自适应数字散斑相关方法与铜箔材料断裂中的尺寸效应研究

摘要

该文将改进数字散斑相关实验方法中的相关搜索技术以及低维材料断裂中的尺寸效应研究作为两个主要研究内容.在目前的研究中,提高数字散斑相关方法的收敛速度和结果的精度是该方法的发展方向.该文将基于自然选择原理的遗传算法引入到数字散斑相关方法中,提出了一种自适应数字散斑相关搜索方法.该方法在迭代过程中不需求解相关函数的一阶和二阶偏导数,直接利用目标函数值作为迭代的依据,在减小计算量、提高收敛速度的同时兼顾了结果精度的提高.同时,在相关原理的基础上,发展了一种数字标记点的识别技术.该技术可以较好的应用于较大变形范围的测量,有效地解决了金属以及非金属类薄膜、细丝等低维材料应变的测量问题.然后,对尼龙6薄膜材料及碳纤维细丝材料的基本力学性能进行了较为详细的实验研究.该文还研究了铜箔材料的基本力学性能和应力应变关系.用数字散斑相关方法对金属薄箔材料裂纹尖端区域的变形场进行了测量.采用双CCD光路系统,给出了用数字散斑相关方法测量断裂韧性的技术.为了对低维材料断裂中的尺寸效应问题进行研究,该文采用数字散斑相关方法对不同厚度铜箔材料(该论文中的厚度范围是0.023mm~1mm)的断裂韧性进行了系统的实验研究,定量地给出了断裂韧性JC随试件厚度B变化的曲线.结合扫描电镜的断口实验和金相显微镜的晶粒和显微组织实验全面地分析了不同厚度铜箔试件的断裂机理,从几个不同的方面详细分析了影响断裂韧性的因素.特别是从实验的角度研究了晶粒尺寸在铜箔材料断裂韧性的尺寸效应中的影响.该文还对比分析了铜箔材料各向性对断裂韧性的影响,给出了相应的实验曲线.通过以上研究发现,在微米厚度范围内铜箔材料的断裂韧性明显的受到厚度的影响.在断裂过程中,断裂机理、断裂过程、材料的显微组织结构、应力状态等几个方面分别对断裂韧性具有不同程度的影响.

目录

文摘

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第一章引言

1.1本文选题的背景

1.2本文研究领域存在的问题及选题的意义

1.3本文主要工作

第二章自适应数字散斑相关方法

2.1计算机辅助光学测量技术简介

2.2数字散斑相关方法(DSCM)

2.3遗传算法基本原理

2.4自适应数字散斑相关方法的数学模型和实现

2.5数字散斑相关方法的误差和精度分析

2.6本章小结

第三章数字标记点识别方法及其应用

3.1数字标记点识别方法基本原理

3.2非接触式光学应变计

3.3数字标记点识别方法在低维材料力学性能测试中的应用

3.4本章小结

第四章铜箔材料断裂力学实验研究

4.1铜箔材料的基本力学性能实验

4.2裂纹尖端变形场的测量

4.3铜箔材料积分的实验应力分析

4.4铜箔材料断裂韧性的测试

4.5本章小结

第五章铜箔材料断裂力学中的尺寸效应研究

5.1不同厚度铜箔材料断裂韧性的实验研究

5.2各向异性对铜箔材料断裂韧性影响的研究

5.3铜箔材料断裂中尺寸效应的进一步研究

5.4本章小结

第六章总结与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

博士在读期间发表论文和参加科研情况说明

致 谢