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刘帅,郭广平*,郝文峰,杨洋,张悦.基于工业CT和DVC方法的增材制造铝合金结构内部变形测量[J].实验力学,2020,35(5):781~789
基于工业CT和DVC方法的增材制造铝合金结构内部变形测量
Internal deformation measurement of additive manufacturing aluminum alloy structure based on industrial CT and DVC methods
投稿时间:2020-05-05  修订日期:2020-05-28
DOI:10.7520/1001-4888-20-084
中文关键词:  数字体相关方法  内部变形  增材制造  铝合金  工业CT
英文关键词:digital volume correlation  internal deformation  additive manufacturing  aluminum materials  industrial computed tomography
基金项目:国家自然科学基金项目(11672279),国家重大科学仪器设备开发专项项目(2013YQ030629)
作者单位
刘帅 1.中国航发北京航空材料研究院 中国航空发动机集团材料检测与评价重点实验室 北京 100095 2.中国航发北京航空材料研究院 航空材料检测与评价北京市重点实验室 北京 100095 
郭广平* 1.中国航发北京航空材料研究院 中国航空发动机集团材料检测与评价重点实验室 北京 100095 2.中国航发北京航空材料研究院 航空材料检测与评价北京市重点实验室 北京 100095 
郝文峰 江苏大学 结构健康管理研究院 江苏镇江 212013 
杨洋 1.中国航发北京航空材料研究院 中国航空发动机集团材料检测与评价重点实验室 北京 100095 2.中国航发北京航空材料研究院 航空材料检测与评价北京市重点实验室 北京 100095 
张悦 1.中国航发北京航空材料研究院 中国航空发动机集团材料检测与评价重点实验室 北京 100095 2.中国航发北京航空材料研究院 航空材料检测与评价北京市重点实验室 北京 100095 
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中文摘要:
      数字体相关(Digital Volume Correlation,DVC)方法是一种能够对结构内部全场变形进行直接测量的技术。本文建立了基于工业CT(Computed Tomography)设备、自行研制的原位加载装置和商用DVC分析软件的结构内部变形测量系统,设计多种结构形式的试样,可产生从简单到复杂的不同内部变形场,采用激光选区熔融(Selective Laser Melting,SLM)工艺制作拉伸、双环型压缩和缺口拉伸等增材制造铝合金试样,进行原位加载及成像实验,使用DVC方法获取了试样内部三维位移场与应变场数据。相比标准材料,实验中测得的简单拉伸试样的弹性模量出现显著下降,与机械测量结果完全吻合,这是试样打印时引人的高孔隙率导致的;双环型压缩试样在载荷作用下产生了预想的含梯度应变场,其分布形式与有限元方法计算结果吻合;缺口拉伸试样的应力集中现象在测量得到的三维变形场中有明显表现。本文研究结果验证了使用DVC方法对增材制造铝合金材料内部三维变形场进行测量的可行性和有效性。
英文摘要:
      Digital volume correlation (DVC) method is a technique that can directly measure the full-field deformation inside structure. In this work, a system for measuring structure internal deformation based on industrial CT equipment, independently developed in-situ loading device and commercial DVC analysis software is built. A variety of structural samples that can produce different internal deformation fields from simple to complex are designed. The aluminum alloy specimens of additive manufacturing such as stretching, double-ring compression and notch stretching are made by laser selective melting (SLM) process. In-situ loading and imaging experiments are carried, and the three-dimensional displacement field and strain field data of the sample are successfully obtained by the DVC method. The elastic modulus obtained from the measurement of a simple tensile sample is significantly reduced, which is completely consistent with the mechanical measurement results, due to the high porosity introduced when the sample is printed. The double-ring compression specimen can produce an expected gradient-contained strain field under the load, and its distribution form is consistent with the calculation results of the finite element method. The stress concentration phenomenon of notched tensile specimens is obviously manifested in the measured three-dimensional deformation field. The results of the study validate the feasibility and effectiveness of using the DVC method to measure the three-dimensional deformation field inside the aluminum alloy materials of additive manufacturing.
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