光学应变测量系统在研究生实验教学中的应用

把光学应变测量系统(ARAMIS 3D)用于研究生的高等实验力学实验中,开发了多个研究型实验。论文介绍了一个典型实验,利用数字图像相关方法(Digital Image Correlation,DIC)测定了带孔铝合金圆试件的拉伸弹性模量,观测圆孔周围的应力集中现象。在分级载荷下,采集试件变形前后的数字图像,对所采集的一系列数字图像进行相关计算获得三维应变场分布规律,从而获得拉伸铝试件的弹性模量。并将实验结果与电测法测得的弹性模量进行比较,两者吻合良好。同时,通过应变云图我们非常直观地观察到试件圆孔附近的应力集中现象。实验结果表明,利用这种简单高效的方法测定各种试件的弹性模量是可行的,具有很好的应用价值。更重要的是,能为一些利用传统接触式测量技术难以测量的试件提供一个新的研究途径。该光学应变测量系统可以非接触式的准确直观地实现对位移场、应变场的三维测量,能够更好地满足工程实验测试的要求。把该系统引入研究生的高等实验力学实验中,可进一步培养学生的科研意识、创新精神,更好地开拓学生的新视野,加深对力学知识的理解和掌握,极大地提高学生的科研积极性,更好地了解和掌握当前力学领域的先进测量手段,为做科研打下坚实的基础。     

数字图像相关法变形测量系统研究

为测量材料的位移和应变,研制开发了数字图像相关法变形测量系统。该系统利用了现代数字图像处理与分析技术,基于面向对象编程,具有操作简单、便于维护的特点。同时该系统对于位移应变的测量具有速度快、精度高的优点,为数字图像相关法的变形测量提供了一套标准、完整的测量系统。     

复杂构件应变状态测量的三维DIC技术

电阻应变测量技术(电测法)是一种单点应变测量技术,在复杂构件表面应力梯度较大点的应力状态测量时,需事先分析测点位置,并准确黏贴应变花,这使测量过程比较复杂。而三维数字图像相关(三维DIC)具有非接触、全场测量的优点,可测得构件待测表面的应变场,直观判断出待测点的位置及其应变状态。基于一偏心构件的拉伸试验,比较了三维DIC与电测法及有限元分析方法的应变状态测量结果。结果表明,虽然三维DIC应变状态测量精度不如电测法,但仍能给出较为准确的结果,且具有电测法不具有的独特优势,因此非常适用于复杂构件应力梯度较大点的应变状态测量中。     

基于DIC的爆炸加载模型实验系统及其应用

基于数字图像相关方法(Digital Image Correlation,DIC)将超高速摄影与Vic-2D数字图像分析软件相结合,建立了一套超动态条件下的数字图像相关分析系统。应用该系统完成了三孔同时与微差起爆的模型试验,获得了清晰的全场应变与位移云图,实现了系统5μs的同步控制精度。在超高速条件下,通过与加载前同一散斑模型各点数字图像软件进行分析比对,相对于模型破坏时的最大应变,系统给出的结果误差控制在5%以内,验证了该实验系统可行性和有效性。同时基于该系统的基本原理可实现岩石类材料模型的试验,表明该系统在研究爆炸载荷作用下不同材料应变与位移的全场性问题方面具有独特优势。     

凝胶注模成型氧化锆陶瓷坯体的性能和显微结构分析

研究了通过添加2.6wt%水溶性高分子聚丙烯酰胺到氧化锆陶瓷悬浮体中能够消除在空气中凝胶注模成型的坯体的表面脱粉现象,成型出的形状复杂的氧化锆湿坯体性能良好,均匀致密;还研究了氧化锆粉体加入聚丙烯酰胺前后在水中的分散特性,同时对坯体的抗弯强度和显微结构进行了详细地测试和观察。     

基于数字图像相关技术的材料力学性能实验教学改革与实践

实验教学是培养理工科学生创新思维和实践能力的重要手段。如何高效利用有限课时,将塑性变形、断裂失效等众多知识点有机结合,并实现可视化教学是材料力学性能实验教学改革亟待解决的关键问题。将宏/微观数字图像相关技术引入实验教学,以低碳钢常温静载荷单轴拉伸和原位变形微观应变配分检测为典型案例,对实验教学进行了创新性改革。教学实践表明,基于宏/微观DIC技术的实验教学模式,能够加深学生对吕德斯变形、应变集中及断裂失效等材料力学行为的理解,有效激发学生对材料力学性能相关知识的学习兴趣,显著提高学生在材料组织优化设计方面的创新能力。     

氧化锆陶瓷泡沫:一种有望大规模生产GDNF的生物支持材料(英文)

研究目的:探讨氧化锆陶瓷泡沫细胞培养体系在胶质细胞源性神经营养因子(GDNF)生产方面的潜在用途。创新要点:运用氧化锆陶瓷泡沫构建神经胶质细胞3D培养体系并测定该体系,该体系GDNF的产量明显优于传统的细胞培养体系。研究方法:将原代神经胶质细胞种植于氧化锆陶瓷泡沫3D培养体系中,采用四唑盐(MTT)比色法对其生物相容性进行观察;采用扫描电子显微镜观察该体系神经胶质细胞形态;检测DNA含量以评估细胞增殖情况;采用酶联免疫吸附测定法(ELISA)检测该体系GDNF的产量;采用实时定量聚合酶链式反应(PCR)及免疫印迹试验(Western blotting)对胶质细胞中产生GDNF的信号通路激活情况进行观察。重要结论:氧化锆陶瓷泡沫生物相容性好,由其构建的3D培养体系的GDNF产量明显优于传统2D培养体系。     

基于氧化锆桩核的种植牙力学特性及疲劳寿命（英文）

为了研究桩核修复对牙体的影响及其使用寿命,基于Micro CT扫描建立桩核修复后上颌第一尖牙的三维有限元模型.对牙齿加载100 N咬合力,分析不同材质桩核修复后的应力分布状况.通过实验数据拟合氧化锆材料的S-N疲劳特性曲线,利用fe-safe疲劳分析软件,研究氧化锆桩在牙齿内部的使用寿命.结果表明:纤维桩修复时牙本质的根颈应力比氧化锆桩修复时大,而根尖的应力比氧化锆桩修复时小;纤维桩本身的应力比氧化锆桩的应力小.疲劳分析结果表明,正常咀嚼力下,氧化锆桩在牙齿内部可以使用长达20年.对比纤维桩在临床修复上的表现,氧化锆桩修复缺损牙齿效果更好.     

基于印刷散斑DIC技术的飞行器结构力学实验教学设计

印刷散斑数字图像相关技术是一种先进的非接触式全场应变测量技术,将其应用于飞行器结构力学薄壁结构实验教学,可以直观呈现薄壁结构中板元件的应变分布,对于加深学生对薄壁结构力学分析方法的理解有很大帮助。同时也从实验内容和实验技术两方面对原教学实验项目进行了拓展,有助于学生及时了解和掌握先进的实验力学测试技术,扩宽知识视野。     

陶瓷基复合材料单钉沉头连接结构挤压性能试验

为研究二维编织陶瓷基复合材料不同沉头深度和沉头角度的单钉沉头螺栓连接结构的挤压力学性能,在相同的拧紧力矩下,对单钉沉头螺栓连接结构进行了拉伸试验,获得了不同沉头深度和角度下连接结构的拉伸载荷-位移曲线。参考ASTM D5961标准中的数据处理方法,分析得到了挤压强度和最大载荷,以及挤压强度与沉头角度和沉头深度的关系。用DIC(3D Digital Image Correlation)系统观测了复合材料板连接孔附近的全场应变分布,分析了挤压试验件连续的应变累积过程和典型破坏模式的DIC应变云图,使用三维显微镜观测了试件的局部破坏模式。研究可以为陶瓷基复合材料沉头螺栓连接结构的设计提供参考。