Materials:现代材料力学实验与测量方法——特刊文章精选 | MDPI 编辑荐读

文摘   2024-11-07 08:12   北京  

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荐读导语

随着现代实验技术的发展,材料的静态和动态、宏观和微观力学性能得到了广泛的研究。科学家已开发出各种用于材料的实验与测量的技术。本期编辑荐读为您精选了 Materials 期刊“Modern Experimental and Measurement Methods for Mechanics of Materials (现代材料力学实验与测量方法)”特刊中发表的优质文章。希望能为相关领域的学者提供参考和新的思路,欢迎阅读。

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01

Study on the Compressive Properties of an Elastomeric Porous Cylinder Using 360° Three-Dimensional Digital Image Correlation System

利用360°三维数字图像相关系统研究弹性多孔圆柱体的压缩性能

Wei Sun et al.

https://www.mdpi.com/2336426




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本研究提出了一种360°3D数字图像相关 (DIC) 系统以探究弹性多孔圆柱体的压缩性能。这个紧凑的隔振台系统可以从四个不同角度和视场捕获物体的不同部分,从而能够全面测量物体的整个表面。为了提高拼接质量,本研究提出了一种粗精坐标匹配方法。首先,作者使用三维刚体标定辅助块来跟踪物体运动轨迹,实现四个3D DIC子系统的初步匹配;随后,利用散射散斑信息特征指导精细匹配;通过对圆柱壳进行的三维形状测量,验证了360°3D DIC系统的精度,结果显示壳直径的最大相对误差为0.52%。此外,作者还对弹性多孔圆柱体全表面的3D压缩位移和应变进行了深入研究。研究结果证明了所提出的360°测量系统在计算有空隙的图像方面的稳健性,并表明周期性圆柱形多孔结构的泊松比为负。

关键词:360°3D DIC系统、全表面应变测量、粗细匹配方法、弹性周期性多孔圆柱体、压缩性能。


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原文出自 Materials 期刊

Sun, W.; Zhao, J.; Li, X.; Xu, Z.; Chen, Z. Study on the Compressive Properties of an Elastomeric Porous Cylinder Using 360° Three-Dimensional Digital Image Correlation System. Materials 2023, 16, 4301.


02

Influence of Manufacturing Defects on Mechanical Behavior of the Laser Powder Bed Fused Invar 36 Alloy: In-Situ X-ray Computed Tomography Studies

制造缺陷对激光粉末床熔融Invar 36合金力学行为的影响:原位X射线计算机断层扫描研究

Shuo Yang et al.

https://www.mdpi.com/2236798




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激光粉末床熔合 (LPBF) 对Invar 36合金的机械性能施加了制造缺陷的限制。因此,本研究对以不同扫描速度制造的LPBFed Invar 36合金进行了原位X射线计算机断层扫描 (XCT) 测试,以探究制造缺陷和机械行为之间的关系。观察以400 mm/s扫描速度制造的LPBFed Invar 36合金,可见其制造缺陷呈随机分布,且趋向于椭圆形;同时可以观察到塑性变形行为,这是由于材料内部的缺陷而导致的延性失效。而观察以1000 mm/s扫描速度制造的LPBFed Invar 36合金,可见大量层状缺陷,这些缺陷主要分布在沉积层之间,并且其数量显著增加;该条件下塑性变形行为较少,这是由于材料表面浅层的缺陷导致的脆性失效。这些制造缺陷和机械行为的差异可以归因于激光粉末床熔合过程中输入能量的变化。

关键词:激光粉末床熔合、Invar 36合金、制造缺陷、机械行为、原位X射线计算机断层扫描。


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原文出自 Materials 期刊

Yang, S.; Yang, Q.; Qu, Z.; Wei, K. Influence of Manufacturing Defects on Mechanical Behavior of the Laser Powder Bed Fused Invar 36 Alloy: In-Situ X-ray Computed Tomography Studies. Materials 2023, 16, 2956.


03

Single-Camera Three-Dimensional Digital Image Correlation with Enhanced Accuracy Based on Four-View Imaging

基于四视角成像的高精度单相机三维数字图像相关

Xinxing Shao, Jingye Qu and Wenwu Chen

https://www.mdpi.com/2220772




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单相机三维数字图像相关技术由于成本低、结构紧凑、无需复杂的相机同步等优点,在材料与结构变形测量中越来越受到关注。传统的单相机3D-DIC系统中,左右视图像可由单个相机利用衍射光栅、双棱镜或一组平面镜记录。为进一步提高单相机3D-DIC的测量精度,本文提出一种通过在相机前安装一个角锥棱镜实现的单相机四视成像技术。该技术通过四个视图诱导的八个控制方程实现变形前后被测点的三维重构,同时这四个视图的强几何约束有助于提高测量精度。静态实验、刚体平动实验和四点弯曲实验表明,本文提出的单目3D-DIC方法比双目单目3D-DIC技术具有更高的测量精度,并且单目3D-DIC方法在降低随机误差和系统误差方面具有优势。

关键词:数字图像相关、多目几何约束、四目成像、金字塔棱镜。


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原文出自 Materials 期刊

Shao, X.; Qu, J.; Chen, W. Single-Camera Three-Dimensional Digital Image Correlation with Enhanced Accuracy Based on Four-View Imaging. Materials 2023, 16, 2726.


04

Defect Detection of Pipeline Inner Surface Based on Coaxial Digital Image Correlation with Hypercentric Lens

基于超中心透镜同轴数字图像相关的管道内表面缺陷检测

Jiankang Qi et al.

https://www.mdpi.com/1910410




针对管道内壁受力缺陷位置的检测问题,本文提出了一种采用超级中心镜头的同轴双摄像机数字图像相关系统。与传统双摄像机系统相比,该系统可以保证两台摄像机在同一位置拍摄360度全景图像。本文详细介绍了该系统的成像原理,并验证了所提方法的有效性和准确性。

关键词:缺陷检测、管道、超中心镜头、数字图像相关。


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原文出自 Materials期刊

Qi, J.; Xu, M.; Zhang, W.; Liu, Y.; Dai, X. Defect Detection of Pipeline Inner Surface Based on Coaxial Digital Image Correlation with Hypercentric Lens. Materials2022, 15, 7543.


05

Experimental Study on the Localized Deformation and Damage Behavior of Polymer-Bonded Explosive Simulant under Cyclic Compression

循环压缩下聚合物粘结炸药模拟物局部变形与损伤行为实验研究

Dong Jia et al.

https://www.mdpi.com/2680134




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本研究进行了单轴循环压缩试验,以探究聚合物粘结炸药 (PBX) 模拟物的压缩变形与损伤,尤其是剪切局部化;还利用光学观察和SEM扫描方法分析了PBX模拟物的宏观力学行为和细观失效机制。在每次循环压缩后,作者对试件进行X射线计算机断层扫描 (CT),并采用数字体积相关 (DVC) 方法计算了试件内部的三维变形。实验结果显示,PBX模拟物的应力-应变曲线呈现出五个阶段,与试件表面的形貌变化吻合。细观失效机制主要包括颗粒界面脱粘和粘结剂撕裂,同时伴随少量颗粒破碎。法向应变分量和剪应变分量随压缩应变的变化曲线上存在着三个分叉点 (T1、T2和T3)。研究结果发现这些分叉点可以反映试样从不明显损伤到均匀分布损伤、剪切局部化再到最终宏观断裂的整个过程。应变不变量I1能够定量地、全面地表征PBX模拟物在循环压缩下的变形和损伤过程。

关键词:聚合物粘结炸药、单轴循环压缩、计算机断层扫描、数字体积相关、剪切局部化。


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原文出自 Materials 期刊

Jia, D.; Hao, Z.; Peng, Y.; Yan, S.; Hu, W. Experimental Study on the Localized Deformation and Damage Behavior of Polymer-Bonded Explosive Simulant under Cyclic Compression. Materials 2024,17, 919.


06

Modal Analysis Using Digital Image Correlation Technique

利用数字图像相关技术进行模态分析

Peter Frankovský et al.

https://www.mdpi.com/1781370




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本研究介绍了一种基于测量位移值,利用非接触式光学数字图像相关法 (DIC) 进行模态参数 (共振频率、模态形状和阻尼系数) 实验测定的新方法。该研究中,作者开发了一个新的应用模块,该模块可以根据实验测量结果的三维位移矩阵构建频率响应函数 (FRF),用于实验和操作模态分析。通过分析该频率响应函数,可以确定感兴趣的模态参数。这个应用模块已经设计用于Scilab 6.1.0中,其代码可以直接与ISTRA4D高速摄像机软件进行交互。该模块是基于对受冲击锤激励的钢板进行测量,从而模拟实验模态分析的。为了验证所开发的计算算法或受激薄金属板所获得的模态参数的准确性,作者在Abaqus数值软件中进行了模拟。模拟得到的模态振型和共振频率与新开发应用程序的结果高度一致。

关键词:数字图像相关法 (DIC)、实验模态分析、工作模态分析、频响函数。


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原文出自 Materials 期刊

Frankovský, P.; Delyová, I.; Sivák, P.; Bocko, J.; Živčák, J.; Kicko, M. Modal Analysis Using Digital Image Correlation Technique. Materials 2022, 15, 5658. 


客座编辑


邵新星 副教授

东南大学

研究兴趣:实验力学、光力学、数字图像相关。


代祥俊 副教授

山东理工大学

研究兴趣:散斑干涉法、数字图像相关、无损检测。


陈振宁 副教授

南京航空航天大学

研究兴趣:光机械学、数字图像相关、干涉测量法。


   Materials 期刊介绍

主编:Maryam Tabrizian, McGill University, Canada

期刊发表涵盖材料科学与工程研究相关各个领域的最新研究成果,包括但不限于高分子、纳米材料、能源材料、复合材料、碳材料、多孔材料、生物材料、建筑材料、陶瓷、金属等,以及材料物理化学、催化、腐蚀、光电应用、结构分析和表征、建模等研究领域在内的学术文章。

2023 Impact Factor

3.1

(JCR Q1*, Q2**)

2023 CiteScore

5.8

Time to First Decision

15.5 Days

Acceptance to Publication

3.4 Days

*JCR Q1 - "Metallurgy and Metallurgical Engineering";

**JCR Q2 - "Materials Science, Multidisciplinary"


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