基于数字图像相关技术和红外热像技术的创新实验项目
发布时间：2021-03-23 04:19
作为西部首所中美联合办学机构的四川大学匹兹堡学院,在材料力学平板拉伸实验中,通过引入数字图像相关（digitalimagecorrelation,DIC）技术以及红外热像技术,成体系地开发出包含应力应变曲线测量、全场应变测量、材料流动性分析、泊松比测量、断裂延伸率测量和热量耗散观察等实验内容。一方面克服传统接触式测量技术的局限性,革新实验教学内容,帮助学生了解掌握力学和热学领域的先进测量手段;另一方面有助于培养具有创新精神、科研意识、国际化视野的新工科人才。
【文章来源】：实验技术与管理. 2019,36(12)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
DIC与引申计测量结果拟合图
234实验技术与管理图2应力-应变曲线与对应阶段应变云图图3间距7mm等距点的变形区域的点，该区域进入强化阶段后其变形迅速增加。2.4泊松比和断裂延伸率的测量相比于传统的引伸计和应变片，除了获得材料的弹性模量和屈服极限，DIC技术还可以方便、快速地测量材料的泊松比[15]和断裂延伸率。泊松比的定义是材料在单向受拉或受压的弹性变形阶段中，其横向形变与纵向形变的比值：xydvd（2）传统单个引伸计无法测定材料的泊松比。学生利用DIC技术，在软件中同时构造横向和纵向引伸计可获得横向应变和纵向应变，并通过求取弹性阶段2个方向应变比值的平均值得到泊松比，计算结果见表1。断裂延伸率指在断裂拉伸试验中，样品断裂时材料长度增加的百分比。传统力学教学实验中，试件断裂前需提前摘除引伸计，无法记录材料断裂时应变，只能测得断后延伸率。而DIC作为非接触式应变测量技术，可以直接测量材料断裂延伸率。实验中测得该试样50mm标距的断裂延伸率为31.16%。表1泊松比的测量结果点εxεy–(εx/εy)1–0.02410.08460.28542–0.02630.09930.26493–0.02730.11410.23924–0.03670.12730.28815–0.03660.14570.25146–0.04730.16740.2823平均值0.26862.5试样热量耗散情况图4分别记录了试样断裂前表面的温度分布情况和纵向应变的分布情况。可以观察到变形越剧烈的区域对应的温度值越高，且温度分布与应变分布有一定的相关性。这是由于材料在变形破坏的过程中会释放热量，在变形剧烈的区域，其表面微裂纹产生、扩展或微裂纹颗粒之间的相互摩擦所产生的热效应越明显[16]。图5显示试样中心区域峰值温度和截面平均应力随时间的变化曲线，可以看出在失效阶段
234实验技术与管理图2应力-应变曲线与对应阶段应变云图图3间距7mm等距点的变形区域的点，该区域进入强化阶段后其变形迅速增加。2.4泊松比和断裂延伸率的测量相比于传统的引伸计和应变片，除了获得材料的弹性模量和屈服极限，DIC技术还可以方便、快速地测量材料的泊松比[15]和断裂延伸率。泊松比的定义是材料在单向受拉或受压的弹性变形阶段中，其横向形变与纵向形变的比值：xydvd（2）传统单个引伸计无法测定材料的泊松比。学生利用DIC技术，在软件中同时构造横向和纵向引伸计可获得横向应变和纵向应变，并通过求取弹性阶段2个方向应变比值的平均值得到泊松比，计算结果见表1。断裂延伸率指在断裂拉伸试验中，样品断裂时材料长度增加的百分比。传统力学教学实验中，试件断裂前需提前摘除引伸计，无法记录材料断裂时应变，只能测得断后延伸率。而DIC作为非接触式应变测量技术，可以直接测量材料断裂延伸率。实验中测得该试样50mm标距的断裂延伸率为31.16%。表1泊松比的测量结果点εxεy–(εx/εy)1–0.02410.08460.28542–0.02630.09930.26493–0.02730.11410.23924–0.03670.12730.28815–0.03660.14570.25146–0.04730.16740.2823平均值0.26862.5试样热量耗散情况图4分别记录了试样断裂前表面的温度分布情况和纵向应变的分布情况。可以观察到变形越剧烈的区域对应的温度值越高，且温度分布与应变分布有一定的相关性。这是由于材料在变形破坏的过程中会释放热量，在变形剧烈的区域，其表面微裂纹产生、扩展或微裂纹颗粒之间的相互摩擦所产生的热效应越明显[16]。图5显示试样中心区域峰值温度和截面平均应力随时间的变化曲线，可以看出在失效阶段
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于三维数字图像相关法测量复合材料泊松比[J]. 瞿启云,曹爱民,焦平,赵宾,薛克敏,程腾. 材料科学与工程学报. 2018(02)
[2]接触式与非接触式引伸计应变和泊松比测量精度比较[J]. 张悦,潘兵,郭广平,赵澎涛. 实验力学. 2018(01)
[3]三维数字图像相关技术（3D DIC）在材料形变研究中的应用进展[J]. 陈亚军,孙胜洁,季春明. 航空材料学报. 2017(04)
[4]光电图像与光信息处理实验室建设[J]. 何艳敏,彭真明,甘涛,刘爽. 实验技术与管理. 2017(05)
[5]光学应变测量系统在研究生实验教学中的应用[J]. 耿红霞,付朝华,蒋小林,谢惠民,陈常青,吴新如. 实验室研究与探索. 2015(03)
[6]数字图像相关法在力学实验教学中的应用[J]. 朱建国. 实验科学与技术. 2015(01)
[7]红外线成像实验教学研究与实践[J]. 仇惠,高杨,封子宏. 中国医学物理学杂志. 2012(01)
[8]数字图像相关法在材料力学实验教学中的应用[J]. 代祥俊,蒲琪,杨保亮,云海. 工程与试验. 2009(04)
[9]含裂纹金属拉伸断裂过程的热像检测方法[J]. 林红,陈国明,陈养厚. 中国石油大学学报(自然科学版). 2008(05)
[10]红外热像仪用于金属材料断裂过程的实验研究[J]. 董玉芬,林毅明,王来贵,刘向峰. 辽宁工程技术大学学报. 2006(06)
博士论文
[1]数字图像相关方法及其在材料力学性能测试中的应用[D]. 刘小勇.吉林大学 2012
本文编号：3095120
【文章来源】：实验技术与管理. 2019,36(12)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
DIC与引申计测量结果拟合图
234实验技术与管理图2应力-应变曲线与对应阶段应变云图图3间距7mm等距点的变形区域的点，该区域进入强化阶段后其变形迅速增加。2.4泊松比和断裂延伸率的测量相比于传统的引伸计和应变片，除了获得材料的弹性模量和屈服极限，DIC技术还可以方便、快速地测量材料的泊松比[15]和断裂延伸率。泊松比的定义是材料在单向受拉或受压的弹性变形阶段中，其横向形变与纵向形变的比值：xydvd（2）传统单个引伸计无法测定材料的泊松比。学生利用DIC技术，在软件中同时构造横向和纵向引伸计可获得横向应变和纵向应变，并通过求取弹性阶段2个方向应变比值的平均值得到泊松比，计算结果见表1。断裂延伸率指在断裂拉伸试验中，样品断裂时材料长度增加的百分比。传统力学教学实验中，试件断裂前需提前摘除引伸计，无法记录材料断裂时应变，只能测得断后延伸率。而DIC作为非接触式应变测量技术，可以直接测量材料断裂延伸率。实验中测得该试样50mm标距的断裂延伸率为31.16%。表1泊松比的测量结果点εxεy–(εx/εy)1–0.02410.08460.28542–0.02630.09930.26493–0.02730.11410.23924–0.03670.12730.28815–0.03660.14570.25146–0.04730.16740.2823平均值0.26862.5试样热量耗散情况图4分别记录了试样断裂前表面的温度分布情况和纵向应变的分布情况。可以观察到变形越剧烈的区域对应的温度值越高，且温度分布与应变分布有一定的相关性。这是由于材料在变形破坏的过程中会释放热量，在变形剧烈的区域，其表面微裂纹产生、扩展或微裂纹颗粒之间的相互摩擦所产生的热效应越明显[16]。图5显示试样中心区域峰值温度和截面平均应力随时间的变化曲线，可以看出在失效阶段
234实验技术与管理图2应力-应变曲线与对应阶段应变云图图3间距7mm等距点的变形区域的点，该区域进入强化阶段后其变形迅速增加。2.4泊松比和断裂延伸率的测量相比于传统的引伸计和应变片，除了获得材料的弹性模量和屈服极限，DIC技术还可以方便、快速地测量材料的泊松比[15]和断裂延伸率。泊松比的定义是材料在单向受拉或受压的弹性变形阶段中，其横向形变与纵向形变的比值：xydvd（2）传统单个引伸计无法测定材料的泊松比。学生利用DIC技术，在软件中同时构造横向和纵向引伸计可获得横向应变和纵向应变，并通过求取弹性阶段2个方向应变比值的平均值得到泊松比，计算结果见表1。断裂延伸率指在断裂拉伸试验中，样品断裂时材料长度增加的百分比。传统力学教学实验中，试件断裂前需提前摘除引伸计，无法记录材料断裂时应变，只能测得断后延伸率。而DIC作为非接触式应变测量技术，可以直接测量材料断裂延伸率。实验中测得该试样50mm标距的断裂延伸率为31.16%。表1泊松比的测量结果点εxεy–(εx/εy)1–0.02410.08460.28542–0.02630.09930.26493–0.02730.11410.23924–0.03670.12730.28815–0.03660.14570.25146–0.04730.16740.2823平均值0.26862.5试样热量耗散情况图4分别记录了试样断裂前表面的温度分布情况和纵向应变的分布情况。可以观察到变形越剧烈的区域对应的温度值越高，且温度分布与应变分布有一定的相关性。这是由于材料在变形破坏的过程中会释放热量，在变形剧烈的区域，其表面微裂纹产生、扩展或微裂纹颗粒之间的相互摩擦所产生的热效应越明显[16]。图5显示试样中心区域峰值温度和截面平均应力随时间的变化曲线，可以看出在失效阶段
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于三维数字图像相关法测量复合材料泊松比[J]. 瞿启云,曹爱民,焦平,赵宾,薛克敏,程腾. 材料科学与工程学报. 2018(02)
[2]接触式与非接触式引伸计应变和泊松比测量精度比较[J]. 张悦,潘兵,郭广平,赵澎涛. 实验力学. 2018(01)
[3]三维数字图像相关技术（3D DIC）在材料形变研究中的应用进展[J]. 陈亚军,孙胜洁,季春明. 航空材料学报. 2017(04)
[4]光电图像与光信息处理实验室建设[J]. 何艳敏,彭真明,甘涛,刘爽. 实验技术与管理. 2017(05)
[5]光学应变测量系统在研究生实验教学中的应用[J]. 耿红霞,付朝华,蒋小林,谢惠民,陈常青,吴新如. 实验室研究与探索. 2015(03)
[6]数字图像相关法在力学实验教学中的应用[J]. 朱建国. 实验科学与技术. 2015(01)
[7]红外线成像实验教学研究与实践[J]. 仇惠,高杨,封子宏. 中国医学物理学杂志. 2012(01)
[8]数字图像相关法在材料力学实验教学中的应用[J]. 代祥俊,蒲琪,杨保亮,云海. 工程与试验. 2009(04)
[9]含裂纹金属拉伸断裂过程的热像检测方法[J]. 林红,陈国明,陈养厚. 中国石油大学学报(自然科学版). 2008(05)
[10]红外热像仪用于金属材料断裂过程的实验研究[J]. 董玉芬,林毅明,王来贵,刘向峰. 辽宁工程技术大学学报. 2006(06)
博士论文
[1]数字图像相关方法及其在材料力学性能测试中的应用[D]. 刘小勇.吉林大学 2012
本文编号：3095120
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