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2025,40(4):387-397 ,DOI: 10.7520/1001-4888-24-175
Abstract:
点阵夹芯板因具有高比强度、高比刚度、强抗冲击性等特点而受到广泛的关注。在结构动态力学性能方面，目前大部分研究仅关注结构整体振动响应，忽略了点阵桁架局部振动特性对结构动态性能的影响，而这种影响正是无损检测方法的基础。为研究点阵夹芯结构局部振动特性和无损检测方法，首先，本文从数值模拟和实验测试2个方面研究点阵桁架对结构中导波传播的影响，并对波信号进行傅里叶分析和小波变换，结果表明波信号会集中在某些峰值。然后，通过分析导波信号和点阵单胞的局部共振模态，证明了波信号频率峰的位置取决于点阵桁架的振动模态频率，尤其是拉压轴向振动模态频率。最后，本文提出了一种利用波信号频率峰位置的变化对点阵桁架进行损伤识别的方法，并通过数值模拟进行了验证，结果表明该方法能有效地检测和定位桁架的损伤。
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2025,40(4):398-408 ,DOI: 10.7520/1001-4888-25-034
Abstract:
部分航空金属结构在服役过程中常面临海洋腐蚀环境与反复冲击载荷的联合作用，从而导致材料表面发生腐蚀损伤并显著劣化其冲击疲劳性能。为深入探讨这一现象，本文对航空领域关键结构材料AerMet100钢与TC18钛合金在中性盐雾腐蚀不同时长作用下，对其冲击疲劳寿命的影响进行了系统研究。通过中性盐雾腐蚀试验、落锤冲击疲劳寿命测定试验及扫描电子显微镜(SEM)表征技术，系统揭示了腐蚀时长对2类缺口三点弯曲试样冲击疲劳寿命的影响及其损伤机制。结果显示，随着盐雾腐蚀时长的增加，AerMet100钢的U/V-90°型缺口试样和TC18钛合金U型缺口试样的疲劳寿命均呈现近似线性的衰减趋势，AerMet100钢在腐蚀240 h后疲劳寿命降至未腐蚀试样的约50%，而TC18钛合金的U型缺口试样在腐蚀480 h后降至未腐蚀试样的约50%，相比之下，TC18钛合金的V-90°型缺口试样由于缺口处较高的应力三轴度，其疲劳寿命主要受应力状态影响而非腐蚀损伤。另外，SEM结果分析表明，随着腐蚀时间的延长，AerMet100钢试样表面的腐蚀产物和点蚀坑数量显著增加，并伴随表面龟裂，因此促进了疲劳裂纹的萌生与扩展；而TC18钛合金因表面氧化膜对腐蚀介质的屏蔽效应，可有效阻止腐蚀介质的深入侵蚀，从而限制裂纹的扩展路径，保持较高的疲劳寿命。
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2025,40(4):409-432 ,DOI: 10.7520/1001-4888-24-141
Abstract:
数字图像相关(DIC)是一种非接触式光学测量技术，该技术以散斑为变形载体进行物体表面位移和变形场测量，目前已被广泛应用在航空航天、机械工程、动力工程等重要工业领域。DIC测试与分析中需要专用软件，特别是在疲劳和动态测量中，涉及大数据的分析与处理，会造成计算时间长和效率低等问题。随着人工智能技术的发展，深度学习为DIC方法提供了新的发展机遇。然而，在DIC深度学习网络构建中，需要庞大的数据集进行网络构建，这不仅增加了数据采集成本还需耗费较长的计算时间。为解决上述问题，本文提出了一种基于迁移学习的DIC-2D位移测量方法。该方法将多级特征提取器、注意力机制与深度可分离卷积层融合到U-Net网络中，在网络的预训练过程中，使用模拟散斑图像作为训练数据集，形成预训练网络；在此基础上，采用多种迁移学习微调策略，利用少量具有不同平均灰度梯度的真实散斑图像进一步优化网络参数，形成迁移后的网络，并采用真实散斑图像进行验证实验。分析表明，在不同平均灰度梯度散斑图像的训练中，全局微调策略训练的网络表现出较高的精度和较好的鲁棒性；本文所提出的DIC迁移学习方法可显著减少训练时间和数据采集成本。
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2025,40(4):433-443 ,DOI: 10.7520/1001-4888-25-014
Abstract:
精确预测锂离子电池寿命对保障设备用电安全至关重要，在电池寿命预测过程中,间接参数的选取是关键环节，然而目前对间接参数与电池内部反应机理的研究较少。本文针对电池寿命预测中的间接参数与电池反应机理的关系开展实验研究，设计了电池充放电循环、电化学阻抗和声发射一体化实验方案，通过实验获得了容量、阻抗和力学损伤随循环圈数的非线性演化规律；分析电荷转移阻抗RCT和固态电解质界面膜阻抗RSEI的演化规律，发现了RCT和RSEI通过影响电池内部电荷的传输和转移来影响电池寿命衰退的机理，从而阐述了电池容量-阻抗-损伤的内在定性联系；根据阻抗和力学损伤的定性联系，采用皮尔逊相关系数量化了RCT和RSEI与声发射累积撞击次数的关系，结果显示，RCT和RSEI与声发射累积撞击次数的相关性系数均高于0.9。上述实验结果与分析表明，阻抗与电极力学损伤关系紧密，阻抗RCT和RSEI既包含电化学因素又包含电极力学损伤信息，而且阻抗与力学损伤的关系也通过不同充放电倍率和不同电极材料的实验得到了验证。
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2025,40(4):444-454 ,DOI: 10.7520/1001-4888-24-112
Abstract:
聚对苯撑苯并二噁唑(PBO)纤维由于具有优异的力学性能、高热稳定性和阻燃性等受到广泛的关注，在航空航天、交通运输、新能源等领域拥有广阔的应用前景。然而，PBO纤维在潮湿环境下的老化行为严重影响了材料的长期服役性能，限制了其在高新技术领域的发展和应用，因此如何提升PBO纤维在潮湿环境下的抗老化特性是亟待解决的问题。本文采用纤维单丝微拉伸实验方法，研究了石墨烯涂层对PBO纤维在潮湿环境下的防护作用，结果表明，PBO纤维在潮湿环境下会发生水解，造成弹性模量和断裂强度的降低。使用共价交联氧化石墨烯涂覆于PBO纤维表面能够显著增强其力学性能，但仍无法改善其耐湿性。共价交联氧化石墨烯高温热解制备的还原氧化石墨烯具有致密的层状堆叠结构及良好的疏水性，可以有效提升PBO纤维的抗老化性能。还原氧化石墨烯涂覆的PBO纤维在50%相对湿度下的强度保留率达到98.2%，在80%相对湿度下的强度保留率达到96.4%。
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2025,40(4):455-466 ,DOI: 10.7520/1001-4888-24-044
Abstract:
镜面反射结构的高精度全场形貌测量是众多高端制造领域中不可或缺的重要环节。为了实现镜面形貌的高精度测量，本文提出一种移动相位偏折术。以单目单屏为基础，给出了完整的条纹相位-梯度-高度关系模型，并通过表面连续性假设实现了模型中的基本约束条件;提出了一种模型参数的求解方法，解决了传统相位偏折术中存在的二义性问题，该方法能够通过显示器的任意刚体位移实现被测结构形貌及位姿的测量;通过开展一系列验证实验，分别讨论了被测表面梯度、高度变化对该方法形貌测量能力的影响，验证了方法的形貌测量综合能力。实验结果表明，在镜面反射结构形貌测量中，本文方法相较于传统方法的测量精度显著提升。
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2025,40(4):467-478 ,DOI: 10.7520/1001-4888-24-079
Abstract:
为探究钬激光消融人体内结石的动力学过程及对周遭组织的附带伤害，使用凝胶与石膏块模拟真实人体的软组织和结石，基于自主研制的钬激光器开展一系列钬激光消融凝胶-人造结石组织的模型实验，实验变量包括激光能量、光纤芯径和光纤距离人造结石的高度。首先通过动态高速阴影成像观察到消融过程中加载区域及附近的凝胶组织中出现葫芦状空化气泡，并根据阴影成像的差异讨论了不同加载工况下空泡形态演化的不同机制。然后通过光学成像与扫描电子显微成像开展了回收凝胶与人造结石样品的表征，发现凝胶组织遭受的附带伤害主要来自烧蚀、空化、破碎和人造结石碎片溅射；另外发现人造结石消融坑内壁侧面与底部形貌显著不同，这与坑内不同区域经历的材料失效机制不同有关。最后通过白光干涉扫描获取了高精度的消融坑几何参数，用以定量分析不同实验变量对消融坑几何参数的影响，数据统计结果表明，消融坑体积与激光能量呈线性正相关。
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2025,40(4):479-486 ,DOI: 10.7520/1001-4888-24-084
Abstract:
及时识别微裂纹对混凝土结构的安全控制十分重要。本研究对玄武岩纤维混凝土试件进行四点弯曲实验，并结合数字图像相关方法获得了加载过程中试件表面的应变场信息。在水平应变场中，选择应变较大的300个点作为兴趣点(Points of Interest，POI)，基于POI在应变场中坐标的标准差计算聚集因子，并利用聚集因子在加载过程中的分布演化提出了仅与单一应变场相关的识别微裂纹方法。这种方法可以排除人为判断微裂纹产生的误差，但不足以识别多个微裂纹。该方法的准确率超过95%，适合工程应用。
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2025,40(4):487-492 ,DOI: 10.7520/1001-4888-24-094
Abstract:
为了实现复合材料结构在高温、冲刷、振动耦合环境下动态性能退化的测试，设计了高温-冲刷-振动环境下先进复合材料结构退化测试平台并进行了测试。首先，介绍了测试平台各部分的功能设计及实现原理，并完成了平台的组建。然后，利用所开发的测试平台，以石英纤维陶瓷基复合材料薄板试件为例，对其在不同温度、退化时间及冲刷时间条件下的退化现象进行了一系列测试，获得了相应的固有频率和共振响应的退化曲线。研究表明：高温、振动与冲刷环境导致陶瓷基复合材料动态性能退化，具体表现为前2阶固有频率下降及共振响应显著增大。
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2025,40(4):493-505 ,DOI: 10.7520/1001-4888-24-122
Abstract:
缝洞型碳酸盐岩储层孔隙度、渗透率、弹性模量等岩石物理力学参数是影响油气开采效果的关键因素,为此，本文以塔里木盆地富满地区奥陶系缝洞型碳酸盐岩储层为研究对象，通过单轴、三轴压缩实验、声发射实验和应力敏感性实验等，系统研究了储层岩石力学参数以明确原位条件下的储层受力状态。结果表明：1)随着围压的增加，岩石的抗压强度和弹性模量逐渐增大，岩石从脆性转变为塑性，表现出应变硬化特性。2)碳酸盐岩储层渗透率随着围压的增大而逐渐降低，且在围压30 MPa 以下变化显著。3)研究区最大水平主应力为186.14 MPa，最小水平主应力为150.82 MPa，垂向应力为172.89 MPa，表现出走滑断层应力特征。本文研究结果可为深层缝洞型碳酸盐岩储层高效勘探开发提供技术支撑。
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2025,40(4):506-514 ,DOI: 10.7520/1001-4888-24-077
Abstract:
由超导磁体、杜瓦、低温系统等组件搭配组成的测试平台可实现超导体的力-热-电-磁多场测试，其中超导磁体的功能是提供背景磁场。分体式低温超导磁体可在中心处产生均匀的横向磁场，且其半开放式的结构为测试提供了便利和较大的操作空间。由于分体式超导磁体运行于低温、强磁场、大电流环境中，所承载的复杂的电磁力、热应力及装配力等可能会降低其电磁性能和稳定性，因此需对磁体结构及其性能进行核验。本文综合运用低温应变片、低温热传感器及霍尔片等测试仪器，并基于无线应变测试方法开展了超导线圈的动态绕线过程、线圈组件的降温及励磁过程的实验研究。结果表明：动态绕线时线圈内积累的应变与绕线层数近似呈线性关系，且应变伴随绕制时间略有回落；通电情形下超导线圈组件的应变及其周围的磁场与加载电流有较好的同步性；线圈内的应变演化规律能够有效揭示超导磁体各个加工与测试过程的特征。
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2025,40(4):515-527 ,DOI: 10.7520/1001-4888-24-074
Abstract:
预应力混凝土结构在服役期间由于受到环境腐蚀的作用，会造成钢筋腐蚀，从而使结构出现不同程度损伤，导致结构承载力下降。为了探究钢筋腐蚀对预应力混凝土梁抗弯性能的影响，对预应力混凝土梁进行了腐蚀后的四点弯曲试验，结果表明：当钢绞线腐蚀率相同时，试验梁的开裂荷载和极限荷载受钢筋腐蚀影响不大，但对屈服荷载影响比较明显；当普通钢筋腐蚀率为3.8%时，试验梁屈服荷载下降15.6%；钢筋腐蚀率对试验梁的屈服挠度影响较小，但对极限挠度影响较为明显；当钢筋腐蚀率为11.5%时，极限挠度下降8.6%；试验梁的开裂荷载和屈服荷载受钢绞线腐蚀影响较大，是影响预应力梁承载能力和变形能力的主要因素；当钢绞线腐蚀率为7.6%时，试验梁的开裂荷载下降32.9%。在试验的基础上，采用有限元软件ABAQUS对各腐蚀梁进行有限元模拟，并根据腐蚀后钢筋的性能劣化规律，提出了普通钢筋腐蚀和钢绞线腐蚀预应力混凝土梁承载力计算方法，计算值和模拟值均与试验值吻合程度较好。
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2025,40(4):528-538 ,DOI: 10.7520/1001-4888-24-062
Abstract:
为研究不同冷却方式对高温后超高性能混凝土(UHPC)单轴受压力学性能的影响，以冷却方式、受热温度为变化参数，设计制作了45个100 mm×100 mm×300 mm的试块进行高温后的单轴抗压试验。通过观察高温后试块的表观特征、质量损失及破坏形态，分析了冷却方式及受热温度对抗压强度的影响规律。结果表明：随着受热温度升高，试块表面裂纹增多，不同冷却方式下的质量烧失率均增大；相同温度下，自然冷却时试块烧失率大于浸水冷却烧失率，自然冷却下烧失率呈先快后慢的增长趋势，浸水冷却下烧失率近似呈线性增长；抗压强度均呈现先小幅增大后减小的趋势，与常温工况相比，自然冷却、浸水冷却时最大抗压强度分别提高了18.3%和13.4%；受热温度为800 ℃时，自然冷却、浸水冷却抗压强度分别降低至常温下的20.8%和18.8%；受热温度超过600 ℃时，试块表现出较好的轴向变形能力；相较于自然冷却，浸水冷却下峰值应变发展较快，但800 ℃时基本趋于一致，自然冷却、浸水冷却下峰值应变分别增大至常温工况下峰值应变的2.22倍、2.24倍；与自然冷却相比，浸水冷却下弹性模量相对较小，且均经历慢降、快降、慢降3个阶段。基于试验，提出了浸水冷却后的UHPC残余强度计算方法，该方法可为建筑消防灭火后混凝土承载能力评估提供依据。
2025年第40卷第4期
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拉应力对硅钢材料磁巴克豪森噪声各向异性影响规律的实验测试
Abstract:
磁巴克豪森噪声（MBN）信号通常表现出各向异性，其形成机制受外部因素（如外加应力、磁场及其方向）和内部因素（如晶粒取向等）共同影响。为系统揭示磁场方向、易磁轴分布及应力三者对MBN信号各向异性的作用规律，本文构建了一套具备力-磁同步加载功能的MBN信号各向异性检测系统。针对取向硅钢中晶粒内部的双易磁轴特性，提出了一种新的MBN信号各向异性拟合模型，该模型相较于传统经验公式具备更高的拟合精度。通过对不同轧制方向的取向硅钢试样施加拉应力，开展了MBN各向异性检测实验。实验结果表明，拉应力对MBN各向异性的影响依赖于其与易磁轴之间的夹角：当夹角大于45°时，应力诱导了双易磁轴系统的形成，显著改变了磁化行为。进一步结合粒子群寻优算法,对应力相关拟合参数进行识别与优化，并分析了拟合参数与拉应力的依赖关系。研究结果对磁巴克豪森信号在应力评估与磁各向异性检测中的应用具有重要意义。
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压力自感知层级石墨烯橡胶复合材料近零热应力与密封性能研究
Abstract:
为解决传统密封材料在温度波动环境下热应力显著、泄漏率不稳定及缺乏压力自感知能力的问题，本研究对向心结构石墨烯气凝胶表面附着型硅橡胶复合材料展开设计与制备研究。首先，通过定向冷冻、表面附着等工艺，制备了石墨烯气凝胶硅橡胶复合材料。进而，对该复合材料的力学性能、力电传感性能及密封性能进行系统测试。结果表明，与纯硅橡胶相比，所制备的石墨烯橡胶在宽应变范围内表现出近零热应力特性，热应力相对变化均低于百分之五。且复合材料呈现分段力电响应灵敏度，循环稳定性良好，无明显信号漂移。在较宽温度及压缩应变范围内，复合材料泄漏率相对变化显著降低，温度稳定性较传统织物橡胶大幅提升。本研究研制的层级石墨烯橡胶复合材料兼具压力自感知、近零热应力与温度不敏感密封性能，为温度波动下的高精度密封监测场景提供了新型解决方案。 关键词：石墨烯橡胶；压力自感知；近零热应力；密封性能
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基于双能量识别的花岗岩Kaiser效应及其应力记忆能力研究
Abstract:
本文对初始应力状态及重复加载时间间隔对花岗岩应力记忆能力的影响进行了系统研究。通过开展单轴压缩声发射试验，采用基于聚类分析的声发射信号处理方法有效识别具有Kaiser效应的信号，并利用随机森林算法验证了分类结果的可靠性。研究构建了时-频域“双能量”判据识别体系，通过在时域中识别能量与累计振铃计数的突变点，同时在频域中捕捉能量谱密度的跃迁点，共同判定Kaiser点，显著提高了应力记忆能力识别的抗噪性与鲁棒性。试验结果表明：当初始应力为30%与40%峰值应力且再加载间隔不超过14天时，花岗岩保持良好应力记忆能力；间隔超过30天后，该能力逐渐丧失；而在50%峰值应力条件下，任何再加载间隔均无法激发有效Kaiser效应。本研究为深部岩体地应力测量提供了更为可靠的分析方法。
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基于虚场原理的各向异性塑性显式本构-神经网络混合建模方法研究-实验力学反问题专辑
Abstract:
金属材料本构关系的准确建模是实现精确塑性成形与复杂载荷状态下行为预测的基础前提,针对现有本构建模方法在表征精度、实验数量、理论假设及外推稳定性等方面的不足,本文首次提出一种融合基础显式本构模型与神经网络隐式模型的混合建模方法,并在神经网络训练过程中引入虚场原理。通过少量异型构件的单轴拉伸实验,获取覆盖多应变路径的全场应变数据,利用虚场法对基础显式模型进行本构参数表征,将虚场原理引入神经网络训练过程中,最终实现显式模型与神经网络模型互补融合,建立了应力响应预测的混合建模框架。研究表明,该方法可通过单次实验获得大量不同应变路径数据,突破传统实验每次仅获取单一应变路径的局限,显著降低神经网络模型训练所需实验次数；引入虚场原理可有效压缩神经网络的参数空间,提升训练效率并降低损失值；所构建模型中的数据驱动补偿项能够精确捕捉基础模型在各向异性屈服和非线性硬化行为表征方面的不足,大幅提高应力预测精度与外推稳定性。该研究为实现复杂载荷路径下材料塑性行为的高精度建模与精确力学行为预测提供了新思路与技术支撑。
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基于3D打印PLA框架的混凝土抗弯性能实验研究
Abstract:
混凝土因脆性大，在弯曲作用下极易突发脆性断裂。为提升混凝土的抗弯性能，本文通过3D打印制备负泊松比和仿珍珠层两种结构的聚乳酸（Polylactic acid，PLA）框架—混凝土复合结构，开展三点弯曲实验并结合数字图像相关（Digital image correlation，DIC）技术分析PLA框架混凝土的抗弯性能与破坏机制。结果表明，负泊松比框架通过拉胀效应与多裂纹分散机制使抗弯强度提高了133.4%，密度降低了11.26%。仿珍珠层框架通过多级界面偏转与裂纹桥联机制使抗弯强度提高了164.6%，密度降低了15.06%。两者均显著延缓裂缝扩展，实现由脆性向延性的转变。本研究对开发轻质，高韧混凝土结构提供了实验与理论依据。
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重载铁路货车车钩疲劳试验载荷谱及疲劳寿命研究
Abstract:
车钩疲劳寿命对于保障重载铁路运输安全至关重要。针对重载铁路货车车钩疲劳寿命评估问题，本文开展了基于台架疲劳试验的车钩疲劳寿命评估方法研究，提出疲劳试验载荷谱编制方法及疲劳寿命量化评价指标。基于国内典型重载货运专线两万吨编组重载列车车钩力线路载荷谱，研究拉、压载荷分解及其对车钩疲劳损伤的影响，确定采用混合拉-拉载荷谱编制损伤等效的车钩疲劳试验载荷谱。考虑车钩在列车中位置随机变化的实际情况，采用统计学方法确定编制试验载荷谱的等效损伤值。基于损伤等效原则及Goodman方程，考虑平均载荷的影响，把各级载荷循环损伤等效地转化到5个不同级别的载荷循环上，大幅压缩试验时间，得到加速试验载荷谱。编制的5级车钩试验载荷谱可以兼顾损伤等效的准确性和试验效率。基于试验载荷谱开展车钩加速疲劳试验，依据疲劳试验结果，结合车钩实际服役状况，提出了适用于基于台架疲劳试验的车钩疲劳寿命量化评价指标。
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基于DVC和FEMU的球形压痕下颗粒增强环氧树脂的黏弹塑性参数识别
Abstract:
聚合物复合材料的弹性、塑性和黏性性能是其力学表征和工程应用的重要指标。近年来，快速发展的压痕技术由于其高分辨率、通用性和适用性，在评价材料的力学行为和力学性能方面得到了突出的应用。许多数值方法，特别是有限元模型更新（Finite Element Method Update, FEMU）方法，已经与压痕技术相结合，以揭示材料的弹塑性特性，并为材料设计、性能优化和工程应用提供重要的见解。然而，常用的荷载-位移曲线不能捕捉变形响应的空间分布，因此限制了其在探究材料特性和确定本构模型参数方面的能力。在本研究中，对颗粒增强环氧树脂进行了原位球形压痕实验，并在多级加载过程中进行X射线断层扫描（Computed Tomography, CT）成像。采用自适应数字体相关（Self-Adaptive Digital Volume Correlation, SA-DVC）方法测量了接触区附近的位移场和应变场。通过在FEMU方法的目标函数中加入实验与模拟的时空变形场的差异，显著提高弹性、塑性和黏性参数的识别精度。与依赖力-位移曲线差异的传统方法相比，典型弹性及黏性参数的识别误差降低了11%。本工作提供了一个能够同时识别弹、黏、塑性本构参数并重建球形压痕状态下黏塑性应力场的方法，能够助力更好地理解颗粒增强环氧树脂的材料特性。
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水平贴地高压氢气射流爆炸行为与超压变化规律研究
Abstract:
为了减小水平贴地氢气射流爆炸的危险性,通过改变喷嘴与地面间距离,开展水平贴地高压氢气射流爆炸行为与超压变化规律研究。采用高速相机拍摄火焰形态,采用压力传感器测量超压。结果表明：地面康达效应,明显影响高压氢气射流爆炸。高度较低,爆炸火焰紧贴地面。当高度较大时,爆炸火焰前锋基本上不受地面影响。爆炸火焰与射流火焰前锋的最大位移均随喷嘴与地面间高度的增加而减小,然后恒定在一个范围之内。随着高度增加,超压曲线由单峰变为双峰,但单峰峰值较大,双峰峰值较小。峰值超压随着高度的增加呈下降趋势,但当高度大于或等于28 cm时,峰值超压几乎为常数。
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孔隙水压作用下弱蚀变花岗岩短时蠕变特性及损伤模型研究
Abstract:
为探究孔隙水压对弱蚀变花岗岩短时蠕变特性的影响规律，通过开展三轴分级加载短时蠕变试验，系统研究孔隙水压与高围压作用下的短时蠕变力学行为及蠕变本构模型。试验结果表明：(1)孔隙水压作用下，岩石力学性能劣化趋势明显，岩样峰值强度与弹性模量随孔隙水压从0 MPa升至4 MPa分别衰减23.59%和19.43%；(2)蠕变过程呈现衰减与稳态蠕变两阶段特征，高孔隙水压下衰减蠕变阶段延长，同时稳态蠕变速率提高，蠕变劲度随时间及孔隙水压升高呈非线性衰减；(3)随着孔隙水压增加，岩样破坏形态由剪切裂缝向多裂隙V型裂缝转变，次生裂隙扩展贯通；(4)基于Burgers模型，引入孔隙水压劣化系数及时效损伤方程，构建了三维非线性蠕变本构方程，模型参数辨识结果与试验数据吻合度较好。此研究成果可为库岸边坡的稳定性控制提供参考。
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基于多频激励与弹性网正则化的碳纤维拉索电磁层析成像损伤检测——“实验力学反问题专辑”
Abstract:
碳纤维复合材料拉索由于其优异的性能而得到应用，使表面损伤检测成为一项必不可少的任务。本文基于电磁层析成像技术开展碳纤维拉索损伤检测研究，重点探讨了缺陷取向对反问题重建信号响应的影响，并提出了一种多频激励与弹性网正则化结合的EMT图像重建算法。结果表明，对于表面损伤，缺陷取向对感应电压信号响应的影响由各向异性导电性主导，近表面损伤则呈现更复杂的方向依赖性。所提出的算法成功实现了脱粘、断股两类典型缺陷的损伤图像重建，其平均MSE较传统LBP算法降低了84.8%，平均SSIM提高了28.3%，凸显了该算法在碳纤维拉索电磁层析成像缺陷检测中的工程应用潜力。
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实验力学在智慧体育应用中的机遇与挑战
Abstract:
在全民健身上升为国家战略、“智慧体育”为体育强国注入新活力的背景下,现代体育发展已从“经验驱动”转向“数据驱动”。智慧体育的实现依托现代物联网架构,其中传感器作为数据采集核心,需应对运动场景下的准确性、柔性化、续航能力及环境适应性等挑战。为满足智慧体育对运动中力学信号监测的需求,本文围绕实验力学传感技术在智慧体育中的应用展开系统性综述,旨在为运动技术优化、损伤预防及训练效果评估提供量化依据,助力运动训练精准化与智慧体育高质量发展。具体主要分为生理力学与运动力学两个方面：在生理力学信号监测方面,重点分析血管动力学与肌肉力学的传感技术创新及信号处理优化；在运动力学信号监测方面,系统探讨运动交互作用力与生物姿态的检测方案,并对比不同运动项目的力学特征差异。
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锂离子电池内部应力检测技术研究进展
刘宇, 刘冰, 杜浩然, 杨文娟, 梁鑫, 邓华夏, 龚兴龙
Abstract:
随着高能量密度电池技术的快速发展，内部应力原位高精度检测技术的突破将直接决定电池寿命与安全性的提升空间。本文系统阐述了电池内部应力检测技术的研究进展及其在电池性能优化与安全性提升中的关键作用。首先分析了电池内部应力的主要来源，包括电化学体积变化、热应力及机械载荷，并探讨了其对电极材料损伤、锂枝晶生长及循环寿命衰退的影响机制。其次，重点阐述了当前主流检测方法：直接测量法、间接推导法以及表观参数关联法，对比了各类技术的分辨率、侵入性与成本和检测精度并进一步结合案例，分析了上述技术在锂离子电池、固态电池及产线质量控制中的实际应用。最后，对不同检测方法的特点进行了对比分析，为快速精准测量电池内部应力提供理论支撑与技术参考。
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基于多相机的大尺寸工件装配孔间距测量技术研究
徐玉杰, 兰天宝, 孟凡苹, 冯捷敏, 王硕, 苏志龙, 张东升
Abstract:
针对大型工件装配孔间距测量的需求，本文提出一种基于多组双目相机协同测量的视觉测量方案。在测量平台上方布置四组双目相机，为实现各组相机坐标系统一，在共视区域通过编码点建立精确对应关系以消除误匹配，并结合最小二乘法求解变换矩阵，克服了传统ICP点云配准算法对初始位姿敏感的缺陷。提出“图像增强-亚像素检测-鲁棒拟合”策略，引入基于图像灰度分布的自适应阈值选择策略，优化了边缘点的筛选过程，提高装配孔定位精度。测量结果表明，在3 m×3 m工作范围下，孔间距测量精度优于0.1 mm。
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计及极化和相变现象影响的铁电陶瓷材料温度相关性断裂强度理论定量表征方法（实验力学反问题专辑）
Abstract:
铁电陶瓷材料在高温服役环境中的极化行为及相变现象对断裂强度的影响尚缺乏理论评价模型。现有研究多聚焦于温度或电场对材料断裂强度的影响，而基于深刻物理机理的考虑耦合效应的温度相关性理论定量表征模型仍待完善。本工作基于Li能量等效原理，通过整合热能、应变能与极化能对材料断裂临界能量阈值的贡献，并建立各能量项间的等效关系，创新性构建了可计及极化与相变现象影响的铁电陶瓷材料温度相关性断裂强度理论定量表征模型。该模型建立了断裂强度与温度、杨氏模量、介电常数、电场强度、熔点等基础材料参数的显式定量关系，且不含任何拟合参数。通过对GaN压电半导体陶瓷、PZT-4及PZT-5H铁电陶瓷材料高温断裂强度的验证表明，模型预测结果与实验数据吻合较好。本研究为定量分析温度及电场对材料断裂行为的影响提供了理论工具及潜在的无损测试手段。
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基于SH导波的对接焊缝无基准快速检测方法研究
Abstract:
对接焊缝广泛应用于各类工程结构中，对其完整性进行有效检测是确保结构安全服役的重要前提。然而，目前广泛采用的超声体波检测法存在检测效率低、对检测人员技术水平依赖性强等问题，亟需发展一种更为高效的新型检测方法。沿焊缝传播的类SH0波（零阶水平剪切波）被认为是实现对接焊缝高效检测的理想导波模态。然而，在应用于厚壁焊缝结构时，仍然面临着信噪比低、缺陷识别困难等挑战。为此，本文提出了一种无需参考基准信号即可实现对接焊缝高效检测的新方法。文中首先介绍了该检测方法的基本原理，随后通过有限元仿真展示了其具体实施流程，最后通过实验验证了该方法的有效性。结果表明，所提方法具有无需基准信号、检测效率高等优点，适用于大型结构中对接焊缝的快速检测。
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海底龙头鱼的生物力学模型构建与试验分析
Abstract:
海底赋存大量生物群落，对这些海底生物进行科学研究，是人类认识和研究海洋生命演化和海底环境的重要手段。目前在捕获海底鱼类过程中很容易对其造成损伤，特别是身体柔软的鱼类，导致高死亡率。为了模拟损伤，需要鱼类不同部位的精确的机械特性和有限元模型，以便可以更好地设计采样装备，并保护鱼类免受严重损害。此外，从仿生学角度来看，为了更好地设计仿生装备，需要准确的生物力学特性。本文以龙头鱼作为实验样本，采用万能试验机对龙头鱼鱼头、鱼身和鱼尾进行压缩试验，得到龙头鱼不同部位应力-应变曲线以及各实验组的极限应力和极限应变，根据生物组织材料超弹性的和不可压缩的的特性运用超弹性模型对龙头鱼不同部位材料进行拟合，得到龙头鱼不同部位材料的本构模型。最后利用有限元分析软件对深海软体鱼类碰撞过程进行仿真分析，分析结果表明：头骨的应力最大，应力集中在头骨与钛合金板接触位置处，软组织中应变从大到小依次为肝脏、胃、鱼鳃和卵。这项研究的结果对于开发鱼类的有限元模型是必不可少的，该模型可进一步用于冲击生物力学、生物医学和仿生学的应用。
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模拟酸雨环境下腐蚀预应力钢绞线的疲劳性能研究
许开成, 陶帆斌, 方苇, 吴海洋, 张立卿, 黄宏, 陈梦成
Abstract:
为探究酸雨环境下预应力混凝土梁中钢绞线腐蚀后的力学性能退化规律,本文通过试验与仿真相结合的方法系统研究了锈蚀钢绞线的静力性能及疲劳性能。试验共浇筑了22根后张法预应力混凝土梁,通过电化学加速腐蚀法(pH=3.0的硫酸型模拟酸雨溶液)制备钢绞线腐蚀率为0%、1%、3%、5%的试件,破碎混凝土取出锈蚀钢绞线试样,其中12根进行静力拉伸试验,10根开展轴向拉伸疲劳试验。试验结果表明：应力与腐蚀的共同作用导致材料延性显著降低,当腐蚀率达5%时,屈服强度最大降幅为23.14%,极限强度最大降幅达30.41%,弹性模量下降26.67%。腐蚀钢绞线疲劳寿命显著降低,应力幅值相同情况下钢绞线疲劳寿命衰减速度随着腐蚀率的增加而减缓,同级腐蚀率水平下钢绞线的疲劳寿命与应力幅在双对数坐标系下呈线性关系。此外,结合ABAQUS和FE-SAFE疲劳仿真软件对试验结果进行模拟验证,并提出了考虑腐蚀率与应力幅共同作用的钢绞线疲劳寿命预测模型,预测误差保持在10%以内,数据吻合较好。研究成果可为酸雨环境下预应力混凝土结构的耐久性设计与剩余寿命评估提供理论依据。
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基于全场光测方法的微液滴折射率反演方法
Abstract:
对于微量透明液滴折射率的测量与分析是探究液体组分、研究液体理化性质中的重要环节。然而，现有光学测量技术通常需要较大体积液样，难以满足微量液滴的高精度折射率测量需求。为此，本研究提出了一种基于数字图像相关方法(Digital Image Correlation, DIC)与折射模型的非接触式液滴折射率反演方法，实现了微升级液滴折射率与浓度的高精度解析。该方法设计了双模块光学成像系统，用于透明液滴折射率的精密测量。通过构建物理模型，推导液滴折射率与成像位移量及几何轮廓之间的数学映射关系。采用分割辅助数字图像相关法实现全场位移矢量的亚像素级测量，为折射率反演模型建立提供关键数据。通过侧视相机记录液滴轮廓，并运用Canny边缘检测算法提取特征坐标，基于同步标定方法实现双成像系统空间坐标统一。最后，通过实验数据逆向求解方程并结合粒子群优化算法实现折射率参数的反演，从而实现微量液滴的折射率测量。实验数据表明，本方法在微量液滴折射率测量中具有较高的精度。
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氢气爆炸超压作用下钢箱梁结构动力响应特性研究
Abstract:
为了研究氢气爆炸作用下钢箱梁顶板超压、火焰行为和钢箱梁结构动力响应的变化规律，考虑氢气浓度和点火高度，开展了一系列氢气爆炸试验。试验采用高速相机拍摄火焰行为，采用压力传感器测量爆炸容器内部和中心顶板压力，采用加速度和激光位移计测量钢箱梁结构动力响应。结果表明，氢气泄爆火焰作用于顶板上的形态演变过程分为三个阶段：定容燃烧阶段、射流火焰铺展阶段和火焰熄灭阶段。顶板上方铺展火焰长度随着氢气浓度的增加而增加。CH2为16%~20%时，内部压力曲线出现三个特征峰值Popen、Phel和Pvib，中心顶板压力曲线出现两个压力峰值P1和P2。CH2为24%~36%时，内部压力曲线中的特征峰值Phel转变为Pext，中心顶板压力曲线出现新的特征峰值P2，压力峰值随氢气浓度增加而增加。内部和中心顶板最大超压在200 mm点火高度下最大。钢箱梁顶板在氢气泄爆过程中动力响应分为两个阶段：准静态响应阶段和动态响应阶段，腹板在动力耦合效应进行受迫振动。200 mm点火高度下中心顶板加速度峰值最大，300 mm点火高度下腹板加速度峰值最大。氢气浓度的增加使得中心顶板达到峰值位移的时刻提前，而位移幅值增大。
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面向动态变形测量的图像光流插帧神经网络
Abstract:
针对传统工业相机由于硬件成本限制无法实现大分辨率下的高帧率动态采集和变形测量的现状，对基于光流运动预测的轻量级视频插帧神经网络架构进行了研究与设计；使用混合注意力机制实现了对运动细节的提取，降低了灰度图像的计算复杂度，实现了低成本工业相机的图像插帧。结果证明图像帧插值后像素点连续帧运动百分比误差不超过5%，在高分辨率下的动态变形插值误差为亚毫米级。本文所提出了轻量级灰度图像插帧网络为工业视觉的动态变形采集提供了一种低成本的技术方案。
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离心加速度对水泥基材料力学性能的影响研究
Abstract:
现有研究已从混凝土材料配比、养护时间等方面揭示了其性能变化规律，但针对离心加速预制的水泥基材料的力学性能仍缺乏系统性探索。本文基于远心数字图像相关（DIC）技术，研究离心加速度a对预制水泥基材料压缩力学性能与裂缝演化规律的影响，重点分析弹性模量、泊松比及抗压强度等关键参数。结果表明：离心力驱动的颗粒迁移可显著提升材料密实性，且在a=60g时达到最优状态，密实化达到峰值，弹性模量增加了337%，泊松比增加了21.7%，整体抗压强度提升26.8%，上述参数沿试件高度方向增幅显著。同时，裂缝多呈现平行于加载方向的劈拉特征；随着离心加速度增大，水泥基材料逐渐呈现剪切与劈拉混合破坏模式，但仍以劈拉破坏为主导。
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光弹性第一主应力方向的自动确定方法研究
Abstract:
数字光弹性技术简化了光弹性条纹分析,然而第一主应力方向的自动判定仍然是光弹性条纹数据分析的难题。本文基于力学原理和光弹性相位分析方法,提出了光弹性第一主应力方向的自动识别方法。根据平面偏振光场获取等倾线相位图,由于主应力方向的奇异性,在将第一主应力方向从[0, π/2]扩展至(-π/2, π/2]过程中,存在两种可能的等倾线相位扩展图。结合力学原理和受力模型的等差线解包裹相位图灰度特征,分析等差线解包裹相位图的平均灰度,即可自动确定第一主应力方向。通过对多种不同受力模型进行测量实验,验证了新方法的普适性。本文提出的光弹性第一主应力方向判断方法,为光弹性条纹自动分析补齐了最后一个短板,为构建全自动光弹应力分析奠定了技术基础。
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3D打印PLA构件及表面碳纤维增强改性力学性能实验研究
Abstract:
本文研究了3D打印聚乳酸(PLA)喷丝“纤维”不同方位和表面纤维增强对3D打印试样的力学性能的影响。首先利用材料试验机测得以不同“纤维”方位打印的试样的名义模量，依此利用各向同性和正交各向异性理论建立了3D打印PLA蜂窝板的有限元模型并模拟分析了悬臂蜂窝结构板的振动特性；同时，利用时间平均-实时相减电子散斑图干涉法测得了悬臂3D打印PLA蜂窝板的振动模态和模态频率。结果表明：3D打印PLA蜂窝板具有正交各向异性特性。振动特性测试表明：表面单向碳纤维增强对3D打印PLA蜂窝板弯曲刚度的提升量要大于扭转刚度。
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头型对水平高速入水弹体弹道及空泡特性影响研究
Abstract:
本文设计了一种基于火炮的水平发射射弹入水装置，研究了高速水平入水条件下弹体头型对弹道及空泡特性的影响规律。开展了5种不同头型弹体的高速水平入水试验，采用高速相机记录了弹体入水全过程，分析得到了空泡形貌、弹体轨迹以及弹头偏转数据。结果表明：对于实验所采用的5种头型的弹体，在约330m/s速度入水条件下，弹体的柱段均不影响空泡的形成；5 °切角头型弹体在入水过程中弹头偏转强烈，甚至产生了尾拍；弹头锥角和入水速度相同情况下，弹体头部端面圆的直径与空泡形貌尺寸成正比关系。研究结果对于武器装备的头型优化设计具有重要借鉴意义。
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FPP与DIC融合系统中的高精度三维位移及变形测量方法
Abstract:
栅线投影轮廓术(FPP)与数字图像相关(DIC)相融合的系统可以结合两种方法分别在时空域的高精度测量特性。但是，散斑图像噪声会严重影响系统测量精度。为此，本文提出了一种逐像素点的散斑图像噪声迭代抑制方法，通过理论推导详细分析了噪声抑制的机理。利用数值仿真模拟，分别研究了图像序列数量及噪声水平对本方法的影响。进行了楔形块纯平移实验与亚克力梁的四点弯实验，并与常规三维数字图像相关(3D-DIC)方法相比，证实了该方法可以有效降低散斑图像噪声引起的误差，实验结果表明本文所提出的方法可有效提高位移和应变测量精度。
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基于数据驱动的主动式红外缺陷检测方法研究
朱建国, 安国立, 李超逸, 卓立军, 金恩泽, 龚晓冬, 刘宏瑞
Abstract:
主动式红外热成像技术可实现大面积、快速和非接触检测，然而横向热扩散导致的边缘模糊问题给缺陷的定量检测带来困难。本研究通过长脉冲红外热成像无损检测技术，对带有平底盲孔圆形缺陷的氧化铝陶瓷材料进行了定量检测研究，提出了“三高宽”时序特征方法，并构建了基于数据驱动的长短时记忆网络深度学习模型。该算法首先在仿真数据集上完成训练与测试，随后通过实验数据集进行有效性验证。结果表明，本算法在在缺陷直径范围是1~10 mm的仿真数据中，平均绝对误差低于0.05 mm，具有2%以内的相对误差，实验数据中平均相对误差5%，具有较高的精准度和泛化性，为红外热成像技术的工程应用提供了重要技术支撑。
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深层缝洞型碳酸盐岩储层岩石物理力学特性试验研究
赵海涛, 张银涛, 徐彦龙, 熊昶, 李静, 许艳超, 徐国金
Abstract:
深层缝洞型碳酸盐岩油藏资源量丰富,勘探开发潜力巨大,岩石物理力学特性是储层精确评价的基础。为此,以塔里木盆地富满地区满深A井区一间房组储层为研究对象,通过扫描电镜、铸体薄片实验、物性测试和三轴压缩实验等开展储层岩石物理力学特性研究,研究结果表明,研究区储层整体发育生屑、砂屑滩相等灰岩类有利储集相带,储集性好；储集空间主要以孔洞和裂缝为主,溶蚀孔洞,粒间溶孔、微孔、微裂缝较发育,且孔喉相对比较粗大,连通性较好；储层有效孔隙度为1.8%~5.2%,渗透率为0.1×10-3~1×10-3μm2,中高渗储层占比约65.7%,整体连通性好,非均质性极强；岩石弹性模量为38.98~61.29 GPa,泊松比为0.213~0.353,随着围压的增大,岩样峰值强度增大,但增幅逐渐减小,弹性模量则呈现先增大后减小的趋势。研究成果可为深层碳酸盐岩油气高效勘探开发提供岩石物理力学数据基础。
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微波烧结过程中AlN密度均匀性的原位实验研究
Abstract:
氮化铝凭借高导热性和优异热稳定性，成为电子封装领域理想散热材料，但其强共价键特性导致低温烧结致密化困难。采用同步辐射计算机断层成像技术对纯氮化铝在微波作用下的微观结构演化进行研究。实验发现微波烧结后氮化铝样品致密度分布不均匀：竖直方向致密度由下至上梯度递减，水平方向均匀分布。提出"库仑力"驱动机制，解释了微波电场对致密度分布的调控作用——竖直方向的氮化铝颗粒间形成异种电荷吸引的正反馈循环，加速局部致密化；水平方向的颗粒则受多种电荷作用的排斥力，实现间距均匀化。该机制为微波烧结制备密度均匀分布的氮化铝陶瓷提供方案，对高导热电子封装材料工艺优化有参考意义。
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基于正交设计的软岩相似材料配比试验研究
林荔榕, 任小朋, 魏涛, 张迎宾, 俞强山, 陈强, 刘永航
Abstract:
为了能够选择合理的软岩相似材料配比以确保模型试验结果的可靠,考虑软岩强度低、亲水性强,在地震降雨等外部荷载作用下易导致滑坡形成的特性,在传统相似材料的基础上加入膨润土模拟软岩亲水特性,基于三因素四水平的正交设计开展了相似材料配比试验,对16组不同配合比的试样进行了密度、抗压强度、弹性模量、黏聚力和内摩擦角5项物理力学性能指标测试,通过极差和方差分析法对上述物理力学参数进行了敏感性分析。研究结果显示：不同配合比的相似材料物理力学参数分布范围广,能够基本满足滑坡模型试验对软岩相似材料的需求；相似材料密度对膨润土掺量和甘油含量的敏感程度高,抗压强度和弹性模量都受到甘油含量的显著影响,黏聚力随甘油含量和膨润土掺量的改变发生明显的变化,内摩擦角随甘油含量增加而减小,随骨胶比增大呈现先增大后减小趋势。研究结果可为滑坡模型试验中的软岩相似材料配比提供参考。
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植筋锚固对新老混凝土粘结斜剪性能的影响研究
司政, 杨晨, 黄灵芝, 杜晓奇, 张南科, 杨砾, 付登辉
Abstract:
在大坝加高工程中，新老混凝土的粘结质量直接关系到整个大坝结构的稳定和安全。混凝土斜剪试验能够模拟植筋锚固对新老混凝土粘结面在实际工作状态下受到的斜向剪切力。本文通过对植筋新老混凝土粘结试件进行斜剪试验，分析了植筋深度、植筋率和植筋方式对新老混凝土粘结试件斜剪性能的影响规律。结果表明：无植筋试件破坏属于脆性破坏，植筋试件破坏属于延性破坏；试件斜剪强度随植筋率和植筋深度的增加而增大；四种植筋方式下试件斜剪强度大小关系为：倒三角排列方式植筋＞上下排列方式植筋＞正三角排列方式植筋＞水平排列方式植筋。水平排列植筋方式和倒三角形排列植筋方式的斜剪强度比无植筋试件分别提高了73.38%和210.24%。将摩擦抗剪理论与斜截面承载力计算公式结合，得到植筋锚固新老混凝土粘结斜剪承载力计算模型，为评估不同植筋状态下新老混凝土粘结斜剪强度提供理论参考。
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含裂隙岩石动态力学性质及破坏模式尺寸效应研究
Abstract:
为探究含裂隙岩石动态力学性质及破坏模式尺寸效应,以不同尺寸含预制裂隙类岩石试样为研究对象,通过相同冲击强度的SHPB试验,得到试样尺寸效应、应变率效应的关联性及关联程度,在多组验证性SHPB试验的基础上,获得相同应变率条件下的不同尺寸试样力学性质及破坏模式特征。研究结果表明,尺寸效应和应变率效应对试样的动态强度产生耦合影响。相同应变率条件下,试样动态强度随尺寸的增大呈增加趋势,与相同冲击强度试验结果相比,控制应变率相同会明显减弱预制裂隙倾角对动态强度的影响。相同应变率下,试样首条新生裂纹一般在预制裂隙端部萌生,本文应变率条件下,随试样尺寸增大试样裂纹种类由拉伸、剪切及混合型裂纹向以拉伸裂纹为主转变。试样破碎块度与裂纹扩展类别有关,试样平均破碎块度是随试样尺寸变化的敏感变量,随试样尺寸的增加,试样碎块分形维数逐渐增加,不同预制裂纹倾角对分形维数的影响不同,这与试样裂纹类型及数量关系密切。
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深层致密储层压裂裂缝导流能力实验研究
李静, 于纪军, 葛祥, 孙鑫, 季运景, 李明智, 裴晨阳
Abstract:
储层压裂裂缝导流能力是影响油气田增产的重要因素。对于深层致密储层而言，受储层特征、高闭合压力及支撑剂类型等因素影响，导流能力下降较快，严重影响采收率。选择合适的支撑剂对于深层致密储层的压裂设计至关重要。本文选取多种不同类型陶粒支撑剂，开展裂缝导流能力评价实验。结果表明，在高闭合压力下，粒径越大，破碎率越高，导流能力下降幅度也越大，高强度支撑剂在压裂中表现出更好的性能；大粒径支撑剂在组合中所占的比重越大其导流能力就越高，40/70、70/140目陶粒组合比例为2:1时，裂缝导流能力最优；增加铺砂浓度可提高压裂缝导流能力并降低支撑剂嵌入的影响；影响深层致密储层压裂裂缝导流能力的因素按重要性依次排序为支撑剂粒径、强度、粒径组合、铺砂浓度及支撑剂嵌入。在高闭合压力下，基于实验测定，优选40/70目、70/140目陶粒混合比例为2:1，铺砂浓度为9.0 kg/m2，强度为103 MPa的支撑剂进行现场压裂。研究成果可为提高深层致密储层压裂效率提供技术支撑。
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剪切增稠材料增强涂覆的高灵敏抗冲击光纤
钟翔, 刘珂, 郭文博, 马孟超, 邓华夏, 刘冰, 龚兴龙
Abstract:
本文针对通感一体光网络中对光缆性能相互矛盾需求，提出了一种基于剪切增稠材料涂覆的创新解决方案。通感一体光网络要求光缆同时具备优异的抗冲击能力以确保通信稳定性，以及高灵敏度以实现微小动态应变的精确测量。为解决这一矛盾，本文采用在光纤表面交替涂覆剪切增稠液（STF）和剪切变硬胶（SSG）的方法，经过6次涂覆后，光纤直径从240.599μm增加至279.032μm。实验结果表明，涂覆剪切增稠材料的光纤平均灵敏度是未涂覆光纤的175.1%，同时抗冲击性能提高了40.6%。该方法有效平衡了光纤设计中抗冲击性能与测量灵敏度之间的冲突，为通感一体光网络的进一步发展提供了可行的技术路径，具有重要的应用潜力。
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表面裂纹深度定量检测的红外成像方法研究
李超逸, 刘佳居, 朱建国, 卓立军, 金恩泽, 龚晓冬, 刘宏瑞
Abstract:
红外热成像无损检测技术以其非接触、快速、低成本和高精度等优势，在复合材料结构检测领域得到广泛应用。本研究针对复合材料表面裂纹检测难题，提出了一种线性激光热成像无损检测方法，并建立了基于表面最大温度梯度差的裂纹深度表征模型。通过热传导理论分析，深入揭示了表面裂纹对线性热源温度场的扰动机制；结合有限元数值模拟，构建了裂纹深度与最大温度梯度差之间的定量关系模型；最后通过实验验证了该方法在纤维复合材料表面裂纹深度识别中的有效性。实验结果表明，该方法具有较高的测量精度，裂纹深度识别的相对误差小于5%。本研究提出的基于表面最大温度梯度差的裂纹深度表征方法，为工程结构表面裂纹的定量检测提供了一种可靠的新方法，具有重要的工程应用价值。
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面向3D打印的聚合物非均质材料参数反演（实验力学反问题专辑）
Abstract:
目前，3D打印的聚合物被广泛应用于航空航天、生物医学等领域，在现代工业中有着至关重要的作用。受工艺参数波动和环境干扰等因素影响，3D打印过程中易产生孔隙、层间结合不良等缺陷，进而引发构件内部材料沉积均匀性下降问题。针对这一问题，本文提出一种基于优化的非均质材料参数反演的方法，并且基于3D打印物体的结构特征对反演算法进行改进，从而实现对3D打印缺陷的识别。本文利用该方法对3D打印物体的模拟算例进行反演，在测量位移场加入3%随机噪声下的反演结果误差仍能保持在2.1%以下，验证了方法的可行性及鲁棒性；利用实验测量的位移场对3D打印的真实物体进行反演，重建了被测物体的等效剪切模量和相对剪切模量分布，等效剪切模量重建结果相对参考值误差26.79%，表明该方法对复杂结构力学性能评估具有工程适用性。
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透镜成像模型约束的大视场图像测量相机成像参数标定方法研究*
Abstract:
图像测量技术因其全场、非接触的特点而被广泛应用于航空、航天、航海和轨道交通等领域。图像测量过程中需要通过相机标定来确定二维图像与三维场景之间的转换关系,可以说,标定精度直接决定了图像测量精度。为了保证标定精度,标定中通常要求标定物视场占比不低于1/2。然而,在一些大视场测量场景中,标定物尺寸受限而无法满足视场占比要求,导致相机标定精度不足。为此,需要研究大视场相机成像参数标定方法,以保证图像测量技术在大视场测量场景中的有效应用。本文实验研究了不同物距对成像参数标定结果的影响,并通过透镜成像模型分析了影响的机制,据此提出了一种透镜成像模型约束的大视场相机成像参数标定方法。实验结果和分析表明：物距变化对等效焦距标定结果存在显著影响；透镜成像模型约束下,本文所提标定方法在近距离小视场下获得成像参数初值后,在远距离大视场下仅需拍摄单幅标定物图像即可获得高精度的成像参数标定结果,且标定物视场占比要求可降至1/8。
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岩石力学参数对致密砂岩水力压裂缝扩展影响研究
丁然, 林柏华, 任涛, 袁一平, 李静, 赵兴禹, 王志成, 宋懋良
Abstract:
准噶尔盆地永进地区齐古组储层埋藏深、储层致密、渗透率低，需要通过压裂改造才能形成工业油流，而厘清岩石的物理力学性质、压裂裂缝扩展影响因素，有助于提高致密油气开发效率。为此，开展了岩石力学实验，研究了基于损伤模型的致密砂岩水力压裂缝扩展力学机理。研究结果表明，稳定扩展压力随着弹性模量的上升而略微上升，水力压裂缝延伸长度随着弹性模量的增大而增大，但水力压裂缝宽度随着弹性模量增大而减小；稳定扩展压力与破裂压力随着泊松比的增大而减小，水力裂缝的宽度也随着泊松比的增大而减小，但泊松比的影响远低于弹性模量的影响；注液点峰值压力和稳定扩展压力均随着抗拉强度的增大而增大；水力压裂缝的宽度也随着岩石抗拉强度的增大而增大。
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VTOL飞行器动力学/控制一体化地面实验研究
Abstract:
由于对飞行器开展飞行实验的风险及代价较大，因此依据相对性原理模拟实际飞行的地面风洞实验是一种重要的研究方法。本文自主设计了可将动力学与控制一体化的地面风洞实验平台，能实时监测飞行器的气动特性，并对位置、姿态、速度的变化进行等效反馈，模拟实际飞行。以F450型号飞行器为实验对象进行性能研究，确定了其悬停状态下不同电机功率的载荷与续航时间，找到了不同飞行速度下载重、动力与续航的匹配关系并确定最佳飞行效率范围，通过特定载重飞行器变风速实验确定了飞行器的最大飞行速度等效最大抗横风极限，研究了飞行器应对风切变的操纵特性。研究结果表明，该平台能有效观测并分析飞行器的飞行效率、飞行极限、飞行控制及抗横风性能，为飞行性能研究提供了一种高效、低成本且低风险的测试方案，有效减少了实际飞行实验的成本和风险。
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基于小孔成像的偏振三维成像模型研究
Abstract:
偏振三维成像法可以仅通过一台相机实现全场法向量的测量，因而在许多领域得到了广泛的应用。现有的偏振三维成像模型通常假设从目标表面反射到相机的所有光都平行于相机的光轴，这与实际情况不符从而导致系统误差。为了解决该问题，本文提出一种能够准确描述成像光路的偏振三维成像小孔成像模型，该模型首先考虑了光的入射方向，并分析了法向量、反射光分量和反射率之间的关系；再利用偏振度和偏振角计算反射率和反射光分量与成像平面之间的角度；最后通过逆方法求解法向量和反射光分量和反射率之间的方程，实现了法向量的精确测量。通过一系列实验验证了该方法的准确性。结果表明，与传统模型相比，该模型具有应用范围更广、测量精度更高等优势。
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水泥沥青砂浆循环加卸载特性及其蠕变疲劳耦合损伤演化研究
Abstract:
水泥沥青砂浆(Cement Asphalt Mortar，CA砂浆) 在高速铁路无砟轨道中起着支承、传载、减振隔振等重要作用，但在无砟轨道自重和列车荷载作用下往往过早发生损伤或破坏，严重影响高速铁路的运行安全和效率。因此，分析CA砂浆在循环加卸载作用下的力学特性，进而研究其在蠕变疲劳载荷耦合作用下的损伤演化和寿命预测具有实际意义。本文实验研究了CA砂浆在循环加卸载作用下的能量耗散特性，并提出了基于耗散能量累积的损伤演化方程，据此对CA砂浆在无砟轨道自重蠕变荷载和列车脉冲疲劳荷载作用下的耦合损伤及寿命预测进行了研究。实验结果和分析表明：CA砂浆在循环加卸载下的滞回特性和塑性应变累积特性具有典型的曼辛效应和棘轮效应；采用循环加卸载中CA砂浆的能量耗散定义损伤，能较好地描述CA砂浆损伤演化行为；在蠕变与脉冲疲劳耦合损伤的长期作用下，CA砂浆的寿命大幅降低，仅为无砟轨道自重蠕变荷载作用下的十分之一。
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激光散斑干涉法面内及离面变形同步测量与全场应变分析技术研究
Abstract:
为满足激光电子散斑干涉方法对不可重复变形中所有变形及应变的同步测量需求，本文提出了三波长激光干涉技术同步测量三维全场变形，并直接使用数值差分计算方法快速确定全场全应变值的技术。利用红、绿及蓝三色激光同步传感试样表面的离面和两个面内变形，并由一个3CCD相机记录彩色散斑干涉图；通过色彩分离和四步相移技术获取三维变形的定量信息，对包含变形信息的图像进行滤波处理后，直接采用数值差分确定出全场全应变分量值。文中通过对典型试样的变形测量与应变分析展示了该方法的处理过程及其有效性。
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不同粗糙度花岗岩-混凝土试件剪切声发射特性研究
Abstract:
为研究粗糙度对花岗岩-混凝土粘结试件的剪切力学性质影响，采用劈裂法制得结构面并使用三维形貌仪扫描获得其粗糙度系数JRC后，在结构面上浇筑混凝土制成粘结试件后进行剪切试验并同步记录声发射参数。试验结果表明，不同粗糙度的花岗岩-混凝土粘结试件剪切应力应变曲线大致趋势差别不大，但随着粗糙度的增大，试件的剪切软化特征越来越明显且峰值剪切强度随着粗糙度的增大而增大。此外，由于不同粗糙度试件结构面起伏形态不同，会使试件的剪切破坏模式发生变化。声发射能量及振铃计数都随着粗糙度的增大呈增大趋势，不同粗糙度试件的累积声发射振铃计数及能量的数值可以反映出试件的剪切破坏相对强度。对声发射b值的分析可以发现，粘结面的破坏伴随着内部裂纹的发育贯通，且粗糙度越大，其声发射b值越小。研究结果可为工程中花岗岩-混凝土界面剪切破坏行为分析提供参考。
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单轴压缩条件下含真三维双裂隙脆性试样次生破坏规律与声学特征分析
Abstract:
复杂产状的二维和三维断裂结构对岩石次生破坏的萌生、扩展与断裂具有重要影响。本文制备含非平行双裂隙的脆性类岩石石膏试样并进行单轴压缩试验，辅以声发射和数字图像技术监测试样次生破坏过程，得到以下主要结论：1）试样在单轴压缩工况下，二维裂纹扩展表现出典型的模式，即随着压应力增加，翼裂纹沿弯曲路径增长后逐渐平行主应力方向扩展，形成“机翼裂纹”的拉裂破坏，主导表面应变场和次生裂纹分布，同时三维裂隙的局部破坏出现较早且保持隐伏；2）AE监测分析表明，第一次AE爆发以高烈度拉裂破坏为主；最终爆发阶段，拉裂略多于剪切破坏，总体上拉裂破坏在试验中占主导；3）b值计算时选取的采样窗口和步长直接影响其评价结果，敏感性分析结果表明精细分组能更好保留极值，便于预测瞬时的剧烈破坏；4）以往裂隙二维简化研究的结论不适用于裂隙三维环境，对断裂结构的存在和密度的低估会高估岩石强度，从而在实际工程中存在安全隐患。
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基于神经网络的金属塑性参数球形压入学习及反演识别
Abstract:
传统的力学测试方法需将试样加工成特定形状尺寸，不能满足特定应用工况下的测试需求，压入法则可实现原位测试且试样加工方便；而压入测试的局部作用方式使得其在获取材料力学参数时存在理论分析及表征上的复杂性，基于压入测试响应与神经网络算法可提供一种有效获取材料力学参数的新途径；本研究采用Instron万能材料试验机开展了紫铜、低碳钢的拉伸与球形压入测试，对所得压入载荷-深度曲线进行特征提取以作为后续数据基础；利用abaqus二次开发自动模拟不同塑性参数组合下的压入过程并获取压入载荷-深度曲线用于神经网络训练，对比不同寻找最优参数策略、激活函数、初始化神经网络参数方法并得到了具有良好学习效果且可用于有效反演金属塑性参数的神经网络结构；通过学习后的神经网络及实验所得压入载荷-深度曲线特征得到紫铜、低碳钢的相关塑性力学参数，将其与拉伸测试表征所得相应塑性参数予以对比，验证了本研究结合球形压入载荷-深度曲线与神经网络算法反演金属塑性参数方法的有效性，给出了一种有效获取金属/合金力学性能参数的新方法。
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基于偏振相机的自动相移光弹测量系统
Abstract:
相移光弹法是一种数字化光弹测量技术，十步相移法由于具有较高的测量精度，在相移光弹法中得到了广泛应用。然而，该方法在测量过程中需采集十幅相移图像，且在采图过程中需要人工转动镜片和切换光源，操作繁琐，测量效率低。本文提出一种基于偏振相机的自动相移光弹测量系统，该系统利用偏振相机采集图像，白光和滤波片组合作为光源，通过电控系统控制镜片转动和光源切换，自动高效地实现了相移图像的采集。结果表明，本文测量系统在5秒内即可完成十幅相移图像的采集，相对于传统的测量系统有效提升了测量效率。此外，实验结果证实了本文系统测量的准确性。
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煤层气井围岩形变可视化真三轴物理模拟试验装置
Abstract:
自主研发了一套煤层气井围岩形变可视化真三轴物理模拟试验装置，其主要由试件夹持与应力加载机构、温度加载系统、孔隙压力加载系统、钻井模拟系统和数据采集系统组成。装置特点如下：1）可模拟煤层气储层真三轴应力、地层温度和孔隙气体压力等地质力学环境；2）可采用钻杆注水模拟钻井液柱压力，开展煤层钻进过程中井周煤岩力学行为动态监测试验；3）可采用针孔摄像头伸入井眼实时监测井眼变形破坏过程；4）集成试样制备和试验功能，简化应力加载系统，功能全面且轻便简洁；5）可实现储层井周应力、温度、孔隙压力、局部应力、井眼变形可视化等多信息并行监测。采用装置进行应力和温度变化条件下煤层气井眼变形模拟试验，结果显示：随着钻井液与试件温度差增大，井眼变形破坏加剧，尤其在试件温度高于钻井液温度时更明显；随着主应力差增大，井眼变形分三个阶段，中间阶段变形速率最显著。该装置的研制为煤层气储层井壁失稳机理分析提供了良好的试验平台。
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基于数字图像相关的柔性屏显示层应变测量分析
Abstract:
近些年来可折叠的柔性屏幕在消费电子领域大放异彩，这得益于有机发光二极管和柔性薄膜电子加工工艺的成熟。柔性屏幕是由基底层、显示层、保护层等多层结构堆叠而成，在设计上是希望变形能力较弱的显示层处于弯折中性层，以减少因弯折产生的应力对显示层的影响。现有的研究多集中在理论仿真或实验研究显示屏表面变形，难以准确反映显示层在弯折过程中的变形情况，因此实验研究柔性屏显示层在弯折条件下的变形场具有重要意义。本文基于三维数字图像相关法(3D-DIC)提出了一种柔性屏幕弯折变形测量方法，该方法采用屏内显示与屏外喷制散斑相结合的新方式，实现了对柔性屏幕显示层和表面保护层的同时测量。实验结果表明，在一定弯折角度下，屏幕的显示层受到压应变比表面保护层的更小。发生局部脱胶时，显示层会受到更大范围压应变影响，这会导致屏幕损坏。所提出方法为折叠屏无损检测、设计参数优化和生产工艺改进提供新的实验方法和思路。
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表面张力对液滴撞击旋转壁面影响的实验研究
Abstract:
液滴撞击旋转壁面现象在工程实践中非常常见，例如过冷水滴撞击航空器旋转部件产生的结冰现象会对飞行安全造成威胁，因此研究液滴撞击旋转壁面的动力学行为具有重要意义。本文借助高速摄像机捕捉不同表面张力液滴撞击旋转壁面的运动过程，重点研究了液滴撞击过程中出现的铺展飞溅现象及表面张力、惯性力、切向力对液滴周向无量纲润湿长度变化规律的影响。实验观察到,对表面张力为σ=0.024N/m的液滴，惯性力的增加会产生环周飞溅现象，而切向力的增加更容易形成尾部飞溅现象；对于表面张力为σ=0.048N/m及σ=0.072N/m的液滴，切向力的增强会促进液滴沿切线方向铺展，而惯性力会促进液滴回缩。惯性力和切向力的增加促进周向无量纲润湿长度的增加，但表面张力的增大会抑制润湿长度的增加。
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基于单应力小冲杆方法研究轧制TC4钛合金各向异性拉伸性能
Abstract:
钛合金广泛应用于航空航天、核工程、石化装备等。为了避免传统单轴拉伸试验测试钛合金各向异性力学性能需要大尺寸试样的缺点，本文基于微试样的测试方法，提出使用单应力小冲杆测试方法研究轧制TC4钛合金的各向异性拉伸性能。为了验证单应力小冲杆测试方法的精度，还进行了标准单轴拉伸试验以及标准小冲杆试验。标准单轴拉伸试验表明，该轧制TC4钛合金具有明显的各向异性。与拉伸试验对比发现，标准小冲杆试验由于双向应力的作用其结果不能明显表征钛合金各向异性力学性能。对比标准单轴拉伸试验，单应力小冲杆测试方法能够测试该轧制TC4钛合金的各向异性且具有较高的精度，其中I方向屈服强度两者平均偏差2.14%，Ⅱ方向两者平均偏差3.57%，Ⅲ方向两者平均偏差2.14%；I方向抗拉强度两者平均偏差3.60%，Ⅱ方向两者平均偏差3.53%，Ⅲ方向两者平均偏差5.34%。因此使用单应力小冲杆测试方法能够较准确地测试该轧制TC4钛合金不同方向的拉伸性能。
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高温后全取代率再生混凝土三轴受压性能演化规律分析
Abstract:
为研究高温后全取代率再生混凝土的三轴受压性能演化规律,设计制作了20个100%取代率再生混凝土试件,并对其进行不同高温后的三轴受压试验。结果表明：全取代率再生混凝土经不同高温后的单轴应力-应变曲线有明显下降段,随着侧向应力增加,曲线逐渐丰满,当侧向应力超过10MPa后,曲线已无明显下降段。全取代率再生混凝土的三轴受压强度及峰值应变随着侧向应力增加分别呈幂函数与线性函数的增长趋势,侧向应力的存在能有效抑制全取代率再生混凝土内部损伤发展,提升试件耗能性能,并能降低高温对试件三轴受压强度及峰值应变的影响。经600℃高温后,全取代率再生混凝土的三轴受压强度出现显著下降,试件发生明显软化。随着温度上升,全取代率再生混凝土的耗能性能呈现出先上升后下降的变化趋势。基于试验数据,构建了高温环境下全取代率再生混凝土三轴受压强度与峰值应变的通用计算公式,与试验结果吻合良好。
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方钢管型钢再生混凝土组合柱地震损伤性能及计算模型研究
Abstract:
为了探究地震作用下方钢管型钢混凝土组合柱的破坏形态和损伤性能,本文设计制作了9根组合柱试件,通过低周反复荷载试验分析了组合柱的地震损伤特征及滞回性能指标,并对组合柱的滞回性能和地震损伤性能进行了试验参数分析,主要包括方钢管宽厚比、配钢率、轴压比以及再生骨料取代率等参数。考虑到最大位移变形和滞回累积耗能对组合柱地震损伤性能的影响程度,本文对原有Park-Ang地震损伤模型进行了修正调整,通过反演法确定了方钢管宽厚比和再生骨料取代率等主要参数影响下的组合系数,提出了符合方钢管型钢再生混凝土组合柱地震损伤特征及规律的计算模型,深入分析了不同设计参数下组合柱地震损伤指数的发展规律。基于上述研究,将组合柱的性态水平分为正常使用、暂时使用、修复后使用、生命安全和防止倒塌五个等级。结合组合柱的性态水平和地震损伤指标,确立了组合柱的地震损伤破坏状态、性能水平、可修复程度、界限位移角和界限损伤指标之间的关系。研究成果将为评估该类型组合柱在地震作用下的损伤性能提供参考。
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叶片挠度摄像测量与力学诊断方法研究
Abstract:
本文提出基于双目视觉的非接触测量技术和叶片故障诊断方法。首先针对大视场相机标定难题，在相机参数标定中使用逆深度化的BA算法对双目视觉系统的外部参数进行非线性优化，提高在户外大视场应用场景下的三维空间位置测量精度。然后，探索了基于挠度测量的叶片损伤识别方法。通过拟合叶片的旋转平面进行坐标系转换，提取旋转叶片的法向变形信息，通过比较含裂纹和不含裂纹叶片的峰峰值差异，可确定叶片损伤裂纹的位置。在长度为2.15 m的叶片实验模拟系统中，实现了叶片三维位移的测量，对预制裂纹进行了定位检测，获得了满意的测量结果，初步验证了所提出方法的可行性。
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油滴撞击结构壁面油膜的形态以及动力学特性研究
Abstract:
在轴承空腔内进行油、气润滑时，会产生一种油滴与壁面油膜碰撞的现象，这种现象会对轴承腔的润滑和传热产生重要的影响。因此本文采用高速摄像机对油滴撞击结构壁面油膜进行可视化实验研究，通过改变壁面粗糙度、韦伯数对撞击后形态以及动力学特性进行研究。实验结果表明：根据无量纲壁面粗糙度以及韦伯数的关系，将撞击过程中的形态划分为4种模态。同时，分析出飞溅现象是由K-H不稳定性以及P-R不稳定性共同作用下导致的。无量纲壁面粗糙度和韦伯数的增加会使冠状边缘不稳定性增强，从而导致飞溅现象剧烈，因此得出撞击后冠状结构的演变以及飞溅现象与二者密切相关的结论。
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裂隙几何参数对岩体波速及动态力学性能影响的试验研究
Abstract:
为研究裂隙几何参数(长度、角度)对岩石波速及动态力学特性的影响,利用RSM-SY5智能声波检测仪和SHPB装置,对不同角度和长度的预制裂隙砂岩试样进行了波速测试和冲击试验,并借助数字图像相关技术(DIC)分析试样在冲击载荷下的变形过程,揭示了不同角度和长度裂隙试样的波速变化规律、动态力学特性以及能量耗散规律。研究表明,裂隙角度与试样纵波波速及初始损伤呈指数关系,裂隙长度与试样纵波波速及初始损伤呈线性关系,且不同裂隙试样纵波波速与其动态抗压强度和动态弹性模量有很好的正相关性。裂隙角度和长度的变化对砂岩的动态力学特性有显著影响,随着裂隙角度和长度的增加,动态抗压强度和动态弹性模量减小,峰值应变增大。α=20°~40°时,试样的动态抗压强度显著下降。试样在受到动载后首先在预制裂隙附近产生剪切裂纹,再产生拉伸裂纹,最后发生拉剪复合破坏；试样表面会出现高应变集中区,在峰值应力附近形成应变局部化带,该局部化带多在裂隙结构面产生。砂岩能量反射率和吸收率随着裂隙角度和长度的增加而增大,能量透射率则减小。研究成果能够更好地预测和评估岩石的破坏行为,为工程灾害的防控与治理提供科学依据。
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应变片的强化效应与热效应对YBCO 带材的影响探究
Abstract:
应变片由于灵敏度高、操作简单等优点,被广泛应用于以YBCO为代表的二代高温带材(简称：YBCO带材)的力电特性的研究及超导设备的失超检测系统中。为了获取准确的应变测试结果,应变片需与YBCO带材粘贴牢固,且测量过程需对应变片通电,因此对于YBCO带材在低温下的测试和运行,其强化效应和热效应无法避免。本文首先基于虚拟引伸计对YBCO带材单轴拉伸过程中的应变片强化效应进行了实验定量研究,通过对两种方法下得到的杨氏模量进行分析,发现基于应变片测试数据得到的杨氏模量明显偏大,且相对于虚拟引伸计测得的结果偏差达10%以上；此外,在77 K 及更低温度时,通过温度传感器发现应变片粘贴位置样品的温度升高,镀铜带材的温升较小,为1.9 K,而镀银带(无铜稳定层)的温升超过20 K,同时发现带材温度越低,其温度变化速率越大。在YBCO带材的实验测量及应用中,应变片的强化效应和热效应不仅会对实验测试结果有显著影响,同时其热效应也使得其成为工业应用中潜在的热失控源。以上研究为在工程应用中应变片测量YBCO带材变形时出现的强化效应和热效应提供了研究基础。
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镍基单晶高温合金薄壁试样的高温超高周振动疲劳实验研究
Abstract:
本研究以国产第二代镍基单晶高温合金DD6为研究对象，针对航空发动机涡轮叶片薄壁特征对DD6合金超高周疲劳性能的影响开展实验研究。首先，自主设计了分别适用于室温和高温条件下的3种厚度（0.5 mm、1.0 mm和1.5 mm）的薄壁试样，然后，建立了针对单晶薄壁试样的高温超高周振动疲劳实验系统，分别开展了薄壁试样在室温和850℃条件下的超高周振动疲劳实验，获取了最高循环数达109周次的疲劳S-N曲线，并和相同温度下的旋转弯曲疲劳实验结果进行了对比，最后开展了厚度和温度对薄壁试样疲劳性能影响的分析。结果表明：室温条件下0.5mm薄壁试样的疲劳强度相较于其他2种厚度试样的疲劳强度并未见明显弱化；而在850℃时，0.5mm薄壁试样的疲劳强度明显低于其他2种厚度试样的疲劳强度，表现出明显的薄壁效应，且在超高周疲劳循环区间内表现尤为显著。另外，1.0mm和1.5mm薄壁试样疲劳性能与相同温度下旋转弯曲疲劳性能接近。
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基于多尺度时空窗主成分分析的结构智能损伤识别方法
Abstract:
时空窗主成分分析（Double-Window Principal Component Analysis，DWPCA）算法在传统PCA算法的基础上同时引入了时间窗和空间窗，通过移动的时间窗来有效区分不同的结构状态，通过空间窗剔除对损伤不敏感的数据。然而，在DWPCA算法中，时间窗口的尺寸是固定的，一般取为响应最大周期的1-2倍。考虑不同类型的损伤，如何确定时间窗尺度及其对损伤识别能力的影响仍有待探讨。本文首先将不同尺寸的时间窗（年/季/月）引入到DWPCA中，探究PCA特征在不同时间窗下随时间的演化规律；其次，将不同时间窗对应的PCA特征作为机器学习（Machine Learning，ML）输入，结合ML算法对结构进行损伤定位和量化任务；最后，使用双跨连续梁的仿真模型和Benchmark模型验证了方法的有效性。结果表明，以年为尺度的时间窗对损伤具有较好的鲁棒性，以月为尺度的时间窗对损伤具有较高的灵敏性；三种时间窗协同作用，能充分发挥各自的优势，进一步提高了ML的损伤定位和定量能力。
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热辐射场与风场耦合作用下风冷式PEMFC性能实验研究
Abstract:
为研究热辐射和风环境对风冷式PEMFC（Proton exchange membrane fuel cell,质子交换膜燃料电池）性能的影响，文章针对20片单电池组成的风冷式PEMFC，分别采用风速仪、辐射热流计测量环境风速、热辐射强度，K型热电偶、电子负载测量电堆温度、负载电流和输出功率。实验结果表明：施加热辐射场与逆风场，电堆的平均温度升高，且与负载电流、热辐射场强度、逆风场风速之间呈较好的正相关关系。距离辐射热源最近的单电池温升最为显著，靠近电堆中部的单电池温升逐渐递减。低负载电流下，电堆的输出功率随负载电流、热辐射场强度的增加而提升；高负载电流下，电堆中间部位的单电池的温度会超过运行阈值导致电堆无法正常运行。施加热辐射场与顺风场，电堆温度升高，随着顺风场风速的增加，单电池温度升高更加均匀，电堆的平均温升越小。电堆输出功率始终呈现衰减趋势，在高负载电流下增强电堆的散热能力并不能有效的提高其输出功率，而将反应气体加湿后输送进入电堆可以有效减少在热辐射与风环境下电堆输出功率的衰减。
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基于先验边缘结构引导的动态原位力学CT稀疏角度重建方法
Abstract:
动态原位力学CT实验是一种利用先进光源无损非接触式测量手段，实时捕捉材料在外场作用下内部结构演化三维图像的方法，其结合了原位力学实验和计算机断层扫描技术（Computed Tomography，CT），对于研究材料内部演化力学机制具有重要应用。然而原位实验中材料内部结构演化速率与CT扫描时间存在矛盾，导致往往仅能进行稀疏角度采样；同时，稀疏角度采样导致的重建噪声，会影响力学指标的判断和提取。针对上述问题，本文提出一种基于先验边缘结构引导的动态原位力学CT稀疏角度重建方法（Directed Total Variation，DTV），该方法引入卷积神经网络噪声学习方法获得先验边缘结构信息，从而引导全变分去噪方向，提高动态原位力学CT表征的重建质量。
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基于同步辐射原位显微CT的铝基复合泡沫变形破坏过程研究
Abstract:
本文基于上海同步辐射光源BL16U2线站及自主研发的材料试验机搭建了一套原位显微CT系统，研究了掺空心微珠的新型铝基复合泡沫材料在准静态单轴压缩下的三维结构变形破坏过程。原位显微CT系统获得了目标试样在准静态压缩下的宏观工程应力-工程应变曲线及数个应变处的三维结构模型。基于三维数字图像分析手段，量化表征了目标试样内孔洞形貌参数的演化历程，追踪了数个典型胞元的坍塌过程。预坍塌阶段，试样内存在少量空心微珠破碎，试样不完全是弹性变形。进入平台阶段后，基体中的空心微球被大量压缩破坏并形成斜向剪切带，应变持续增加而应力保持稳定，直至大部分胞元破碎崩溃，碎块在胞元坍塌后的缝隙间填充，试样整体逐渐致密化。跟踪单个胞元的坍塌，球形度越高的孔抗压能力越强，最长轴朝向垂直于加载方向的孔最容易被破坏。周围分布有密集小型孔洞的胞元率先破裂，并诱导临近胞元塌陷。
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Anand Asundi, Vijay Raj Singh*, Pinghua Zhong
2006,21(1):1-10
Abstract:
Digital Holography (DH) has brought a new impetus to the field of holography. The fields of imaging, microscopy and metrology have all benefited from these developments. In this paper some of these developments will be described with some applications in the fields of color imaging, amplitude and phase microscopy and dynamic metrology. It is envisaged that this field will rapidly advance in the next couple of years and become an expected imaging and measurement modality especially in the field of micro, nano and bio sciences.
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2020,35(6):1060-1070 ,DOI: 10.7520/1001-4888-19-189
Abstract:
玄武岩纤维混凝土在我国工程领域应用越来越广，本文为研究其在氯盐环境下的耐腐蚀性及力学性能的退化，共设计10种配合比，置于浓度5%的氯化钠溶液中进行腐蚀试验。试块尺寸为100mm×100mm×100mm，每30d测定表观裂缝、有效孔隙率、吸水率及质量等；每90d进行材料强度试验，对受压性能变化进行研究。结果发现：玄武岩纤维可有效抑制氯盐侵蚀裂缝的产生和发展，降低氯离子迁移速率。与普通混凝土相比，添加适量的玄武岩纤维能较好提升混凝土抗压强度及变形能力，当纤维体积掺量为0.1%时，最为有利；当掺量超过0.2%后，性能反而降低。另外发现，添加粉煤灰在降低玄武岩纤维混凝土的有效孔隙率、减缓氯离子迁移等方面并不理想。氯盐侵蚀环境下，建议玄武岩混凝土保护层厚度不宜低于30mm。最后，基于试验结果，提出了玄武岩纤维混凝土氯盐侵蚀强度退化模型。本文研究结果可为玄武岩纤维混凝土在氯盐环境下的工程应用提供一定技术支持。
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2021,36(4):429-439 ,DOI: 10.7520/1001-4888-21-039
Abstract:
基于图像和视觉的非接触运动跟踪是目前光测力学中一个活跃的研究领域，在科研和工程测量方面都得到了广泛的应用。本文基于立体视觉原理介绍了一种远程多点三维实时运动测量仪，该系统由2个可独立工作的测量站构成，每个站具备完整的高速图像采集、距离测量、姿态感知、运动控制和数据处理功能。为了实现远程测量，站点之间通过网线或者无线传输的方式进行通讯和数据交互，形成“主站+辅站”的协作测量模式。在三维计算上，利用场景特征实现双站相机的自动标定，并基于高效的数字图像相关原理进行立体匹配和时序跟踪，实现了多点三维运动的实时测量。通过室内刚体平移实验评估了该测量系统的精度；对实际风电叶片运动轨迹的测量，证明了该测量系统在远程大视场测量中的可行性。
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2020,35(1):159-166 ,DOI: 10.7520/1001-4888-18-146
Abstract:
通过对3个足尺性能增强再生混凝土(EC-RAC)框架中节点进行低周反复加载试验，分析其结构模型地震损伤演化过程，确定其震后实际损伤状态与损伤指标。同时，针对传统钢筋混凝土Park-Ang双参数损伤模型无法准确描述加载位移大于100mm后EC-RAC框架节点模型的损伤演化与累积行为的缺点，本文提出了一种修正的Park-Ang双参数损伤模型，并基于前述试验结果，拟合了纤维项系数、位移项系数、能量项系数。最后，利用所提出的损伤模型，以HF-RAC2为例进行损伤指标误差分析，结果表明：平均误差在6%以内，即所提出的双参数损伤模型能够适用于EC-RAC框架节点地震损伤与评估分析。
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2016,31(1):119-126 ,DOI: 10.7520/1001-4888-15-069
Abstract:
为分析液氮注入对含水煤层裂隙疲劳增扩的影响,分别取干燥煤样、50%水饱和煤样和100%水饱和煤样,在室内开展了周期疲劳液氮浸泡试验,利用激光显微镜和声波测试仪测试液氮作用前后煤样表面裂隙结构和波速的变化。结果表明：1)经过液氮浸泡后,干燥煤样裂隙扩展效果不明显,10个浸泡周期后煤样仍完整;2)含水煤样的裂隙主要在垂直节理方向发生扩展;3)饱水程度越高,煤样裂隙扩展越显著;4)饱水程度越高,煤样液氮浸泡破坏所需的浸泡周期越短。煤样的饱水程度对液氮致裂效果影响显著。
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2020,35(2):225-233 ,DOI: 10.7520/1001-4888-18-263
Abstract:
为揭示聚氨酯泡沫的微观结构性能关系，本文依靠自主研发的微型材料试验机，在美国APS光源2BM线站上搭建了原位CT系统，对闭孔硬质聚氨酯泡沫在准静态压缩加载下的变形损伤行为进行了三维实时表征，分辨率可达0.87μm。通过原位CT试验获取了硬质聚氨酯泡沫的应力应变关系，以及三个变形阶段(弹性、平台、压实)的三维结构演化过程。三维图像显示，在平台段会观察到局部压缩带从样品两端向中间传播的过程，且压缩带传播速度会超过压头速度。同时，利用数字体图像相关技术精确计算了聚氨酯泡沫的三维变形场，表明压缩变形主要集中在变形带内部。通过追踪胞元变形过程并利用表面曲率场来量化胞壁变形，发现胞元坍塌主要源于包壁屈曲形成的褶皱。
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2019,34(6):1061-1067 ,DOI: 10.7520/1001-4888-18-073
Abstract:
通过7根锈蚀槽钢构件的受弯试验，研究了锈蚀对槽钢梁受弯性能的影响。试验研究表明：锈蚀槽钢梁的承载力与残余翼缘厚度具有良好的线性关系，残余翼缘厚度可以用来表征锈蚀程度的大小。锈蚀槽钢梁的荷载-挠度曲线和弯矩-曲率曲线可大致分为两个阶段：弹性阶段和弹塑性阶段；有些试件的曲线在加载初期有较小的斜率。在试验研究的基础上，提出了锈蚀槽钢梁基于残余翼缘厚度和锈蚀率的承载力计算公式；计算公式具有较好的可靠度。
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张艳博*, 李昆, 刘祥鑫, 田宝柱, 姚旭龙, 梁鹏, 孙林
2018,33(6):902-910 ,DOI: 10.7520/1001-4888-17-099
Abstract:
为探究声发射传感器对岩石破裂监测效果的影响，本文开展了含孔花岗岩双轴加载实验，选择R6α(窄频)和Nano30(宽频)两类传感器同时监测岩石破裂过程，分析两种类型传感器接收信号时频特征的异同点。从工作频段及灵敏度讨论两类传感器的适用性，继而提出岩石破裂监测中声发射传感器的选取原则。研究结果表明，在时域方面，两类传感器接收的声发射信号能量演化规律体现出一致性。在频域方面，R6α传感器接收信号主频集中分布在33~110kHz，Nano30接收信号主频在0~500kHz内均匀分布。R6α窄频传感器接收信号的强度较高、数据量较大，能够隔绝其他频段内噪声信号干扰，适合分析岩石破裂的时序规律；Nano30宽频传感器从频率上能保证信号的完整性，可用于分析岩石声发射信号波形和频率特征。
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2020,35(4):659-668 ,DOI: 10.7520/1001-4888-18-249
Abstract:
针对高速列车转向架舱的几何外形特点，提取5个设计变量，设计了6种方案，对1∶8比例3编组带路基、轨道及转向架舱的高速列车模型进行了0°及-19.8°侧偏角风洞试验研究，分析了转向架舱不同设计变量对应的高速列车气动阻力特性，得到了各设计参数的减阻效果。研究表明：转向架舱内顶面采用曲面过渡，前后壁面采用倾斜壁，裙板采用全包裙板，减小内壁纵向长度等措施，可以减小列车的气动阻力。通过不同设计变量对列车气动阻力的影响度分析，表明0°及-19.8°侧偏角2种情况下内顶面倒角及内壁纵向长度均对列车气动阻力有重要影响，上述研究结果对列车局部减阻及外形优化具有参考意义。
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2019,34(2):275-283 ,DOI: 10.7520/1001-4888-18-118
Abstract:
飞行器飞行过程中气动加热造成的“热障”具有瞬态(短时)高温的特征，在这一瞬态高温环境下，由于温度和时间因素的共同参与，使飞行器结构材料的强度问题变得极其复杂，常规的稳态(长时)高温力学性能已不能体现材料“热障”环境下的特征。本文提出了一种气动热环境下的材料力学性能测试技术，并以GH3039合金为例，对测试技术进行了系统性验证。该技术能够模拟飞行器飞行过程中的实际气动热环境，开展飞行器结构材料瞬态高温条件下的力学性能测试，获得材料“热障”服役环境下的真实强度信息，为飞行器结构材料高温力学性能测试提供了一个新的思路和发展方向。
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2019,34(4):563-573 ,DOI: 10.7520/1001-4888-18-243
Abstract:
剪切增稠液浸渍柔性织物是防弹织物进行表面改性的潜在方法，利用剪切增稠液剪切率与粘度的极端非线性关系可显著提高纱线拔出力与拔出能量，从而增加柔性织物的抗冲击性能。本文以SiO2为分散相、乙二醇为分散剂配置剪切增稠液，来浸渍Kevlar49平纹织物进行表面改性。对坯布与浸渍布进行纱线拔出测试，其载荷-位移曲线呈现相似趋势，均分为静摩擦与动摩擦两个阶段；与坯布的极限拔出载荷出现在静摩擦阶段不同，浸渍布的极限拔出载荷出现在动摩擦阶段，且明显大于坯布。另外，浸渍布的纱线拔出能量和面内剪切变形均有明显的提升，且与剪切增稠液的质量分数和纱线拉拔速率相关。
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陈兵, 时训先, 张国文, 王文秀, 于巧燕, 赵会军, 袁雄军, 周宁*
2019,34(2):267-274 ,DOI: 10.7520/1001-4888-18-131
Abstract:
基于气云燃爆实验平台，开展了不同长度弯曲管道内丙烷-空气预混气体燃爆实验测试与分析，探索管道长度对弯曲管道内可燃气体燃爆特性及爆炸冲击波对管道薄壁加载效应的影响。实验分别采用光电传感器、压力传感器和应变传感器对管道内爆炸参数和管道薄壁的应力应变规律进行了测试，结果表明，管道越长，弯曲段两侧壁面超压和管壁最大应变越大，压力时程曲线与管道薄壁应变时程曲线具有良好的一致性；弯管一定程度上激励了火焰加速传播，火焰传播速度在90°拐点处降至最低；管道长度对管道内火焰燃爆规律的影响是整体的，管道长度越长，管内压力和火焰速度越大，最大爆炸压力出现在管道末端，冲击波对管壁的加载属于动态加载。
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2018,33(6):979-986 ,DOI: 10.7520/1001-4888-17-107
Abstract:
针对超千米深井巷道围岩大变形破坏的难题，通过相似模拟实验，分析了巷道周围的应力应变演化规律和倾角对巷道稳定性的影响，揭示了超千米深井巷道变形破坏时空演化规律。实验结果表明：由于岩层倾角的存在，巷道底板两角出现应力集中现象。随外界载荷的增大，巷道拱部左上角与底板右下角首先发生破坏，随后向围岩深部扩展，且出现大范围变形破坏，巷道左帮和右帮应力集中现象加剧；巷道围岩各位置处产生的位移量差别较大，巷道拱部与底板产生位移量较大，两帮位移量相对较小，巷道变形量最大的位置达到30mm以上；超千米深井巷道围岩变形破坏特征分为3个阶段：缓慢变形阶段、剧烈变形阶段和严重变形破坏阶段，巷道围岩产生大变形非对称性破坏，且破坏范围较大，顶底板最大破坏深度达到34mm，巷道围岩失去承载能力，巷道空间完全封闭。将上述实验结果应用于工程实践，提出华丰煤矿超千米深井巷道全断面高强预应力锚网支护，特殊部位加强支护的方案，达到了理想的效果。
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2019,34(1):157-165 ,DOI: 10.7520/1001-4888-17-111
Abstract:
对两种苯基硅橡胶材料的航空发动机隔振器的动力特性参数进行了试验研究。建立了试验测试方法的理论模型，分析了工程近似公式在计算隔振器动力特性参数时的误差，并给出了精确计算公式和迭代求解算法。用振动台扫频试验测得了两种隔振器系统常温下三个轴向的动刚度和阻尼比，以及两种隔振器在不同环境温度下X方向的动刚度和阻尼比。试验结果表明，常温下两种隔振器X方向的动刚度都远大于Y、Z方向的动刚度；随着环境温度的升高，两种隔振器X方向的动刚度都逐渐减小；加入阻尼助剂的改进型隔振器的动刚度和阻尼比都大于普通型隔振器。
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2019,34(1):88-94 ,DOI: 10.7520/1001-4888-17-192
Abstract:
通过室内试验的方法，研究了碳酸钙(CaCO3)含量变化对钙质砂的颗粒破碎和宏观力学特性的影响。试验结果表明：取自南海海域的钙质砂样碳酸钙含量为95.8%，并表现出高孔隙、棱角明显等特征。钙质砂颗粒破碎本质上是颗粒间应力集中的表现，随着碳酸钙含量的增加、粒径的增大，钙质砂的内摩擦角和相对破碎率明显增加；颗粒破碎导致级配曲线向良好的方向发展，同时，引起较高应力条件下的强度包线具有非线性的特征。相对破碎率随正应力和碳酸钙含量的变化规律可用一组二元双曲线函数关系式表示。
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2020,35(1):41-57 ,DOI: 10.7520/1001-4888-19-121
Abstract:
节理岩体摩擦普遍存在于地震孕震、板块滑动等自然现象中。目前研究的重点主要集中于大位移下滑动摩擦特性的揭示，很鲜少有人对摩擦滑移初期阶段的相关特性进行研究。本文基于改进的分离式霍普金森压杆装置(SHPB)建立了多点声发射和红外测温等实验装置，研究了5种角度节理表面在摩擦滑动初期的声发射和产热特性。结果表明，与节理摩擦滑移相关的信息位于声发射信号的高频域中，对于所研究的花岗岩样品，其频率范围为78.1~312.5kHz,低于该频率范围的信号源于撞击界面的扰动；与节理摩擦滑移相关的产热信息位于红外测温信号的低频域中，5种节理面摩擦滑移产热对应的温升明显较低。为了揭示这些测量信号的内在规律，基于数值方法建立了合理的分析模型。计算结果表明,随着节理角度的增大，节理面越易滑移，节理表面温升幅值越大，但都低于0.1℃，与实验结果相一致。
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2019,34(3):526-536 ,DOI: 10.7520/1001-4888-18-189
Abstract:
针对铁尾矿库水土流失和库区生态环境的修复问题，通过开展水力侵蚀室内试验，研究了高羊茅、星星草、野牛草和裸坡4种工况下尾矿库边坡的径流模数时变规律、侵蚀模数时变规律、入渗与植被截流率和植被全截流规律。通过开展根-尾矿砂复合体的室内直剪试验，研究在不同含根量和不同生长时间的情况下野牛草根-尾矿砂复合体黏聚力和内摩擦角的变化规律，分析野牛草根系含量和生长时间对铁尾矿砂抗剪强度的影响，进而分析野牛草根系含量和生长时间对铁尾矿砂抗侵蚀能力的影响。确定了提高铁尾矿砂抗剪强度和边坡抗侵蚀能力的最佳含根量及根系最佳生长时间。结果表明：野牛草是铁尾矿库无土植被护坡工程中的优选草种，野牛草根作为铁尾矿砂的加筋材料能够明显提高尾矿砂的抗剪强度和边坡的抗侵蚀能力；根-尾矿砂复合体的黏聚力随根系的生长时间和含根量的增加先逐渐增大，后逐渐减小，但均高于未加野牛草根时的黏聚力；野牛草的最优生长时间为3个月、最优含根量为0.20%，野牛草根系的生长时间和含根量对铁尾矿砂内摩擦角的影响很小。
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2020,35(4):557-566 ,DOI: 10.7520/1001-4888-19-066
Abstract:
钨是目前聚变堆偏滤器及第一壁结构中首选的面向等离子体材料，其服役条件下的力学性能在聚变工程中具有重要参考价值和研究意义。本文采用数字图像相关测量设备在真空高热流综合实验平台上，开发了基于碳化钽的散斑材料及制备工艺，设计和实现了基于外加光源和自身辐射光源的测量光路方案，测量了钨材料试件在25℃至2000℃温度范围的热膨胀变形，所得结果与文献提供的钨材料热膨胀应变结果吻合，误差小于1%，验证了测量技术方案的准确性和可行性，为进一步发展聚变工程材料在高热流冲击工况下的观测技术打下了基础。
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郭保桥*, 陈鹏万, 谢惠民, 戴福隆, Fabrice PIERRON
2011,26(5):565-572
Abstract:
光测实验技术在现代力学研究中得到了广泛的应用。对于材料力学参数如杨氏模量和泊松比的测量,可利用典型加载试验如拉伸试验、弯曲试验并结合光测方法(如云纹和数字图像相关技术)得到位移值,利用载荷信息和应变场信息通过计算获得相关的力学参数。本文利用虚位移场方法测量石墨材料的力学参数。结合石墨材料的三点弯曲实验,由数字图像相关法测量得到试件表面的非均匀变形场。通过选择两组不同的虚位移场,可以反算出材料的力学参数：杨氏模量和泊松比。结果表明这种方法可以有效测量石墨材料的弹性参数。该方法可望在材料力学行为检测中得到推广应用。
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2020,35(2):343-348 ,DOI: 10.7520/1001-4888-18-153
Abstract:
为了研究页岩天然层理倾角及强度等对水力压裂裂纹扩展的影响，采用室内水力压裂实验，通过监测孔直接对裂纹扩展的实时监测和注水压力信息及试件压裂后的剖切，分析层理倾角、强度等对压裂裂纹扩展的影响。实验结果表明：水力压裂过程中，垂直最小地应力稳定扩展的主裂缝遇层理时，层理面与主裂缝初始扩展方向夹角越小，主裂缝越易沿着层理面方向扩展，层理面与主裂缝初始扩展方向夹角越大，主裂缝遇层理面时越易贯穿层理面沿原方向扩展；层理方位，地应力及基质抗拉强度不变，层理的抗拉强度远弱于基质抗拉强度时，主裂缝与层理面相遇后越易沿着层理面方向扩展，层理抗拉强度与基质抗拉强度越相近，主裂缝遇层理时越易贯穿层理沿原方向扩展；层理方位和强度不变，地应力及应力差越大，主裂缝遇层理后越易贯穿层理面沿原方向扩展。
