透明件断裂行为的数值-实验混合方法研究

Non-contact and accurate measurement of full-field displacement, strain and stress of various transparent materials is critical to the safety design, reliability evaluation and life prediction of structure. This project will develop a novel experimental method of digital gradient sensing(DGS) method. To cope with the valus directly measurd from DGS method was stress sum gradient and were not stress components, a method for full-field stress measurement will be proposed.The inverse gradient method is adopted to solve the full-field stress and then an experimental-numerical hybrid method for the stress separation in DGS is proposed in this study.The proposed method is used for stress separation even if the boundary condition is complicated and for understanding failure behavior or quantifying the associated fracture parameters. Specific analysis and method is made to determine the crack tip which is key problem for stress intensity factor prediction. This topic bases to solve the basic problem of transparent material fracture mechanics and experimental mechanics field, has important practical significance to the design、manufacture、application and development of transparent material.

对透明材料和结构由载荷引起的全场应力进行非接触式、高精度测量对于结构的安全设计、可靠性评定以及使用寿命预测都有着重要的意义。本项目主要研究数字梯度敏感法这一实验技术。针对数字梯度敏感法直接测得的是全场应力和梯度而非全场应力分量这一问题，提出求解全场应力分量的方法。本项目采用逆梯度法求解全场应力和，然后提出与有限元相结合的方法即数值-实验混合方法分离应力从而获得全场应力分量。利用所提出的混合方法求解边界条件复杂情况下受力物体计算区域内的全场应力并且对透明材料的断裂力学行为进行研究，提取断裂力学参量，其中针对求解应力强度因子关键问题中的裂纹尖端位置的确定提出了具体的分析，计算方法。本项目立足解决透明材料断裂力学和实验力学领域的基本难题，对透明材料的设计、制造及应用开发具有重要的实际意义。

对透明材料和结构由载荷引起的全场变形,应变和应力进行非接触式、高精度测量对于这些材料的安全设计、可靠性评定以及使用寿命预测都有着重要的意义。本项目主要研究一种数字图像相关测量方法与光弹效应相结合的方法即数字梯度敏感法。针对数字梯度梯度敏感法直接测得的是全场应力和梯度而非全场应力分量这一问题，本项目采用最小二乘积分法求解应力和，然后提出与有限元相结合的方法即实验-数值混合方法分离应力从而获得全场应力分量。利用所提出的方法求解边界条件复杂情况下如接触面的全场应力并且对透明材料的断裂力学行为进行研究，提取断裂力学参量，其中针对求解应力强度因子关键问题中的裂纹尖端位置的确定提出了具体的分析，计算方法。对测量过程中不可避免产生的面内刚体位移及离面位移产生的误差进行了分析及公式推导，并提出了消除此误差的方法。本项目立足解决透明材料断裂力学和实验力学领域的基本难题，对透明材料的设计、制造及应用开发具有重要的实际意义。