含能材料损伤裂纹的工业CT图像分析

高聚物粘结炸药(PBX)可看作由炸药晶体及各种添加剂构成的多组份复合材料,为研究温度冲击时裂纹在炸药内部结构中扩展的过程,采用微焦点X射线CT扫描技术获得不同温度冲击条件下,炸药破裂过程中的一系列CT图像.本文根据CT差值图像,由是否出现线状影像判断裂纹的存在,通过变换CT差值图像中像素值的阈值范围分析裂纹的分布特点.基于CT物理原理对裂纹区域进行选取和定量化描述,研究了含能材料CT图像中裂纹形态判定和扩展方式的问题,从理论上探讨了含能材料损伤破坏的细观机理,为今后进一步利用CT进行材料疲劳寿命等相关分析提供一种新的方法.     

多维体视方法论及其在地球科学研究中的意义

本文阐述"多维体视方法论",主张立体透视与动态、多维地看问题;它起源于医学CT(计算机层析学)透视成像、核磁共振(MRI)等体视学方法研究疾病的生理解剖结构、病理特征、监测人体有关器官的各种变化,是行之有效的方法;已成功地应用于检测工业器械、航天器及地下结构等物体的内部结构,从而发展和演绎出来的认识论方法.在医学领域将CT 、MRI所得二维信息和断面图像、对病灶区引入"体显示"和"面显示"等可视化技术,将能充分反映不同疾病的病理、药理特征;在航天、地学等领域同样应用着CT多维"可视化技术".本文试图发扬综合预测的学术思想,将医学临床应用CT、核磁共振、体视学方法结合研究其他制约因素指标,从而区分出疾病的原发、继发分期,导致绝症的进程和前兆,概括为"多维体视预测方法";也适用于地震孕育、强震发生与火山喷发预测的研究.     

微米级炸药晶体缺陷的μVCT试验研究

炸药晶体内部缺陷是影响炸药材料性能的一个关键因素.本文利用微焦点X射线体式CT(μVCT)技术研究了典型炸药奥克托今(HMX)晶体的内部结构,并对HMX似晶体的孔隙率进行了定量分析.结果发现一般HMX晶体内部含有较多的微米级孔隙,其面孔隙率可高达1%～2%,揭示了炸药件初始损伤的存在并解释了炸药晶体密度与其理论密度有差异的原因;而经过一定工艺处理后的HMX晶体内部孔隙则有效地减少,晶体密度和材料性能均能明显提升.研究表明对于几十微米以上尺寸的HMX炸药晶体,μVCT可有效地研究其内部结构并实现对其内部细小孔隙缺陷的定量,为深入研究炸药件成型性能和损伤破坏机理提供了一种直观的、可靠的实验手段.     

微焦点CT在含能材料密度测试中的应用研究

本文利用微焦点体积CT(μVCT)技术和同步测试方法,研究含能材料体密度与体积CT灰度值的相互关系,探讨相近密度范围内含能材料试件的密度测试方法.采用该方法可以分辨出样件间0.1%的密度差;在样件密度变化范围为2.5%时,试件体密度-体积CT灰度值的线性相关系数达到0.999.     

工业计算机断层扫描仪(工业CT)研制报告

工业CT(ICT)是用于工业产品进行无损检测和探伤的先进仪器。ICT技术能紧密、准确地再现物体内部的三维立体结构,能够定量地提供物体内部的物理、力学等特性,如缺陷的位置及尺寸、密度的变化及水平,异型结构的形状及精确尺寸,物体内部的杂质及分布等。ICT的功能和特性在许多方面越过X光和超声检测,为航空、航天、兵器等工业领域的精密零部件的无损检测提供了新的手段。该技术研制成功并荣获1994年度亚洲CT技术十大科技进展成果奖。有关专家认为该技术居国内先进水平,与国际水平相当。我们研制开发的工业CT机已经为中国航空材料研究所、中国运载火箭技术研究院、兵器工业总公司等多家科研、生产单位进行了各种零件的测试。     

工业CT技术在卫星产品检测中的应用

卫星产品许多都采用了焊接结构。为了保证其使用的安全可靠性,必须对焊缝进行l00％的无损检测。然而对于一些形状复杂的精密电子束焊件,由于产品尺寸小,加之焊缝周围结构的遮挡,使常规方法的应用受到了限制。工业CT技术具有不受试件材料种类、形状结构及表面状况限制的特点,能给出与试件材料密度及尺寸特性相对应的断层扫描图象,分辨率高,在检测复杂构件方面显示出了优势。本文介绍了卫星产品精密复杂焊接件对无损检测技术的具体要求,研究了卫星产品电子束焊缝的工业CT检测方法,包括设备、对比试样、检测工艺、评定方法等,并通过电磁阀、喷注器、自锁阀、减压器、加注/排放阀、单向阀、气滤、过滤器等具体产品检测实例,描述了工业CT技术在卫星产品检测中的应用。实际应用表明：工业CT是检测航天卫星产品精密复杂结构件焊缝缺陷的理想手段,其成象直观,缺陷的定位、定性和定量结果可靠,完全能满足产品的质量控制要求。目前,累计用工业CT检测卫星产品数批若干件,检测焊缝上千条。剔出有超标缺陷的产品40件,避免了隐患。经过工业CT检测的产品,己在"返回式卫星"、"风云二号"、"东方红三号"、"资源一号"、"中星-22号"等型号卫星中取得了成功应用。     

显微动态与功能CT-未来的21世纪CT

病理宏观肉眼诊断的空间分辨率为毫米数量级,而微观病理显微诊断的空间分辩为微米数量级。目前医学CT影像的空间分辨率已达到0.35mm已能满足宏观病理学诊断的要求。如果医学CT的空间分辩率再提高到微米水平,即可清晰显示细胞和组织的微细结构,从而满足现代医学临床病理诊断金标准的要求。目前工业CT(ICT)的空间分辨率已达到5－10微米,从而为提高医学CT的空间分辨率提供技术依据。本文给出用工业微焦点CT机首次对生物组织进行显微成像的结果。认为,应用微焦点X线源,以及采用钨酸镉集成电路CCD检测技术,进一步缩小检测器元件探头的尺寸和增加检测器探头的数目,可以提高医学CT的空间分辨率;应用电子束快速扫描技术,可以提高医学CT的时间分辨率,达到动态的水平：应用双能X线束扫描技术,可以进一步提高密度分辩率。如果未来医学CT的空间分辨率达到微米级(显微CT),时间分辨率达到毫秒级(动态CT),密度分辨率能观察到神经细胞有兴奋时胞内钙离子浓度的瞬态上升1000倍,即成为显微动态和功能CT,就可以观测人脑神经元在不同功能状态下的动态兴奋和时空编码过程,对进一步研究人脑的学习记忆和思维认知过程有重要意义。     

16排螺旋CT3D及MIP在肝癌APS中的临床应用

目的:探讨16排螺旋CT三维及最大密度重建技术在肝癌动门脉分流诊断中的应用价值.方法:对64例肝癌伴动门脉分流患者的16排螺旋CT增强图像进行三维及最大密度重建,并对重建图像进行观察和分析(与CT轴位图像和数字减影血管造影图像进行对照).结果:16排螺旋CT三维及最大密度重建技术能全面、直观、多方位地显示肝癌动门脉分流的影像征象,并能较好显示动门脉分流导致的血液动力学改变.结论:16排螺旋CT三维及最大密度重建作为轴位CT图像的重要后处理技术,具有无创、直观、快速显示肝癌动门脉分流各种影像征象的特点,为临床诊断和治疗肝癌动门脉分流提供可靠的依据.     

高能射线工业CT最新进展

本文主要介绍了清华大学在高能射线工业CT研究及产业化方面的新进展,介绍了其中的多项成果:小体积、大功率的直线加速器,低噪声、高效率的阵列固体探测器,旋转极坐标反投影快速图像重建算法等.高能工业CT技术的研制成功及产业化,使我国高能工业CT技术达到国际先进水平,结束了我国无自主研制大型工业CT检测系统的历史,解决了我国大型工件无损检测难题,对提高我国高能无损检测技术水平具有重大意义.     

X射线三维显微镜及其典型应用

X射线三维显微镜（显微CT）是目前发展最热门、成长最快的CT成像技术门类之一,在微纳制造技术、新材料以及电子科学等领域起着十分重要的作用并得到广泛的应用。X射线三维显微镜能够以亚微米的细节分辨能力对被检测对象内部结构进行无损的三维成像,是一种新型的检测设备。本文介绍了三英精密仪器有限公司研制的nano Voxel-2000系列X射线三维显微镜的结构和工作原理,展示了该仪器在系统设计、成像方法及应用分析方面的特色。该系列的X射线三维显微镜最大管电压为150 k V,采用5μm的微焦源实现低于500 nm的成像分辨率,能够进行不同尺寸样品、不同分辨率的成像。在此基础上,探讨了X射线显微镜的典型应用,主要对样品的内部结构、形貌进行表征。希望典型应用的实例能起到抛砖引玉的作用,吸引更多学者利用X射线三维显微成像技术开展科学研究,拓宽X射线三维显微镜的应用领域。     

利用有限元方法模拟力学拉伸试验以钢纤维混凝土为例

力学试验是获取岩石等许多工程材料力学性能的主要方法之一。 但是对某些特殊材料, 由于影响其力学性能的因素众多, 单纯通过试验来获取其力学性能, 成本高, 过程复杂。 如工程抗震中目前普遍使用的钢纤维混凝土(SFRC), 很难单纯通过力学试验来获取钢纤维的分布对其力学性能的影响。 本文基于随机方法对钢纤维混凝土建立有限元模型, 利用数值模拟的方法来估计钢纤维的分布和体积率对钢纤维混凝土拉伸性能的影响。 通过与试验结果比较验证了其可行性, 结果表明钢纤维的分布对钢纤维混凝土屈服前的力学性能影响较小, 对屈服后的应力-应变特征影响较大。 当钢纤维体积率从1%变化到2%, 钢纤维混凝土的屈服强度与体积率大致为线性关系, 强度随之增加。     

应变率对钢筋混凝土柱动态特性的影响

文中以OPENSEES有限元软件为工具,利用基于柔度法的钢筋混凝土柱纤维单元,考虑钢筋与混凝土材料的应变率效应,对钢筋混凝土柱进行了动态响应分析,并用试验结果验证了文中方法的正确性.通过数值模拟,研究了钢筋混凝土柱在不同轴压比、不同混凝土强度、不同纵筋率条件下的动态力学特性.结果表明,随着轴压比的提高,钢筋混凝土柱的应...     

基于纤维模型的受火后混凝土框架的有限元分析

为了分析受火后混凝土框架结构的残余力学性能,基于纤维模型的思路,将梁、柱构件截面划分成多个纤维,可以考虑构件截面的不均匀温度场分布以及受火损伤后材料力学性能的变化。以ABAQUS通用有限元软件为开发平台,利用Python编程语言对其进行二次开发,将SAP2000建立的模型文件导入到ABAQUS中,对基于纤维模型的混凝土框架进行受火后的温度场分析和非线性力学分析。通过一个多层多跨三维混凝土框架火灾反应的实例,对该框架在受火后的力学反应进行了分析,可为评估混凝土框架结构受火后的残余力学性能提供参考。     

基于OpenSees的CFRP加固RC短柱抗震性能数值模拟

采用地震工程开源模拟软件OpenSees对CFRP加固RC短柱进行了静力Push over分析和低周往复加载分析,并与通用有限元软件ANSYS模拟结果进行对比研究.研究结果表明:利用CFRP进行加固,不仅阻止了RC短柱的脆性剪切破坏,而且使破坏模式转化为延性弯曲破坏,增强了结构延性,进而有效地提高其抗震性能;同ANSYS相比,OpenSees可以宏观的反映CFRP与混凝土共同作用的非线性力学特征,有效地对构件和结构进行加固后的承载力及抗震性能分析.     

适用于村镇房屋的新型摩擦摆隔震性能试验研究

针对村镇房屋隔震设施薄弱的问题,本着低成本、易施工的原则,设计了一种玄武岩纤维混凝土材料的摩擦摆隔震支座。将该新型支座与传统钢制摩擦摆支座进行拟静力试验,研究了该新型支座在相同的竖向荷载作用,不同频率下的干摩擦和润滑摩擦两种工况的支座的滞回性能,得出了该新型支座的基本力学性能,通过利用SAP2000有限元模型对采用该新型支座的隔震结构进行了动力时程分析,并且将该新型支座与传统钢制摩擦摆支座在滞回性能、构造方式和经济性三方面进行对比分析。结果表明:玄武岩纤维混凝土摩擦摆支座的滞回性能略低于钢制摩擦摆支座滞回性能,该支座隔震效果显著且易模性好,便于施工,造价低廉,适用于低层村镇房屋隔震设计与施工。     

Quasi-plane-hypothesis of strain coordination for RC beams seismically strengthened with externally-bonded or near-surface mounted fiber reinforced plastic

The application of fiber reinforced plastic(FRP),including carbon FRP and glass FRP,for structural repair and strengthening has grown due to their numerous advantages over conventional materials such as externally bonded reinforcement(EBR) and near-surface mounted(NSM) strengthening techniques.This paper summarizes the results from 21 reinforced concrete beams strengthened with different methods,including externally-bonded and near-surface mounted FRP,to study the strain coordination of the FRP and steel rebar of the RC beam.Since there is relative slipping between the RC beam and the FRP,the strain of the FRP and steel rebar of the RC beam satisfy the quasi-plane-hypothesis;that is,the strain of the longitudinal fiber that parallels the neutral axis of the plated beam within the scope of the effective height(h 0) of the cross section is in direct proportion to the distance from the fiber to the neutral axis.The strain of the FRP and steel rebar satisfies the equation:ε FRP =βε steel,and the value of β is equal to 1.1-1.3 according to the test results.     

地震作用下纤维编织网增强钢筋混凝土柱的抗震性能分析

为了解地震作用下纤维编织网增强钢筋混凝土柱的抗震性能,采用钢筋、混凝土、纤维编织网浇筑纤维编织网增强钢筋混凝土柱,编织网主材为碳、玻璃纤维束;利用电液伺服加载系统为试件加载地震作用,监测相关数据,部分试件置入氯化钠溶液进行多次干湿循环。不同环境下的实验结果显示:纤维编织网层数越多,纤维编织网增强钢筋混凝土柱承载能力越强,抗震性能越好;配箍间距较大时,纤维编织网增强钢筋混凝土柱的抗震性能仅在地震作用的后期呈现较差状态;干湿循环次数越多,纤维编织网增强钢筋混凝土柱承载力越弱,抗震性能越差。对于氯盐环境而言,可增加纤维编织网增强钢筋混凝土柱的抗腐蚀措施改善抗震性能。适当增加纤维编织网的数量、降低配箍间距有利于提升纤维编织网增强钢筋混凝土柱的抗震性能。     

强震动观测台站类型对地震动的影响分析

以强震动台站结构类型作为控制因素,基于集中质量显式时域动力有限元方法,系统地分析了不同场地条件下观测室结构（砌体观测房、半地下观测室、玻璃钢罩观测室）对地震动的影响。通过对北京地球观象台院内并址观测实验台站捕获的地脉动和两次地震事件数据的处理并结合数值模拟结果,分析得到不同类型观测室对地震动的影响规律。结果表明：观测室结构对地震动的影响是客观存在的,由于观测室结构自振周期和体量不同,不同观测室对地震动的影响频带和影响程度亦存在差异,相较于其它结构对地震动的影响,玻璃钢罩观测室的影响频带较窄、影响程度最小。     

Comparison of fundamental properties of new types of fiber‐mesh‐reinforced seismic isolators with conventional isolators

New types of fiber‐reinforced rubber‐based seismic isolators have been a research interest for a number of engineers in the past decade. These new types of isolators can have similar seismic performances compared with the conventional ones. In most of the previous researches, the fiber‐reinforced rubber‐based isolators is usually manufactured with placing fiber sheets between precut rubber layers with the use of a bonding agent. This research differs from the previous researches in terms of manufacturing process, use of fiber mesh instead of fiber sheets, and use of lead in the core for some of the bearings. The aim of this research is to provide comparisons in fundamental seismic response properties of the new type of fiber mesh reinforced isolators and conventional isolators. In this scope, four pairs of fiber mesh reinforced elastomeric bearings and four pairs of steel‐reinforced elastomeric bearings are subjected to various levels of compression stresses and cyclic shear strains under constant vertical pressure. The tested types of isolators are fiber mesh reinforced elastomeric bearing, fiber mesh reinforced elastomeric bearing with lead core, steel‐reinforced elastomeric bearings, and steel‐reinforced elastomeric bearings with lead core. In this research, steel‐reinforced bearings are called conventional isolators. The major advantage for fiber mesh reinforced bearings observed during the tests is that these isolators can develop a considerable low horizontal stiffness compared with the conventional isolators. The damping characteristics of the new and conventional types are similar to each other. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

ABAQUS混凝土损伤塑性模型的动力性能分析

地震作用在混凝土结构上会在其材料中产生较高的应变率,混凝土材料具有一定的率敏感性,准确模拟混凝土结构在地震作用下的反应需采用混凝土动态本构模型。为评估ABAQUS有限元软件中的混凝土损伤塑性模型模拟混凝土动力性能的能力,采用该模型对混凝土材料和构件在不同加载速度下的动态反应进行了有限元数值分析。结果表明,随着加载速度的提高,混凝土的抗压强度提高,下降段坡度增大,混凝土梁的承载能力提高,模拟结果与相关试验结果吻合较好;该混凝土损伤塑性模型可以模拟混凝土材料和构件的主要动力特性,但也存在不足之处。