混凝土组合梁变形性能的试验及计算方法研究

为了研究课题组提出的装配式钢桁-混凝土组合梁（PSTC）负弯矩区段的变形性能,针对某依托工程桥梁设计制作了一根变截面PSTC试验梁,开展了负弯矩区段变形性能试验研究。针对此梁,提出了一种挠度简化计算方法：将钢桁腹杆等效为钢腹板,从而计入其剪切变形对组合梁刚度的影响,同时考虑钢与混凝土之间的滑移。结果表明,该新型组合梁表现出显著的三阶段受力,根据简化计算结果,在20吨和47吨荷载作用下,梁的挠度为3.96mm和8.31mm,相比试验测试值4.03mm和8.39mm,计算结果准确,可为同类桥梁提供参考。     

设置预拱度对梁体长期徐变效应的影响

传统思路认为桥梁在施工中通过预先设置预拱度,可以抵消结构使用荷载引起的挠度,使桥面高程达到一理想位置。但是对混凝土结构预先设置拱度,由于改变了结构轴线线形,梁体轴线线形改变的同时其受力体系也发生了变化。比如对一根直线梁而言如设置了预拱度,其梁体轴线为曲线,其受力将不再是直线而是类似于拱。考虑预应力效应后,具有预拱度的梁将发生初始弯曲变形,其变形结果必然不同于直线形梁的变形。因而,对于预应力实体梁来说通过梁理论分析方法将具有预拱度的梁体按照具有初弯曲的梁段对待,建立梁体考虑徐变效应的挠度表达式并以此验证前述推理方法的正确性。     

碳纤维增强复合材料加固混凝土粘结性能试验

碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)加固混凝土技术在桥梁工程与建筑工程中有大量应用,而直接影响工程结构加固维修的关键因素是其界面粘结性能,因此开展相关试验研究对保障工程安全具有重大意义.以一种基于专门设计的试验装置进行弯曲剪切试验来研究CFRP-混凝土界面的粘结...     

路面温度翘曲型反射裂缝产生机理的分析

采用弹性地基上双层叠合梁模型,研究旧水泥混凝土路面板翘曲变形对沥青罩面层和对层间结合状况的影响,给出了沥青面层应力和层间竖向反力的计算式以及相应的诺谟图