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基于显微DIC的谐振疲劳短裂纹尖端变形场演化规律

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兵工学报 2023年第5期44卷 1482-1492页

作者：单晓锋高红俐黄心畏林志远赏鸿斌浙江工业大学机械工程学院浙江杭州310023 浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部重点实验室浙江杭州310023

为研究疲劳短裂纹扩展机理,提出一种基于显微数字图像相关(DIC)的塑性金属材料谐振疲劳短裂纹尖端位移场、应变场和塑性区的测量方法,并对其演化规律进行研究。通过显微摄像系统采集疲劳裂纹扩展过程中谐振载荷最大点试件短裂纹图像;采... 详细信息

为研究疲劳短裂纹扩展机理,提出一种基于显微数字图像相关(DIC)的塑性金属材料谐振疲劳短裂纹尖端位移场、应变场和塑性区的测量方法,并对其演化规律进行研究。通过显微摄像系统采集疲劳裂纹扩展过程中谐振载荷最大点试件短裂纹图像;采用DIC方法获得裂纹尖端区域位移场和应变场的数据。通过虚拟引伸计技术结合位移场演化数据获得短裂纹扩展过程中裂纹尖端坐标,进而根据von Mises屈服准则和应变场数据确定裂纹尖端塑性区尺寸及演化规律并与Irwin模型的理论尺寸进行对比验证;采用电子背散射衍射(EBSD)技术测量典型塑性金属材料316不锈钢疲劳裂纹尖端的晶粒尺寸分布,进一步研究谐振载荷作用下疲劳短裂纹尖端区域沿晶粒尺度的位移和应变的演化规律。研究结果表明:提出的方法成功获取了短裂纹微米级变形场演化数据,为塑性金属材料疲劳短裂纹扩展特性的进一步研究和疲劳寿命预测提供了实验和理论支持。

关键词：谐振疲劳扩展显微DIC 短裂纹尖端变形场塑性区演变

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不同冲击倾向煤样表面温度场与变形场演化特征

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煤炭学报 2014年第2期39卷 273-279页

作者：吕玉凯蒋聪成果姜耀东中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083 中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室北京100083

采用实验手段,研究单轴压缩过程中,冲击倾向性和非冲击倾向性煤样表面变形场和温度场演化特征。运用白光散斑分析方法,对样品表面变形局部化带演化进行数据分析,发现非冲击倾向性煤样局部化出现在加载的弹性阶段,而冲击倾向性煤样出现... 详细信息

采用实验手段,研究单轴压缩过程中,冲击倾向性和非冲击倾向性煤样表面变形场和温度场演化特征。运用白光散斑分析方法,对样品表面变形局部化带演化进行数据分析,发现非冲击倾向性煤样局部化出现在加载的弹性阶段,而冲击倾向性煤样出现在塑性阶段,冲击煤样的变形场演化要较非冲击煤样剧烈;冲击煤样与非冲击煤样的变形局部化内部区域温度整体较外部区域高,且变化规律基本相同,而局部化内外温差变化与其相反;冲击煤样的绝对温度变化较非冲击样品变化大;冲击煤样的温度场对应的变形局部化演化较非冲击煤样简单;基于不同煤样的全岩矿物分析及黏土矿物成分分析,对比了冲击煤样与非冲击煤样内部晶体、非晶体及黏土矿物的含量,从而探讨内部组分对宏观温度场和变形场的影响。

关键词：煤样冲击倾向性温度场变形场 X射线衍射

亚失稳准动态及同震过程变形场时空演化特征——实验与分析

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地震地质 2021年第1期43卷 1-19页

作者：李世念马瑾汲云涛郭彦双刘力强中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室北京100029 中国煤炭地质总局勘查研究总院北京100039

断层亚失稳模型指出,在临震亚失稳阶段中各种物理量存在规律性的时空演化特征,控制这些物理参数变化的根本原因是震源的力学过程。为深入观测和分析该过程,文中介绍了一套自主研发的64通道、16位分辨率、4MHz采样频率、可并行连续采集... 详细信息

断层亚失稳模型指出,在临震亚失稳阶段中各种物理量存在规律性的时空演化特征,控制这些物理参数变化的根本原因是震源的力学过程。为深入观测和分析该过程,文中介绍了一套自主研发的64通道、16位分辨率、4MHz采样频率、可并行连续采集的超动态变形场观测系统(UltraHi DAM),首次实现了在4MHz频率下对应变信号和声发射信号的同步采集。依托该系统对断层失稳变形的全过程,特别是失稳前几s到若干μs的瞬态变形过程,即亚失稳准动态阶段进行了精细、深入的观测,解析了相关的震源力学问题,获得以下认识:1)伴随断层局部卸载而出现的应变局部化加速是进入亚失稳准静态阶段的近场判据;2)亚失稳准动态阶段的应变场特征(应变调整)表现为以应变逐点的逐次加速和往复传递;3)准动态过程中每个子阶段都存在短暂的准备期,其可能有助于临震预测;4)一次断层失稳事件(实验室地震)可以伴随发生多次震源应变高频震荡以及对应的多次声发射事件。

关键词：亚失稳准动态阶段变形场时空演化应变准备期同震阶段

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循环载荷作用下岩石材料变形场演化试验研究

岩石力学与工程学报 2009年第A2期28卷 3336-3341页

作者：王建国王振伟马少鹏煤炭科学研究总院抚顺分院辽宁抚顺113122 辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 北京理工大学理学院力学系北京100083

将岩石在动载荷作用下破坏过程的应力场直观地表现出来,从变形场演化的角度研究岩石试件的破坏规律是岩石力学变形观测领域一个有重要意义的课题。采用岩石材料破坏过程变形场监测(Geo-DSCM)系统,观测循环载荷作用下岩石材料破坏过程中... 详细信息

将岩石在动载荷作用下破坏过程的应力场直观地表现出来,从变形场演化的角度研究岩石试件的破坏规律是岩石力学变形观测领域一个有重要意义的课题。采用岩石材料破坏过程变形场监测(Geo-DSCM)系统,观测循环载荷作用下岩石材料破坏过程中的变形场演化。岩石试件采用大理岩加工而成,对岩石试件加载的循环载荷为正弦波,其下、上限载荷分别为10,130kN,频率为0.04Hz。通过对多个岩石试件的变形破坏过程的观测,从变形场演化的角度总结岩石材料在循环载荷下的破坏规律。试验结果表明:循环载荷作用下岩石的变形经历3个阶段,即均匀阶段、局部化阶段和破坏阶段。岩石在破坏过程中其变形场演化表现出一个规律,即在破坏前夕发生严重的变形局部化现象,形成变形局部化带;变形局部化带中的变形进一步集中,形成宏观裂纹,导致试件破坏。从而可用一种描述变形场局部化特征的统计量(如变形场的方差)来表征变形场演化过程,岩石破坏前发生变形局部化,此统计量会发生突跳。因此,此统计量可用以指示岩石结构的破坏,如果设计现场观测系统,应用此方法有望实现灾害监测与预报。

关键词：岩石力学数字散斑相关方法循环载荷岩石材料变形场

单轴压缩下富有机质油页岩变形场与能量演化特征研究

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岩土力学 2022年第6期43卷 1557-1570页

作者：王鲁男陶传奇尹晓萌韩杰杨磊张甘平辽宁石油化工大学土木工程学院辽宁抚顺113001 辽宁石油化工大学辽宁省石油化工特种建筑材料重点实验室辽宁抚顺113001 武昌理工学院智能建造学院湖北武汉430223

油页岩矿层中有机质的不均匀分布导致岩石的力学响应与破坏机制有所差异。为此,综合运用单轴压缩试验、数字图像相关方法及红外热成像技术,研究不同有机质丰度下油页岩加载全程的变形场、温度场及能量演化特征,揭示有机质丰度对油页岩... 详细信息

油页岩矿层中有机质的不均匀分布导致岩石的力学响应与破坏机制有所差异。为此,综合运用单轴压缩试验、数字图像相关方法及红外热成像技术,研究不同有机质丰度下油页岩加载全程的变形场、温度场及能量演化特征,揭示有机质丰度对油页岩力学特性与变形破坏机制的影响。研究表明:随着有机质丰度增高,油页岩的应力-应变特征总体呈现衰减趋势,延展性显著提升;破坏模式从劈裂型张拉向张拉-剪切复合型发展,这归因于有机质丰度改变了层理弱面对宏观裂纹发育的控制程度。变形场和温度场在加载作用下具有明显的局部化特征,表面变形量、红外温度均随有机质丰度增高而增大,两场分异程度也随之增强。此外,有机质丰度也影响着油页岩的能量转化及分配规律,随着有机质丰度增高,油页岩的吸能、储能及释能性质减弱,而耗能性质增强,整体能量状态降低。这是不同有机质丰度的油页岩力学特性与变形破坏规律存在差异的本质诱因。

关键词：油页岩有机质丰度变形场温度场能量特征

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单个弹丸撞击316L不锈钢引起的变形场

爆炸与冲击 2017年第1期37卷 126-133页

作者：杨诗婷邢永明赵燕茹郝贠洪李继军姜爱峰内蒙古工业大学理学院内蒙古呼和浩特010051 内蒙古工业大学土木工程学院内蒙古呼和浩特010051

运用金属材料表面纳米化试验机对单个弹丸撞击316L不锈钢表面进行了撞击实验;采用激光共聚焦显微镜观察了弹坑的三维形貌,测量不同振动频率下弹坑的直径及离面位移;采用云纹干涉法对弹坑周围的面内应变场进行测量,并分析振动频率及撞击... 详细信息

运用金属材料表面纳米化试验机对单个弹丸撞击316L不锈钢表面进行了撞击实验;采用激光共聚焦显微镜观察了弹坑的三维形貌,测量不同振动频率下弹坑的直径及离面位移;采用云纹干涉法对弹坑周围的面内应变场进行测量,并分析振动频率及撞击方式对弹坑尺寸、塑性应变大小以及塑性应变区范围的影响;采用有限元方法对单个弹丸垂直撞击试件表面的应变场进行数值模拟,与实验结果进行比较,分析了弹坑周围残余应力的分布。结果表明:随振动频率的增加,弹坑直径和离面位移都增加,频率在50~55 Hz,弹坑直径有突变,离面位移和振动频率呈线性关系;振动频率越大,塑性应变越大,塑性应变分布范围均大于弹坑直径的2倍;同一振动频率下弹丸垂直撞击比倾斜撞击的塑性应变大,而塑性应变分布范围相差不大;面内残余应变场的数值模拟结果和实验结果吻合较好,最大误差小于10%。

关键词：固体力学变形场云纹干涉法 316L不锈钢激光共聚焦显微镜弹丸撞击

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岩石圆孔结构破坏过程变形场演化的实验研究

岩土力学 2006年第7期27卷 1082-1086页

作者：马少鹏王来贵赵永红中国科学院岩土力学重点实验室辽宁工程技术大学力学与工程科学系辽宁阜新123000 北京大学地球物理学系北京100871

采用自行设计的岩石材料破坏过程变形场监测系统(Geo-DSCM系统),观测了受单轴压缩的岩石圆孔结构破坏过程中的变形场演化。圆孔结构由大理岩方板在中心钻孔加工而成,以0.02 mm/min的位移加载速度进行单轴压缩至破坏。实验结果表明,载荷... 详细信息

采用自行设计的岩石材料破坏过程变形场监测系统(Geo-DSCM系统),观测了受单轴压缩的岩石圆孔结构破坏过程中的变形场演化。圆孔结构由大理岩方板在中心钻孔加工而成,以0.02 mm/min的位移加载速度进行单轴压缩至破坏。实验结果表明,载荷水平较低时圆孔结构的拉应力集中部位发生变形集中现象;当载荷水平接近加载曲线的峰值点时,变形集中在两条共轭的与加载方向成一定角度的局部化带上;之后,变形的集中迁移到其中一条带上集中,结构最终在此带上形成宏观裂纹而破坏。

关键词：圆孔结构数字散斑相关方法(DSCM) 变形局部化变形场破坏

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路基冻结过程中温度场对变形场的影响

长安大学学报（自然科学版） 2005年第5期25卷 11-14页

作者：毛雪松王秉纲胡长顺李宁长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室陕西西安710064 西安理工大学水利水电学院陕西西安710048

为了研究冻土路基温度场及变形场的动态变化规律,基于伴有相变的路基非稳态温度场控制方程和冻土路基变形场二维数值计算模型,对冬季冻土路基温度场和变形场进行了计算分析,得出路基深层土中的温度变化滞后于表层土和气温;对于冻胀冰锋... 详细信息

为了研究冻土路基温度场及变形场的动态变化规律,基于伴有相变的路基非稳态温度场控制方程和冻土路基变形场二维数值计算模型,对冬季冻土路基温度场和变形场进行了计算分析,得出路基深层土中的温度变化滞后于表层土和气温;对于冻胀冰锋线分布较广的路基,其破坏易在坡脚处产生;冻胀冰锋线分布范围较小的路基,破坏大致发生在竖向位移较大的路基中部。结果表明,冻胀冰锋线的范围是影响路基变形场的重要因素。

关键词：道路工程冻土路基冻胀冰锋线非稳态温度场变形场

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激光热成形温度场和变形场相似性研究

光电子．激光 2006年第8期17卷 1018-1021,1024页

作者：石永军沈洪姚振强胡俊上海交通大学机械与动力工程学院上海200030

激光热成形是非常复杂的热力耦合过程,本文将相似理论应用于激光热成形的研究,利用方程分析法推导出金属板材温度场相似所必须满足的相似准则。为了验证相似准则的有效性,对3块满足相似准则的金属板材进行了数值仿真。仿真结果表明,3块... 详细信息

激光热成形是非常复杂的热力耦合过程,本文将相似理论应用于激光热成形的研究,利用方程分析法推导出金属板材温度场相似所必须满足的相似准则。为了验证相似准则的有效性,对3块满足相似准则的金属板材进行了数值仿真。仿真结果表明,3块金属板材的温度场相似,并且其变形场也相似。

关键词：激光热成形温度场变形场相似理论