力学单夹杂问题的全场变形研究

发布时间：2017-10-17 14:47

  本文关键词：力学单夹杂问题的全场变形研究

  更多相关文章： 夹杂 孔 裂纹 数字体积相关方法 变形

【摘要】：夹杂问题对实验力学和材料科学具有十分重要的意义,如何准确获得夹杂周围的变形场是一个重要的实验力学问题。基于连续介质力学的数字体积相关(DVC)方法是目前唯一能获得夹杂周围三围全场变形的实验手段,然而DVC在夹杂边界处会产生很大的测量误差,测量结果不能准确的反映出夹杂周围真实的变形情况。为了解决夹杂周围变形场的准确测量问题,本文提出一种解决边界问题的改进DVC方法。数值实验的结果表明,在处理边界问题时改进的DVC方法是有效的,其有效性在边界附近半个子区长度内。在Ⅰ型裂纹验证实验中改进DVC方法的最大误差比传统DVC方法小四十倍。改进方法使夹杂附近的位移测量的绝对误差从0.08体素下降到0.02体素。利用改进的DVC方法研究了泡沫混凝土内部较大气孔周围的变形行为,通过与传统DVC方法的对比,进一步验证了改进方法在处理实际问题中的能力。改进的DVC方法不仅获得了气孔边界附近更为精准的位移场,同时还捕捉到了气孔周围真实的应变分布情况。结果表明在泡沫混凝土干缩过程中,气孔的收缩程度要远大于其它位置,气孔周围的主应变εxx的最大值达到了0.062,而远场的应变值在0.002左右。利用DVC方法发现了CT数据不足以识别的微裂纹,提出了根据应变场确定裂纹位置的方法,并利用该方法,抽取了材料内部的三维裂纹形态。进一步,利用改进的DVC方法对三维数据进行重新计算,使得传统DVC方法得到的裂纹周围模糊的位移场重新呈现出本来的梯度分布。对裂纹张开位移(COD)进行了计算,其取值0.02-0.08体素,呈现不规则分布。本方法的裂纹检测能力与DVC的精度有关,在本例中,可以分辨0.02体素以上的微裂纹,即在63微米的体素下实现了1.2微米的裂纹分辨能力。
【关键词】：夹杂 孔 裂纹 数字体积相关方法 变形
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU528
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 引言10
• 1.2 夹杂问题的理论研究现状10-12
• 1.2.1 单夹杂11
• 1.2.2 双夹杂11
• 1.2.3 多夹杂11-12
• 1.3 夹杂问题的数值研究现状12
• 1.4 夹杂问题的实验研究现状12-13
• 1.4.1 二维实验研究12-13
• 1.4.2 三维实验研究13
• 1.5 数字体积相关方法13-15
• 1.5.1 概述13-14
• 1.5.2 基于子区的DVC方法的基本原理14
• 1.5.3 数字体积相关方法的局限14-15
• 1.6 DIC和DVC中解决边界问题的方法15-16
• 1.6.1 DIC中解决边界问题的方法15-16
• 1.6.2 DVC中解决边界问题的方法16
• 1.7 本文研究内容16-17
• 第二章 解决边界问题的改进DVC方法17-31
• 2.1 基本原理17
• 2.2 具体实施步骤17-20
• 2.2.1 定义计算区域(VOI)17-18
• 2.2.2 整体素位移和亚体素位移计算18-19
• 2.2.3 应变场计算19-20
• 2.3 CT数据以及传统DVC方法精度20-22
• 2.3.1 试样的物理参数20
• 2.3.2 CT扫描参数20
• 2.3.3 传统DVC方法的精度20-22
• 2.4 Ⅰ型裂纹验证实验22-26
• 2.4.1 Ⅰ型裂纹变形场写入22-23
• 2.4.2 DVC计算23
• 2.4.3 位移场结果23-25
• 2.4.4 改进子区内体素点数量与误差的关系25
• 2.4.5 应变场结果25-26
• 2.5 刚性球形夹杂验证实验26-29
• 2.5.1 有限元模型26
• 2.5.2 夹杂变形场写入26-27
• 2.5.3 DVC计算27
• 2.5.4 变形场结果27-29
• 2.6 改进DVC方法的有效性29-30
• 2.7 本章小结30-31
• 第三章 泡沫混凝土中大气孔的变形31-42
• 3.1 引言31
• 3.2 实验31-32
• 3.2.1 泡沫混凝土异位干燥实验31
• 3.2.2 CT测试31-32
• 3.3 CT数据与气孔选择32-33
• 3.3.1 CT数据32
• 3.3.2 气孔选择32-33
• 3.4 DVC计算33-34
• 3.5 气孔周围的变形场34-40
• 3.5.1 位移场的变形特点34-37
• 3.5.2 应变场的变形特点37-40
• 3.6 分析与讨论40-41
• 3.6.1 变形结果分析40
• 3.6.2 应变场与传统方法巨大差别的原因分析40
• 3.6.3 干缩过程中气孔的变形行为40-41
• 3.7 本章小结41-42
• 第四章 未知裂纹的变形研究42-51
• 4.1 引言42
• 4.2 寻找裂纹边界42-47
• 4.2.1 确定裂纹的存在43-46
• 4.2.2 裂纹位置的寻找方法46-47
• 4.3 裂纹的真实变形场47-49
• 4.4 裂纹寻找方法的讨论49-50
• 4.5 本章小结50-51
• 第五章 结论51-52
• 5.1 解决边界问题的改进DVC方法51
• 5.2 泡沫混凝土内部较大气孔的变形行为51
• 5.3 未知裂纹的变形研究51-52
• 致谢52-53
• 参考文献53-57

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本文编号：1049433