發(fā)布時(shí)間：2021-10-24 13:59

　　數(shù)字體相關(guān)（Digital Volume Correlation,DVC）方法是一種能夠?qū)Y(jié)構(gòu)內(nèi)部全場(chǎng)變形進(jìn)行直接測(cè)量的技術(shù)。本文建立了基于工業(yè)CT（Computed Tomography）設(shè)備、自行研制的原位加載裝置和商用DVC分析軟件的結(jié)構(gòu)內(nèi)部變形測(cè)量系統(tǒng),設(shè)計(jì)多種結(jié)構(gòu)形式的試樣,可產(chǎn)生從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的不同內(nèi)部變形場(chǎng),采用激光選區(qū)熔融（Selective Laser Melting,SLM）工藝制作拉伸、雙環(huán)型壓縮和缺口拉伸等增材制造鋁合金試樣,進(jìn)行原位加載及成像實(shí)驗(yàn),使用DVC方法獲取了試樣內(nèi)部三維位移場(chǎng)與應(yīng)變場(chǎng)數(shù)據(jù)。相比標(biāo)準(zhǔn)材料,實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的簡(jiǎn)單拉伸試樣的彈性模量出現(xiàn)顯著下降,與機(jī)械測(cè)量結(jié)果完全吻合,這是試樣打印時(shí)引入的高孔隙率導(dǎo)致的;雙環(huán)型壓縮試樣在載荷作用下產(chǎn)生了預(yù)想的含梯度應(yīng)變場(chǎng),其分布形式與有限元方法計(jì)算結(jié)果吻合;缺口拉伸試樣的應(yīng)力集中現(xiàn)象在測(cè)量得到的三維變形場(chǎng)中有明顯表現(xiàn)。本文研究結(jié)果驗(yàn)證了使用DVC方法對(duì)增材制造鋁合金材料內(nèi)部三維變形場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量的可行性和有效性。 

【文章來(lái)源】：實(shí)驗(yàn)力學(xué). 2020,35(05)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：9 頁(yè)

【部分圖文】：

(a)增材制造正方體鋁合金塊;(b)多取向鋁合金拉伸試樣;(c)3D打印雙環(huán)燈籠形試樣;(d)模擬應(yīng)力集中試樣

使用DVC方法測(cè)量三維變形場(chǎng)需要借助材料內(nèi)部存在的密度分布差異、顆粒結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)分層、裂紋及孔隙等微觀結(jié)構(gòu)特征,它們?cè)谌S數(shù)字體圖像中產(chǎn)生的灰度差異將作為變形信息載體,通過(guò)追蹤其在受載變形前后的空間位移計(jì)算出試樣材料內(nèi)部三維變形場(chǎng)。對(duì)于缺乏明顯微觀結(jié)構(gòu)特征的材料,可通過(guò)制作試樣時(shí)混入顆粒狀標(biāo)志物或預(yù)制內(nèi)部孔隙進(jìn)行變形追蹤,但會(huì)對(duì)材料本身的力學(xué)性能產(chǎn)生影響[17]。本文使用的圖像處理軟件為CSI(Correlated Solutions Inc)公司的DVC分析軟件Vic-Volume[14],當(dāng)材料中變形信息載體尺度在10至15個(gè)像素左右時(shí),最有利于軟件對(duì)其追蹤和計(jì)算空間位移,因此在制作試樣時(shí)特別調(diào)整了工藝參數(shù),使得試樣內(nèi)部能夠形成適合識(shí)別的隨機(jī)分布孔隙,從而在圖像中產(chǎn)生便于計(jì)算的顯著灰度差異。需要指出的是,本文中使用的試樣存在人為設(shè)定孔隙,其性能不代表實(shí)際產(chǎn)品。1.2 基于工業(yè)CT和DVC方法的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

在600N拉伸載荷作用下的X取向拉伸試樣的位移場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)如圖3和圖4所示。由圖3可見(jiàn)內(nèi)部位移場(chǎng)從下到上總體線性增加,能觀察到同一橫截面上位移輕微的線性變化,可能是簡(jiǎn)易加載裝置的偏心造成的;由圖4可觀察到試樣內(nèi)部應(yīng)變場(chǎng)總體較為均勻,符合簡(jiǎn)單拉伸變形的理論計(jì)算結(jié)果。圖4 1700N拉伸載荷下的試樣軸向應(yīng)變場(chǎng): (a)整體;(b)YZ中截面;(c)XZ中截面;(d)XY中截面

【參考文獻(xiàn)】：
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