夹杂物相互影响的数值计算与实验研究

论文摘要

材料的非均匀性往往会引起材料的局部损伤演化，包括裂纹(空洞)萌生、扩展，其静动态损伤、断裂问题也比均匀材料要复杂得多，主要表现在这种材料的静动态损伤、断裂特性与夹杂物及它们间的相互影响密切相关并随空间位置而改变。对夹杂物及它们间的相互影响问题的研究，在宏微观断裂力学、复合材料中都是十分重要的学术意义。等效夹杂物方法是细观力学中的一种重要方法，本文采用基于等效夹杂物方法编制的数值计算程序，在考虑多个夹杂物相互响应的情况下计算材料的应力、应变场，利用MATLAB软件实现了计算结果的三维显示。计算结果与文献中的精确解和数值计算结果相当吻合。数值计算程序不仅可以用于研究复合材料的损伤及失效，而且利用特殊构型的椭球空洞来模拟裂纹，可以计算裂纹的应力、应变场。本文分别利用传统全息和数字全息干涉测量系统针对同类型夹杂物间的干涉效应开展研究。实验获得了较为满意的数字全息干涉图。通过对不同构型的圆孔、椭圆孔和裂纹发生的干涉情况的分析、比较可以发现：多夹杂物间均存在不同程度的增强干涉效应或屏蔽干涉效应；在孔洞之间的增强干涉区存在明显的梯度应变条带；当距离不是很近时，裂纹之间的增强干涉效应主要是在裂纹之间形成高应力应变区，改变裂纹的扩展路径，推动裂纹之间的串接。这些实验很好地证实了数值计算的结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 研究夹杂物对材料破坏的影响所采用的方法
• 1.2.1 夹杂物问题应力场的数值计算
• 1.2.2 全息干涉法
• 1.2.3 数字全息术
• 1.3 本文的目的意义与主要研究内容
• 第二章 夹杂物问题的数值计算
• 2.1 概述
• 2.2 等效夹杂物理论
• 2.2.1 夹杂物方法简介
• 2.2.2 异性椭球夹杂物无外加应力时本征应变引起的应变、应力场
• 2.2.3 异性椭球夹杂存在本征应变时在外加载荷作用下的应变、应力场
• 2.2.4 考虑单个夹杂物的局部应力、应变场
• 2.2.5 考虑多个夹杂物的应力场
• 2.3 数值计算
• 2.3.1 与文献中计算结果的比较
• 2.3.2 其它夹杂物计算结果及其三维显示
• 2.4 结果与讨论
• 第三章 激光全息干涉原理与试验
• 3.1 概述
• 3.2 激光全息干涉计量术基本原理
• 3.2.1 激光全息干涉计量术
• 3.2.2 实时全息干涉法
• 3.3 实验装置系统
• 3.3.1 加载装置
• 3.3.2 光路系统
• 3.3.2.1 全息干涉实验的光源—激光器
• 3.3.2.2 防震工作台
• 3.3.2.3 记录和接受系统的记录介质—全息底片
• 3.3.3 数据记录和处理系统
• 3.4 试件类型
• 3.5 全息干涉实验说明及注意事项
• 3.5.1 实时激光全息干涉试验步骤
• 3.5.2 试验注意事项
• 3.6 实时激光全
• 第四章 数字全息技术原理和实验
• 4.1 数字全息技术的相关技术
• 4.1.1 光电图像传感器技术
• 4.1.2 数字图像处理技术
• 4.1.3 二维傅立叶变换的基本理论
• 4.2 实时数字激光全息干涉实验
• 4.3 全息干涉实验结果分析
• 4.3.1 孔洞夹杂物间的干涉
• 4.3.2 裂纹夹杂物间的干涉
• 4.4 讨论
• 第五章 结论和展望
• 5.1 结论
• 5.2 创新点
• 5.3 进一步工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 攻读硕士学位期间发表和完成的学术论文目录