自然辩证法与材料变形（共8篇）
自然辩证法与材料变形 篇1
变形记-自然作文1200字
我不喜欢冬天，阵阵寒风刺骨，令人瑟瑟发抖，但直到我成为一个雪人，我才改变了这个想法。
一个早晨，我醒来发现自己站在雪地中，不能动弹，全身上下，都是白色的，几个孩子，围在我身旁，我想说话但却说不出来，他们取出来围巾给我裹上，瓜子点缀在我的脸上，拿来胡萝卜插在我的脸上，我想他们在干嘛。为什么要拿这些东西弄我脸上，我没有感觉到一丝的寒冷，他们用手把我的身子搓成一个圆圆的大球，把我的头拿下来，搓一撮又重新安上去拿来树枝往我身上使劲一插，这可真叫一个疼，这时，孩子的母亲们走来牵着他们的手，带着他们离开，看着他们若隐若现的身影，我好奇地用余光瞟了一眼我的下半身，雪白的大衣圆滚滚的身子，这时我才惊奇的发现我是一个雪人。
一开始，我还非常的惊奇，非常的激动，自己能成为一个雪人，看着孩子们无忧无虑，在这大街上享受着，不会觉得寒冷，不会觉得生活乏味，做一个无拘无束的雪人。
但慢慢地，我站在寒风中，身子虽然不冷，但是心灵却非常的冷落，雪中若隐若现，孩子们都走了，街上空无一人，想回家，但不能动，只能呆呆地朝家的方向望去，在心中呼唤着。
这时，一个人影在雪中缓缓行走，走近些是个小女孩，手中紧紧握着一美元，穿着补了又补的衬衣，那稚幼的脸庞被冻得通红，她走进一个商店，我隐约地听见一段对话，“你想要些什么呢?″我的妈妈出了车祸，护士罗莉娜说，只有上帝才能够拯救他，所以我想购买上帝”“你能帮……”还没说完又一阵声音传来，“哦天呐!上帝呀!请饶恕这无理的孩子!他还小!孩子记住在上帝用雷劈死你之前回家看看妈妈吧!”随后小女孩便被赶了出来，他脸上并没有表现出无奈，手中还是仅仅攒着那一美元，她看了看我，用手轻轻的捧起地上的一堆雪，给我做了顶帽子，便蹦蹦跳跳地过了马路，来到另一家商店。
小女孩进了商店，将一美元放在桌上，与柜台前苍老的爷爷对话，虽然不知道他们在说些什么，但是我猜想应该就是关于小女孩要购买上帝这个事吧，我认为小女孩这次的结果会和上次一样，但是我错了。我没有仔细的去看，但小女孩出来时我观察到她手上的那一美元不见了，她迎着笑容跳了出来，这时天上的雪停了，阳光透了出来，迎着她的笑容，显得格外灿烂。
几个礼拜后，那个小女孩又来了，她牵着母亲的手，一蹦一跳，嘴里哼着小曲，母亲的笑容格外的灿烂，如同那日的阳光般。她嘴里不停的念道着说要不是那位好心的商店老爷爷我呀，可能一辈子都下不了床了，后来我才从路人口中得知。原来那位老爷爷是一个大企业的董事长，得了抑郁症，面部瘫痪，医生说他活不了几个礼拜了，自己便开了间商店。度过余生，直到碰到了小女孩小女孩的稚气感染了老爷爷，那位老人便决定去帮她，捐款给医院耗费大价钱，拯救了小女孩的`母亲。这是那天老人在医院检查。医生说，他的抑郁症不知怎地好了，老人非常的激动，于是便住在了乡下。小女孩的母亲为了回报，便四处寻找老人，终于在郊外的屋中找到了老人，正准备将自己一生的积蓄给老人却被老人给拦下了，老人说感谢的不应该是我，而是你们家的孩子，我以为我的生命所剩无几，但是他可爱的孩子他的那一笑，我难以忘怀如同天使吧，她的稚气，感染了，我给了我继续活下去的动力，今天在这里应该是我感谢她……
那日正是初春阳光笼罩着大地，雪慢慢融化，我也化成一滩水静静的流淌着，一次又一次的品味着整个冬日。
自然辩证法与材料变形 篇2
变体机翼能够根据飞行状态,自适应地改变自身形状以达到最佳的气动外形,从而显著助提高飞行器的气动效率,成为未来先进飞行器的重要发展方向[1—3]。当变体机翼改变自身形状时,表面蒙皮需要具有足够的刚度和强度来承受飞行器飞行过程中的气动载荷,并且要求机翼蒙皮具有足够的柔性以产生较大变形[4,5]。
目前,国外Jonathan D.Bartley-Cho等提出采用柔性较大的橡胶类材料制作的蒙皮[6],这种蒙皮虽满足机翼变形和气密性要求,但是,机翼的整体承载能力并不很高,并且机翼内部结构、驱动方式和控制很复杂;Brian C.Prock等提出了分片式可移动的硬蒙皮[7],这种蒙皮结构虽实现了蒙皮的大变形和承载要求,但是却无法保证机翼表面光滑、连续和整体气密性要求,降低了变体机翼的气动性能;国内哈尔滨工业大学研制了形状记忆聚合物来实现蒙皮的大变形,但承载能力同样有限。
针对以上不足,本文提出了一种半圆波纹型复合材料蒙皮,以同时满足机翼变体时地柔性和承载能力要求。这种蒙皮由纤维增强复合材料基体和高弹性橡胶材料组成,如图1所示。
这种蒙皮在纵向拉力作用下每个波纹都产生扩张,由于变形的累积效应,使其产生远大于普通金属平板蒙皮;而在垂直于蒙皮表面的方向,由于波纹结构的存在使其具有较大的刚度,能够承受较高的载荷。本文计算了单层蒙皮复合材料主方向弹性模量,使用MSC.Patran/Nastran有限元软件进行了仿真分析,并将分析结果与试验进行了对比,证明了模型的有效性,为智能蒙皮的研究提供了一定的理论及试验依据。
1玻璃/环氧复合材料弹性模量
玻璃纤维与环氧树脂混合材料(下面简称玻璃/环氧复合材料)属于各向异性材料,玻璃/环氧复合材料各向弹性模量的计算推到可以增加有限元仿真的准确性。文中使用0°/90°E型平纹玻璃纤维织物,设Ef为玻璃纤维的弹性模量,Em为环氧树脂的弹性模量,cf为玻璃纤维的体积分数,cm为环氧树脂的体积分数。
取体积为V的单层典型单元体,它的质量为M,M是玻璃纤维与环氧树脂质量之和,即
M=Mf+Mm (1)
体积V包括玻璃纤维Vf、环氧树脂基体Vm和孔隙Vv三部分所占的体积,即
V=Vf+Vm+Vv (2)
用M和V分别去除式(1)和式(2)得
其中mi和ci表示质量分数和体积分数。
按照复合材料密度的定义,可用V去除式(1),得单层复合材料的密度:
式(5)称为复合材料密度的混合律,它表示复合材料的密度与各相体积分数和各相密度乘积的线性关系。
用质量分数表示,则:
孔隙体积与总体积相比可忽略,则可近似认为
为计算材料的弹性模量,将一层纤维织物简化成为正交铺设的上、下两层单向纤维层[8],如图2所示,假设上、下两层纤维体积含量相同,且都等于未简化前的纤维体积含量。
下层纤维1方向的弹性模量E11为:
E11=Efcf+Emcm (9)
上层纤维2方向的弹性模量E22为:
玻璃纤维织物与环氧树脂胶相关制备参数如表1所示,mf和mm可用实验方法测定(通常用采用称重法),取一块质量为M的试样,除掉其中的基体(对玻璃/环氧复合材料,可酸蚀除掉基体),或者剪出试件所用玻璃纤维布而后称重的方法直接得出纤维重量Mf,根据式(3),可计算得
2有限元建模
任何结构的有限元分析都离不开几何结构的准确建模和载荷的真实模拟[9]。本文建立的有限元仿真分析模型与试验样件的形状和尺寸一致。仿照拉伸试验机的拉伸方式,一端完全固支,一端施加X方向的拉伸载荷,采用逐步加载方式,每步迭代30次。
2.1二维模型
仿真模型建好后,选用四边形板元(QUAD4)来划分网格,在波纹区域适当加密网格,将计算出的弹性模量等参数输入选定的材料模型中,材料模型为2D各向异性材料,最后采用复合材料专用建模工具MSC.Laminate Modeler来建立蒙皮构件拉伸模型,真实试验样件由6层玻璃/环氧复合材料组成,仿真模型则简化成反对称正交铺设层合板,共12层,铺层顺序为[0°/90°/0°/90°/0°/90°/0°/90°/0°/90°/0°/90°/0°/90°/0°/90°],材料主方向1与全局坐标X轴向一致,铺层参考方向如图4所示。
2.2分析结果
复合材料层合板结构由于方向层的刚度不同,每一层会有不同的应力,故相对于金属材料更侧重于分析其应变[10]。
图5、图6为蒙皮构件上、下表面X轴向应变云图。
从图5中可知,蒙皮上表面波峰处在伸长时主要受压应变影响,最大压应变集中于中间波峰处,两边波峰的压应变小于中间波峰,越靠近两端压应变越小,而波谷处主要受拉应变影响,最大拉应变集中于两端波谷处,越靠近中间拉应变越小。
图6中蒙皮构件波峰处受拉应变而波谷处却受压,应变分布与图5相似,导致这种现象主要有两方面原因,一是如图7所示,取蒙皮整体的波峰或波谷处一段微元,根据整体受力情况,可知微元所受内力分布,发现不管波峰或波谷处微元都会受到使其舒展伸长的力矩,这导致单层蒙皮既有拉应变又有压应变;二是蒙皮铺层方式可看作是反对称正交铺设,此种层合板有拉伸与弯曲的耦合关系,即蒙皮在拉伸时不仅会伸长还会产生翘曲。
图8是蒙皮构件受拉时X轴向所产生的位移图,由图8可知,每个波纹所产生的位移大小并不一样,越靠近拉伸端位移越大,由于每个波纹都产生扩张变形的累积效应,使其产生远大于普通金属平板蒙皮的变形,满足了变体飞行器大变形的要求。
3试验
3.1试验样件及系统
本文根据GB/T 1447—2005[10]规定的纤维增强复合材料拉伸试验件的外形尺寸,采用手糊真空热压成型工艺制备了波纹型和平板型两类拉伸试验样件,表3为试验件的尺寸参数。其中,L为试验件的总长;L1为试验测试段的长度;L2为拉伸机夹持验样件的长度;n0为纤维铺层数;n为基体的波纹数;t为样件层合板厚度。
实验设备使用INSTRON5566系列电子万能试验机。实验前先夹持蒙皮试样,使试样的中心线与上、下夹具的对准中心线一致,试验机的加载速度根据标准设为2 mm/min,检查并调整试样及试验机系统,使整个系统处于正常工作状态,最后测定拉伸应力时连续加载直至试样破坏,观察拉伸变形曲线,记录数据。
3.2结果分析与讨论
图9为平板型试验样件的拉伸特性试验曲线,图10为波纹型蒙皮拉伸位移仿真曲线以及试验样件拉伸特性曲线。
由图9可知,平板样件在拉伸载荷小于170 N的范围内呈线性关系。当大于170 N后,样件脱层导致强度减弱而发生破坏。
比较两图可知,两种结构具有相似的变形特性,而且两种结构样件发生脱层破坏的临界载荷很接近,所以可以近似地用平板结构的拉伸许用应力,作为波纹结构拉伸时的应力极限。但是波纹结构样件的变形能力远高于平板结构。在相同的载荷下,波纹结构样件的伸长量是平板结构样件的30多倍。
比较图10中两曲线可知在(0—100) N之间,仿真与试验结果拟合度较好,在170 N左右时,试验样件发生塑性变形,而仿真模型仍然处于线弹性阶段,此时观察试验样件发现,试件两端波谷处纤维层与树脂胶首先发生脱层现象,这与上文仿真结果吻合。在线弹性段实验与仿真结果比较接近,伸长量误差不超过10%。
根据上述结果可以推断导致有限元仿真计算与实测结果之间误差的原因主要有3个方面。一是仿真模型由于进行了诸多简化导致计算结果误差,这是导致试验误差的一个主要原因;二是样件制备时,工艺难以精确控制,导致不同样件性能略有差异;三是样件测试过程中,由于样件的初始变形等因素影响,使加载过程中初始载荷可能不为0,而导致了载荷偏置。尽管本文建立仿真模型与实测结果之间存在误差,但是误差较小,且简单易用,所以提出的有限元分析模型可以作为工程设计与优化的一种依据。
4结论
(1) 本文推导出了的波纹型蒙皮结构含玻璃纤维与树脂胶的体积分数,并给出了材料各向弹性模量的表达式,该式形式简单,含义清楚便于使用,使仿真结果更准确。
(2) 结构试验前,建立波纹型蒙皮复合材料构件的有限元模型给出蒙皮在试验载荷下应变、位移等云图,为后续试验中位移与力传感器的选取、试验应变片的布置提供依据。
(3) 试验结果表明,波纹式蒙皮结构能够提供远大于传统平板式蒙皮的拉伸变形能力。本文样件试验中,在相同尺寸条件和载荷作用情况下,波纹结构的弹性伸长量是平板结构样件的30多倍,为变体机翼蒙皮提供了一种可行的选择。
参考文献
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自然辩证法与材料变形 篇3
【关键词】工程材料 唯物辩证法 思维能力
【基金项目】国家自然科学基金资助项目，硅藻群落生物再生水玻璃旧砂机理研究（51405348）;湖北省级大学生创新创业训练计划项目（201413240010）。
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）05-0224-01
《工程材料》是机械及材料学科的主干课程之一，实践性和应用性很强，同时有些理论又具有很高的认知难度。由于学生的生活、生产经验有限，学习方法和认知水平上又有所缺乏，造成学习过程中，常常感到非常吃力，难以理解。
对于这样一门专业性很强的专业基础课程，本文给出一种运用唯物辩证法来学习和理解工程材料相关知识和理论的思路，在教学过程中，教师可以运用唯物辨证主义思维，揭示、并引导学生自己去发现工程材料学中的内在规律。这样，不但能使学生较好的掌握专业基础知识，还能培养学生的科学思维方法，为今后的学习和工作打下良好的基础。
1.唯物辨证主义思维运用于自然学科教学的意义
在自然学科的教学过程中，适当、合理的运用唯物辨证法，关键是思维方式的转变，从单纯的专业视野拓展到哲学视野，站在哲学的高度重新看待自然科学知识，运用哲学思维进行自然学科课程的解读与教学，它具有新的意义和价值。
1.1提升了理解方式的新高度。
对于中小学生而言，学习的过程很大成分上就是记忆，而对于大学生而言，由于所学课程涉及到许多艰深晦涩难懂的理论，且信息量大，知识更新快，所以理解的重要性远大于记忆。但是，理工科学生的理解视野往往是不够宽广的，高中阶段的文理分科制度使得他们较少接触人文思想和哲学思维，他们的理解层次主要集中事实和自然科学定律、简单逻辑、数理方法等几个方面。但这对于大学生及研究生来说远远不够，有必要把理解的方式提升一个高度，从哲学和方法论的层面来进行，以提高学生的思维能力和理解水平。
1.2提供了通识教育的新思路。
在知识大爆炸的时代，大学教学中，大家逐渐认同了通识教育的重要性[1]，但实践效果却不尽如人意。通识教育价值在于“通”字，一方面指的是各门学科之间的触类旁通、融会贯通;另一方面指的是在任何时代、任何变迁下，最基本、最不会变的东西。由于不同门类、不同学科之间的知识体系的巨大差异，很难直接相通。而哲学是是自然科学、社会科学和思维科学的概括和总结，因此本文提出把自然科学的知识进行哲学凝练，用哲学的观点来阐释自然科学的原理和规律，在自然科学课程的教学过程中运用，为解决大学通识教育的问题提供了一条新的思路。
2.工程材料中的唯物辨证主义思想
工程材料学是一门技术科学，在理论研究的基础上更偏重于具体实践，是基础科学和工程技术之间的桥梁和纽带。工程材料科学当中蕴涵着丰富的唯物辨证主义思想[2、3]。
2.1内因和外因
唯物辩证法认为：在事物的发展中，内因和外因同时存在，缺一不可，事物的发展是内因和外因共同起作用的结果。内因是事物变化发展的根据，外因是事物发展的条件，外因通过内因起作用。液态金属材料凝固时，在液相中会产生具有固相结构的小核心，这就是凝固的内因，足够大的过冷度是凝固的外因，当外因条件具备时，这些小核心就能长大，直至完全凝固。
2.2 矛盾的普遍性和特殊性
唯物辩证法认为：矛盾是普遍存在的，同时又有其特殊性，掌握矛盾的普遍性，可以做到举一反三;注意矛盾的特殊性，就不会生搬硬套同义词。例如，热处理的根本原理在于通过对材料进行加热、保温、冷却的过程，来改变材料的内部组织，获得所需的性能。一般教材中，热处理的基本原理和工艺都是以碳钢为例来讲的，但是这种普适性的原理不仅适用于碳钢，合金钢、铸铁、有色金属，甚至某些非金属材料也是适用的，这体现了矛盾的普遍性。对于淬火这种热处理工艺而言，用在碳钢上可以使组织转变为马氏体，提高了硬度;而用在奥氏体不锈钢上则使组织转变为单相的奥氏体，提高了耐蚀性。这就反映了矛盾的特殊性。
2.3 主要矛盾和次要矛盾
唯物辩证法认为：复杂事物发展过程包含主要矛盾和次要矛盾，主要矛盾在事物发展过程中处于支配地位、对事物发展起决定作用，首先应该抓住主要矛盾;另外，主要矛盾和次要矛盾不是绝对不变的，在一定条件下可以相互转化。在实际应用中，能够为零部件正确的选择不同的工程材料非常重要。对于需要受力的机械零件而言，保证所选材料的力学性能满足使用性要求就是主要矛盾，首先必须满足;但对于在腐蚀环境下使用的机械零件而言，对材料耐蚀性的要求就上升为了主要矛盾，应选用耐蚀性较好的材料。
2.4 矛盾对立统一规律
唯物辩证法认为：一切存在的事物都由既相互对立、又相互统一的一对矛盾组合而成，看似水火不相容的一对矛盾，也可以统一。例如，碳钢的力学性能中，强度、硬度与塑性、韧性是一对矛盾，存在着此消彼长的趋势，强度、硬度越好，那么塑性、韧性往往较差，要提高强度、硬度就会降低塑性、韧性，这正是对立统一规律的具体体现。
2.5 具体问题具体分析
唯物辩证法认为：世界上没有完全相同的事物，具体问题要具体分析，避免教条主义和主观主义。例如，在常用的工程材料中，不锈钢是耐蚀性较好的材料，但是，在富含Cl-的环境中它很快就会被腐蚀。因此，对工程材料的耐蚀性评价必须针对不同的具体环境，具体问题具体分析，而不能一概而论。
2.6 事物的两面性
唯物辩证法认为：事物都有两面性，缺点用在另一个地方可能变成优点。例如，在碳钢中，硫元素和磷元素一般被认为是有害的，因为硫会引起钢的“热脆”，而磷则会引起钢的“冷脆”，并且这两种元素均降低钢的焊接性能。但是换个角度思考，所谓废品只不过是放错了地方的宝贝，是否有能够用到这些“缺点”的地方呢。利用这种易脆的特性，用来制造炮弹的弹壳，不是正好可以增加弹片的碎化程度，提高炮弹的杀伤力。
3.结语
人们进行任何活动时，都会自觉或不自觉地以辩证唯物主义的世界观为指导。在自然科学课程的教学过程中，如果能够把哲学的基本原理与课程的具体内容结合起来，不但能帮助学生加深对自然科学课程知识的理解，还能潜移默化的帮助学生树立正确的世界观，掌握科学的方法论。
参考文献：
[1]吴锵.从博雅教育、通识教育到人文素质教育[J].南京理工大学学报（社会科学版），2004，17（2）： 71-75.
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自然辩证法与材料变形 篇4
热压罐成型是目前航空用先进复合材料构件成型的主要方法之一,在成型过程中产生的固化变形是复合材料构件成本过高和质量不稳定的主要原因。复合材料固化变形涉及碳纤维性能、树脂基体性能、模具结构、模具材料性能、固化温度场分布情况、固化制度、固化过程中化学反应、零件结构等多种因素,各种影响因素相互作用,综合作用的结果体现在复合材料零件的变形上,因此复合材料固化变形极其复杂,很难进行控制。固化变形问题直接影响复合材料在飞机上的应用,目前复合材料零件的外形精度控制已经影响了我国航空工业在复合材料应用方面的快速发展。
国内外学者从理论与试验方面做了大量研究工作,分析了各因素对复合材料构件成型质量的影响[1,2,3,4,5,6],也取得了骄人的成绩,但大部分研究者是对影响复合材料构件成型的若干种因素进行单独设计实验,研究对象主要针对几何结构相对规则的平板类、L型、U型、C型、T型构件、V型薄壁件的变形研究,对具有空间曲面的复杂结构的构件的变形研究较少[7],研究成果不具备普遍性,因此不能被很好的应用和推广。
针对这种现状,本文提出了一种新的固化变形规律获取方式,研究了变形修正的算法和切实可行的修正手段,并以曲面类零件-机翼作为研究对象,进行了试验验证,证明了该方法的实用性。
1 变形规律的获取
若要实现复材构件的变形修正,首先必须获取构件的变形数据,根据各处的变形量进行分析,研究减小变形的方法。现有的方法是在大量实验基础上,对固化工艺进行反复调整和对模具型面进行反复试凑或修正完成的,成本过高且生产效率低下;国内研究学者利用有限元分析软件[7,8]或人工神经网络方法[9,10],实现了固化变形的预测,但对于普通用户来说,由于预测模型建立难度较大、模型中考虑的因素不够全面及样本数据收集困难等问题,限制了该方法的实用性。
本文采用在标准工装上预铺复材型面的方式获取实验数据,总结某一类零件的变形规律,用以指导该类复合材料构件的变形修正。
1.1 标准工装设计
根据某一类复合材料构件的结构特点,设计了一套标准工装。根据结构及约束情况,将标准工装分为不同的区域,在铺制试验件时,根据零件特点选择标准工装上的合适区域制作,铺制方法和成型工艺应与复合材料构件完全相同,这样试验件的固化变形规律才能与实际生产的复材构件变形规律最为接近。对于同一类复材构件的制作,只要采用与试验件完全相同的成型工艺,修正时即可使用该试验件数据,无需重新铺制试验件。由于采用标准工装获取修正用试验件数据,避免了对产品成型模具的反复修正加工,大大降低了制造成本。
1.2 变形参数确定
为实现数模修正的目标,从试验件中提取数据、确定变形参数时应从如下两个方面进行考虑:
1)根据变形参数能重构试验件型面;
2)变形参数能描述试验件上任意一点在固化变形前后的空间位置及变形量;
本文根据曲面类零件的特点及固化变形情况,最终确定将试验件曲面按一定规则切分为若干截面,并在截面线上取长度、半径、法矢和角度参数作为变形参数。
1)长度(L):截面线上分段单元的长度;
2)半径(R):截面线上某一位置的曲率半径;
3)法矢(T):截面线上某一点的法矢方向;
4)角度(θ):截面线上任意一点处的切线与基准线的夹角。
1.3 变形规律总结
由于试验件的铺制与实际生产时复合材料构件的铺制采用完全相同的工艺过程和环境,因此,试验件数据包含了影响固化成型的各种因素综合作用的结果。通过对比分析试验件与标准工装相应区域的数据,可总结得到各参数的变化规律,表达如下:
式中,L'、R'、T'、θ'分别为试验件采样点处的长度、曲率半径、法矢量和角度值。L、R、T、θ为标准工装采样点处的长度、曲率半径、法矢量和角度值。
2 固化变形预测与模具型面修正
目前,有关减小固化变形措施的研究主要集中在两个方面,一是优化固化工艺[11,12,13],二是调整模具形状以补偿固化变形[14,15]。通过优化固化工艺,可以在一定程度上减小固化变形,但效果并不十分理想,仍需结合模具型面的补偿方法,才能最终达到提高复合材料构件成型精度的目的。
本文在总结试验件变形规律的基础上,提出了一种新的变形预测与模具型面修正算法,即根据影响变形的各参数变化规律进行反变形计算,生成新的数模,以补偿变形所造成的误差。具体修正过程如下:
1)根据曲面形状特点,按相互垂直的两个方向分别做若干截面,将其划分为网格面,其中曲率变化较大的方向作为修正主方向。沿主方向上需划分较多的点数,以提高型面拟合精度。具体点数的多少采用两种方式确定,一是由设计人员根据型面特征自行输入点数;二是根据允许的拟合误差计算满足精度要求的最少点数。
2)对网格顶点按修正主方向进行修正计算,得到新的网格顶点。修正算法如式(2)所示。
式中,V′为修正后的网格顶点,V为修正前网格顶点,k1~k4为各修正量的强度系数。当系数取值为1时,是按照变形规律的修正量1:1进行修正,当不为1时,按修正系数乘修正量进行修正。可根据实际情况单独调整或同时调整各项修正量的强度系数。
3)沿第二修正方向(与修正主方向垂直)修正计算,获得准确的边界数据。
此方向由于曲率变化较小,因此重点考察尺寸变化量,保证获得准确的型面边界尺寸。
4)根据修正计算后的顶点及边界重新构造曲面并进行光顺,生成新的模具型面,称之为“工艺数模”。当按工艺数模制作模具后,由于其中已经预留了复材制件的固化变形,因此,当零件脱模变形后,将获得理想的形状。
3 实例验证
为了验证算法的准确性,采用CATIA二次开发的方式,开发了复材修正模块,用于修正得到工艺数模。铺制了飞机机翼复材构件,经扫描逆向后得到铺制产品的实际型面数模,在CATIA软件中对比分析了零件数模与实际产品数模的形状误差,结果如图1所示。
不考虑边缘的红色噪声点,我们发现形状误差从中心向边缘逐渐变化,最大误差值为5.47mm。
在接下来的实验中,选取标准工装上的某区域铺制试验件,并获取试验件变形规律,按此变化规律和本文所述修正算法对产品数模进行反向修正,修正后的数模与零件数模对比分析结果如图2所示。
由结果可知,复材固化变形误差最大值已经降为0.338,得到了有效的控制,证明本文所述方法是行之有效的。
4 结论
1)根据某一类复合材料构件的结构特点,设计了一套标准工装,并采用在标准工装上铺制试片的方法,获取了复材构件固化变形规律。
2)提出了一种新的变形预测与模具型面修正算法,即根据试验件变形规律,对数模进行反变形计算,获取用于制作模具的工艺数模,并通过实例验证了该方法的可行性。
自然之抽象和材料的介入 篇5
一、经验对象和抽象形式
就像大多数从事抽象表达的油画家一样， 党朝阳也是从具象表达走向抽象之路的。从艺术史的角度看，绘画艺术的抽象表达方式起源于上个世纪西方，抽象艺术起源的内在原因既是精神的需要又是形式的发展，作为“精神图像的抽象形式”的一门艺术，它和艺术家的关系超出了传统的经验表达的模式，他关注的是心灵体验和精神感悟，更注重人的内在的需要。因此，可以说从事抽象表达的艺术家是“唯心”的，超越物质世界的。党朝阳就是这样的艺术家，他对形上的感觉，精神的体悟更多于他对经验世界的认知——“对自然痕迹和岁月流逝有一种莫名的关怀和敏感”“我喜欢寂静处闻惊雷，朦胧中见闪电，若隐若现中显人生”。由此看来，党朝阳是耽情于精神生活的人，他的精神生活主要不是抽象的思维和观念，而是抽离于物的精神映像，他在这里得到了满足，惬意和快慰。可以说，越是深入心灵的人，也就是越接近神性的人，这神性不是神祗和上帝，而是人的形上生活状态。因为人的心灵最终是属于造化精神的，这造化精神就是神性。人的心灵来自于斯，也归化于斯。
在党朝阳的作品中，我感悟到了他对造化精神、大自然法规和不可知事物的一种超诣的智性，又是一种超诣的善性，它最终总是将人引向对终极问题的追问和思索。
人对世界的认识是从经验方式走向观念方式的。从一般形态来说，所有的艺术形式都是具有抽象性的，但这不是抽象艺术，所谓抽象艺术的概念，实际上是纯粹抽象而言。康定斯基说：内在需要比形式更重要。为什么？这是因为内在需要是本质的，是源，而形式是外在的，是流。康定斯基的话是从艺术家立场，并以艺术家的方式提出的，他道出了抽象艺术发生的一个根本原因。人类的思维是从经验中生成的，从哲学的角度看，思维其实就是将经验抽象的过程，在这个过程中理论思维使用的是逻辑的方式，它标志着人的认识由低级向高级发展过程；而艺术思维（形象思维）是直觉的方式，具象艺术是直觉的，它是对外在世界直觉的反映，那么抽象艺术呢，笔者认为抽象艺术是对外在世界的内在的精神和法则的形式体现，也就是说它抽取了表达客体内在精神和法则的一些要素，并以与之对应的形式表达出来。
深入地分析党朝阳的作品我们可以看到他的艺术就是以这样的方式创造的。党朝阳的艺术思维深入到了表达对象（主要是自然、人体等）的内在层次（内在精神和法则）之中，他抽取它们的一些要素，这些要素既是形式的，又是精神的，然而按照画家的“内在需要”加以形式的组合和构成——如此这般，于是一幅抽象的作品就诞生了。这个时候，人们会发现，山非山、人非人、然而山的内在精神和法则，人的内在精神和法则都悉在其中——这就是党朝阳“尔后到心中之象的”过程。
党朝阳显然是意识到了形式的外在目的影响了他对审美表达的内在需要，因此他要排除在他的表达中形式与外部物象的联系，由此达到强化内在精神世界和感情世界的目的。
党朝阳的艺术简略地说就是在自己的内在精神世界中找到了适合的图式，并由此创造出了具有精神含义的抽象艺术。
二、自然的抽象和精神的整合
党朝阳的抽象艺术并不是超验的，或者纯粹心灵的。他的抽象艺术还是来源于经验世界的，具体的说就是来自于自然的精神和自然法则的，是它们与自己的精神通过形式整合程序而产生的。即“抽象乃自然之抽象”“山的符号，水的灵动，还有东方式的神秘”（党朝阳语）。
但是需要特别指出的是，党朝阳的抽象艺术创作过程，实际上是一个自然符号的形而上化過程，他的目的并不止于一幅作品的创造和产生，而是将抽象绘画来阐示自己对自然符号重新的认识，亦即深入大自然的内里去认识它的生命，运动和精神主宰——山何以产生、水何以流动、树何以生息，以及它们和人何以相生相长？
党朝阳这个年龄层的人是在自然符号和人工符号混合环境下长大的，随着现代化的进程，人们的工业文明崇拜热潮越来越高涨。现代化和工业化对人性压抑和自然的悖离所造成的第一个后果是人的生存环境中自然符号越来越少，相反的是人工符号越来越多，于是人与自然疏离了，人与人隔膜了。这是现代化和工业文明的悖论，对此艺术家的警觉是最早的，他们以不同的方式和不同的立场来表达自己的态度，归结起来无非是两种途径：一是观念的，二是审美的。党朝阳选择了审美的方式，他的艺术主体是审美，但也包含着批判，但这是“美的批判”。
党朝阳通过对自然的符号（山、水、云等）的抽象表达，在不期然之中、和当代文化问题发生了联系，他以艺术的方式找到了自己与文化的对应关系，从这个意义上说党朝阳的艺术是当代主义的。
三、材料的介入和精神的张力
材料的介入被认为是二十世纪艺术表达最重要的扩展之一，它从根本上变革了传统艺术的表达模式，并突破了艺术和表达形式语言的边界。传统艺术的表达方式和表达语言，发展到二十世纪可以说是极其完善了，甚至，有的论者认为一切可能性都为艺术家的探索和实验所穷尽了。到了这个时候，寻找新的表达材料就是一件很自然的事情，从艺术史的角度看也的确如此，大的艺术革命往往是有新材料的引入的。然而，二十世纪的材料介入，却是艺术史上任何一次材料变革所无法比拟的，这里至少有两个原因：一是可选择的材料多了；二是艺术家在观念上更自由了。
综观“材料介入”所引发的二十世纪艺术表达变革，虽然复杂多样，但就材料在表达中的意义无非是两类：材料本身的物质性、材质性和材料所包含的精神指向。
中央美术学院油画系的材料与表现研究生课程班，是一个旨在研究油画材料的语言演变并将材料纳入学科性艺术教育的专题研修班。党朝阳进入这个班对于他的艺术发展是非常重要的，美院的苦学和深研的成绩，很好地体现在他的毕业创作《山痕系列》之中，这个作品系列在毕业作品展中受到好评，并获得了学院颁发的特等奖，其中两幅为美院收藏。
这个作品系列集中地反映了党朝阳在材料研究生课程班上所取得艺术进步，和过去作为一个优秀的青年优秀油画家身份比较，他也许不能再算一个纯粹的油画家了，但他却由此成为了一个具有当代性的艺术家。这种变化并不单纯是新材料的运用的能力，更重要的是他将新材料转换成为了自己的个性化艺术形式和艺术语言，同时，党朝阳因此获得了表述的另一形式空间和语言空间。
党朝阳的《山痕系列》作品，在风格归类上是属于抽象表现主义范畴的。在这个系列作品中，党朝阳的才情通过他内心所拥有的丰富精神映象而淋漓尽致地表现出来了。在他的作品中心随笔走、神由形成，一切似在控制之中，但又都成于偶然之外：不滞于形，不凝于色，整个作品意象宏大、开合自如，力也懿肆、意也纵横；既有西方艺术造型的强度，又有东方艺术表现的神韵。
由于材料的介入，不同的材质的物性使画面自然而具有了一个复合的表叙空间和表叙层次，这是传统油画表现力所没有和不可能具有的，它的功能在于增加画面的丰富性、复杂性和冲突性，由此而造成了画面强烈的视觉冲击力和精神张力。
幼儿园游戏中游戏材料自然性探究 篇6
关键词 幼儿园 游戏 游戏材料 自然性
中图分类号：G613 文献标识码：A
0 引言
无论是集体的正规性活动，还是儿童自由选择的非正规性活动，无论是孩子的探索和发现活动，还是课堂上的制作活动，都离不开物质材料提供。《幼儿园教育指导纲要（试行）》指出，要指导幼儿利用身边物品或废旧材料制作玩具、手工艺品等来美化自己的生活或开展其他活动。我们不难看出，自然性的游戏材料早已成为培养幼儿各种能力不可或缺的来源。
1 幼儿园游戏和游戏材料自然性的见解
现代儿童教育家陈鹤琴在《陈鹤琴教育论著选》中认为游戏是儿童生来喜欢的，儿童的生活可以说就是游戏，而大自然、大社会是我们的活教材。顾兰芳在《教育导刊（幼儿教育）》上提到幼儿游戏是幼儿个体原有经验基础上作用于环境的活动，游戏材料不仅丰富了幼儿游戏的内容和形式，对于游戏的材料等要采用开放式方法，让幼儿自己选择、自己决定、自己当主人。此外，刘焱在《儿童游戏通论》中写到游戏的本质是幼儿的主体性活动，这种活动现实直观地表现为人的主动性、独立性和创造性的活动，他提到幼儿“玩具”可以是任何东西。所以说，现实生活中，在大人眼中毫不起眼的小东西，都能成为孩子玩得乐不思蜀的玩具。在《幼儿游戏理论》中，华爱华指出了游戏的教育化是针对自然状态下游戏的放任现状而提出来的。中国的许多教育者都认同幼儿游戏更为注重儿童游戏的自然性。
被誉为“幼儿园之父”的德国教育家福禄贝尔在幼儿园教育实践中创制了一套活动玩具，并称之为“恩物”，以此作为幼儿认识万物的初步手段，他在《人的教育》一书中，恳切地呼吁父母亲正确地鼓励和指导儿童的游戏。蒙台梭利认为幼儿的成长是通过在环境中的经历得到发展的，幼儿的学习是依靠感官进行的，教育者要提供一个具有丰富的教材的适合孩子生长的环境，蒙台梭利教具具有多样性、真实性、自然性的特征，那些贴近生活的事物能够吸引孩子的目光，可以更好地激发孩子自主学习。维果茨基提出了关于游戏的社会性本质的认识，他主张游戏是生活的反映本身所蕴涵的社会文化和生活规则，要在游戏中掌握生活经验或者一定的社会文化，那么收集和使用生活材料就是其必由之路，即这些材料必须具备自然性方可行得通。
2 游戏材料的自然性和功能
游戏材料是幼儿进行游戏的重要物质载体，也是幼儿认识客观世界的物质基础。游戏材料的种类对儿童游戏的具体选择确实有某种定向的功能。游戏材料的提供，某种意义上是对儿童起着暗示游戏的作用。游戏材料广泛地存在于幼儿整个生活中。这些材料的自然性不言而喻。它指自然界随时可觅的一切，是无需花钱的、先天存在的。它包括自然界随时可以觅的一切（石子、树叶、贝壳、木片、果核），以及日常生活中的废弃物品（线轴、塑料瓶、废弃盒等等）。这一切在孩子们眼中都可以成为他们最心爱的游戏材料。游戏材料是否具备自然性意义重大。随着社会发展迅速，商业气息不断加重， 幼儿自发自由的游戏过程渐渐被浓缩成为一个手柄或者一个遥控器，时尚新潮的商品玩具以购买、交换的方式代替了儿童的思考和劳动，游戏过程中，消费取代了儿童的创造。游戏材料的性质影响着游戏的成效，游戏材料的价值不是以价格为标准的，而以是否能激发幼儿的兴趣和促进幼儿的自主活动为标准的。正因为幼儿自身的自然性，他们对自然的奥秘也有着强烈好奇心和探索欲，而具备这样影响力的恐怕就是游戏材料的自然属性了。
3 各类游戏中所用材料的自然性
在角色游戏中丁海东认为，除了用娃娃和衣帽之类的真实品充当角色材料外，对于年龄稍大的中大班幼儿的游戏材料应是真实程度较低和简单的。美国的斯卡雷特等人甚至认为在角色游戏中，游戏材料可以说根本无需购买，都是来自生活的一些用品。由此可知，角色游戏中的游戏材料除了具有形象性外，还具备了自然性是必然的。
结构游戏亦称为建构游戏，而结构材料是结构游戏的基础，除了可以购买现成材料外，还有一些自然原材料及各种安全卫生的废旧物品也可充当游戏材料。斯卡雷特等人认为结构游戏重在识别材料大小、形状、凹凸、颜色等特征。以上这些来自生活和自然的材料，它们所具有的自然性是不言而喻的。
表演游戏和有规则游戏是幼儿园游戏实施的重要形式。尽管表演游戏强调的是表演的情节内容，有规则游戏强调的是游戏的规则性，但是我们也能从中探索出材料自然醒的存在。就像在表演游戏中有些应用的道具和物品就具有自然性。而有规则游戏中较常用的有智力游戏、体育游戏、音乐游戏，这些游戏中有的游戏所采用的操作材料亦具有自然性。
总而言之，我们为幼儿所做的一切不仅是为让孩子尽可能地快乐，更是为了让孩子健康成长。不论是家长努力满足孩子的物质需求，还是幼儿园的老师所提供的教育，幼儿游戏是不可缺少的过程，而游戏材料所具备的性质中，自然性的意义是巨大的。具有预习材料具有自然性，就具有经济实惠、价廉物美和一物多用的特点，而这些特点都更有利于幼儿新思维和能力的培养，是绝对明智的选择！
参考文献
[1] 教育部.幼儿园教育指导纲要（试行）.2001
[2] 顾兰芳.游戏组织三部曲[J].教育导刊（幼儿教育）.2008（5）.
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[5] 华爱华.幼儿游戏理论[M].上海教育出版社，2000.
[6] 沙培芳.福禄贝尔教学理念[J].2007—11—05.
[7] 福录贝尔.人的教育[M].人民教育出版社，2001.
[8] 姚捷如.解读蒙台梭利及其教育思想[J].2006—04—11.
[9] 吕晓，龙薇.维果茨基游戏理论述评[J].中国学前教育研究会，2007—02—24.
[10] 陈姝娟.幼儿游戏资源的心理学分析[J].肇庆学院报，2010.7（4）.
[11] 顾芳辉.废旧材料在幼儿园游戏中运用的观察研究.无忧幼儿园网.
[12] 王秀娥.浅谈幼儿教育[J].东西南北：教育观察，2009.
[13] 丁海东.学前游戏论[M].山东人民出版社，2006.
自然辩证法与材料变形 篇7
原标题:4D打印技术呼之欲出
经3D打印出的管子放入水中, 其会自动组装成一个立方体
今日视点
请想像一下, 从宜家买回一把椅子的家具板材, 将其放在房间里它们会自动组装;一种汽车涂料可以改变自身的结构, 适应潮湿的环境或撒过盐的道路, 以便更好地保护汽车免受腐蚀;士兵的制服能改变迷彩或更有效地防止与毒气或弹片的接触。
有人要问了:有那么神奇吗, 不需要连接任何复杂的打印机, 就能按照产品设计自动折叠成相应的形状?而科学家告诉我们, 这就是悄然而至的4D打印技术。那么, 它与3D打印有何不同, 又是如何做到神通广大的呢?
究竟比3D打印“炫”在哪儿
3D打印方兴未艾, 4D打印已呼之欲出。
今年3月, 在洛杉矶举行的“技术、娱乐、设计” (TED) 大会上, 麻省理工学院的研究人员首次展示了新一代打印技术———4D打印, 顿时“点亮”了众人的目光。谈到4D打印过程, 建筑师和电脑科学家斯凯勒·蒂比茨解释说:“我们提出将4D物体的第四维度定为时间, 也就是说使得3D打印出的物体能够随着时间自动变化和调适。刚性材料形成一个架构, 其他层则是弯曲和扭转该架构的力量来源。”
3D打印技术, 是一种以数字模型文件为基础, 运用粉末状金属或塑料等可黏合材料, 通过逐层打印的方式来构造物体的技术。其仍然符合一般传统意义上的造物过程, 先模拟后制造, 或者一边建物一边调整模拟效果。而通过硬件和软件的紧密结合, 4D打印技术颠覆了这种方式。
从事4D打印技术研究的工程软件开发商欧特克 (Autodesk) 公司首席研究科学家卡罗·奥古恩说:“4D打印让快速建模有了根本性的转变。与3D打印的预先建模、扫描, 然后使用物料成形不同, 4D打印直接将设计内置到物料当中, 简化了从设计理念到实物的造物过程。让物体如机器般自动创造, 无需连接任何复杂的机电设备。”
如此可见, 4D打印比3D打印多的一个“D”表现在时间纬度上, 这种革命性新技术可以通过软件设定模型和时间, 变形材料会在设定时间内快速成型。
可自变形材料是实现关键
显然, 4D打印更为智能, 物料可自行“创造”, 简化了打印过程, 但这对打印材料提出了更高要求, 也是其得以实现的关键。
据物理学家组织网报道, 美国哈佛大学工程与应用科学学院、斯旺森工程学院大学、伊利诺伊大学的研究人员正在运用其在纳米和微观层面操纵材料的专业知识, 通过3D打印生产可以在宏观层面随着时间推移修改其结构的材料。
该团队课题组长、斯旺森工程学院大学化学工程教授安娜·C·巴拉兹解释道:“我们建议根据外界的刺激, 按需求开发可重新调整其形状、性能或功能的自适应、仿生复合材料, 而不是构建一个静态或简单地改变其形状的材料。期望通过整合可打印出精确的、3D立体感及具有分层结构的材料, 并且合成刺激响应组件及预测系统时序行为的能力, 建立4D打印新领域的基础。”
哈佛大学工程与应用科学学院生物启发工程的教授詹妮弗·A·刘易斯补充说:“目前的3D打印技术允许研究人员能够在纳米和微观层建立复杂的功能, 这种可改变其性能或多次塑造的能力, 不只是建立在某个特定的、一次性使用的范畴内。复合材料可以在不同刺激下被重新配置, 显著延长3D打印的覆盖范围。”
伊利诺伊大学合成材料科学与工程学院教授拉尔夫·G·纽素说, 由于该研究将在一个刺激性敏感的水凝胶里使用嵌入式的响应填料, 为生产下一代智能传感器、涂料、纺织及结构件开辟了新途径。这种能力可以创建一种织物, 通过改变其颜色响应光线;变化透气性对温度作出反应, 甚至硬化其结构来延展外力, 将创建自适应的、灵活的、轻盈且坚固的响应材料变为可能。正是这种复杂的功能决定了真正4D打印的游戏规则。
4D打印技术的潜在应用
在TED大会上展示的4D产品, 是经3D打印出的管子。将它放入水中, 其会自动组装成一个立方体。原理是, 该物体内部的“智能”材料利用水作为能量来源, 带来形状的改变。在构造上, 这款可以自动组装的4D物体由数层塑料制成, 外加一层能够在吸水时自动变成一种理想形状的“智能”材料。
谈到4D打印的潜在应用, 蒂比斯透露, 麻省理工学院自组装实验室正在与波士顿一家名为Geosyntec的公司开展合作, 开发创新的基础设施管路制造方案。他说:“这种新型地下水管, 可以自由地膨胀或收缩, 以此来控制过水的流量和流速, 或者还可以像蛇那样通过自身的蠕动来挤压, 推动内部的水体流动。水管能够适应不同的容量或水流而自动进行扩张, 免去挖掘的麻烦。而具有这种不可思议功能的管路并不昂贵, 也不需要那些复杂的阀门控制系统, 这就是该管路本身所具备的性质。”
研究人员指出, 该技术的下一个发展阶段包括打印4D片材, 如果可行的话, 还会包括完整的建筑结构, 可以彻底改变传统的工业打印甚至建筑行业。
4D打印目前并不成熟, 但研究人员相信, 4D打印不但能够创造出有智慧、有适应能力的新事物, 而且这项技术终将带来生物科学、材料科学、机器人、交通运输、艺术甚至太空探索领域的革命性变化, 未来它的发展前景将十分广阔。对此, 我们拭目以待。
自然辩证法与材料变形 篇8
关键词：管道,竹塑复合材料,数字图像相关方法,实验分析
1 概述
竹塑复合材料管道不仅格低廉, 更主要是竹资源十分丰富, 环保天然、无污染, 从而又具有社会价值。竹塑复合材料管道主要开发应用于低压输水工程, 特别是在在渠灌区推广低压竹塑复合材料管道输水技术, 可以大量取代钢、水泥混凝土等材料管道[1]。作为一种新型材料的应用, 考虑到非匀质复合材料的各向不同性特征, 传统的测试技术已不能完全适应其发展。开发新的实验技术、手段与仪器进行材料与结构的性能测试, 已成为目前学术界与工程界的热点研究领域[2]。
数字图像相关方法是一种非接触式全场实时测量技术, 具有通用性强、测量精度高及测量简便等优点。近年来获得了快速发展。这种技术可以完成位移、应变、表面缺陷和裂纹等多种力学、物理变量的测试工作。与常规的无损检测方法, 如射线、超声波、电磁、渗透和磁粉检测等技术有相同的功效[3]。
2 数字图像相关方法检测原理
数字图像相关方法是一种从物体表面随机分布的斑点或伪随机分布的人工散斑场中, 直接提取变形信息的全场、非接触的光测方法。其基本原理是匹配物体表面不同状态下的数字化散斑图像上的几何点, 跟踪点的运动从而获得物体表面的变形信息。给定物体变形前的图像和变形后的图像, 要求在变形后的图像中识别出对应于变形前的图像场中某一图像子区 (模板) 的那个图像子区。
数字图像相关方法认为结构物的图象灰度在测量变形前后保持一致, 但不同图象子区灰度各不相同, 利用基准子区做相关运算匹配变形后图象灰度对应最精确的变形子区, 从而获得位移或应变的相关数据。具体做法是在结构受力之前拍摄原始散斑图;然后记录结构变形的散斑图;经过模数转换运算, 比较两个数字灰度场, 获得相关数极值条件下的位移或应变。
基于距离的结构位移或应变检测, 与像数个数的方法的测量计算单位不一样, 两者必须通过转换。一般是在散斑布置完成后, 在测区标定两个已知距离的点, 并确定两点间所所包含的像数个数。像数个数与相应距离的比值, 即为转换系数。实现了这个转换, 就可以通过摄像了解结构受力变形前后像数个数的变化, 获取位移量。
3 数字图像相关方法的设备与操作
对用于数字图像相关方法的系统要求并不太高, 简单的二维数字图象测量设备即可。主要有数字图像捕捉仪 (也就是普通的摄像机) 、数字图像储存仪 (常用的电脑系统) 以及光源 (一般照明设备) 。检测之前, 先将在结构表面制作随机的人工散斑。具体操作是均匀地喷上一层白色哑光漆, 干后再随机喷涂黑色哑光漆形成黑色散斑。
在一个稳定均匀的光场下, 通常白昼的自然光就行, 测量标定之后, 以每秒5张的速度进行图象采集。完成加载后, 比较结构表面变形前后的图解, 经过转换, 便可输出位移或应变。
具体操作步骤可以归纳为:在参考图像中选定感兴趣的测量区域, 将感兴趣的区域划分为等间隔分布的虚拟网格点, 以网格点为中心, 选定像素大小的图像子区, 再在变形后的图像中寻找与变形前子区相关程度最高的子区, 来获得子区的变形信息, 通过处理所有网格点来获得感兴趣区域的全场变形信息。变形前的子区称为参考子区, 变形后的子区称为变形子区。相邻网格点之间的距离称为网格步长。为了得到较好的全场变形计算精度, 网格步长最好在2~10个像素之间。
4 竹塑复合材料管道的试验实例
试验模型如图1所示。实验采用室内模拟土压试验, 竹塑复合材料管道的管径D=315mm, δ=23.2mm, 长度为1.0m。将管道放置于1.5×1.5米的铁箱中间, 底部铺设3cm垫层。管道两侧选用亚粘土为回填土, 按要求进行压实。在上部模拟加压。
施工回填土的夯实度达到最大密度的95%时可近似地理想化为直线变形介质。竹塑复合材料管道的材料、地基及回填土的物理力、学性质不同, 各种材料的模量E、泊松比μ、材料的容重γ等参数, 如表1所示。
铁箱沿管道轴线方向开两个直径略大于管径的圆孔, 让管道伸出铁箱。露出的管道横断面, 作为数字图像相关方法的检测面。
在管道内放置位移计, 测定指定点的位移。在管道外侧选择有代表性的点沿环向和径向粘贴应变片如图1所示。采用7V08数值采集系统, 测定各指定点的应变, 以作为数字图像相关方法结果的对照。
图2是数字图像相关方法检测管道顶部和底部, 在不同土压力作用下的竖向位移值。
将实验检测结果与有限元理论分析进行对比, 见图3。这是管道横断成上, 土压力为80k N/m2时检测点的数据和理论分析曲线。
表2给出土力为80k N/m2时数字图像相关方法与其他检测结果、计算值的对照比较。
5 进一步展望
随着光电子技术、计算机技术以及多媒体技术的发展, 越来多集光机电一体设备开始应用于的各个个工程领域。数字图像相方法成土木工程中检测的手段就是其中的典型代表。由于条件限, 试验只是应用普通数码相机采集数据, 但分析资料的一般规已经很好地显示出来, 说明数字图像相关方法是是很有应用前的。
参考文献
[1]冼杏娟, 冼定国.竹纤维增强树脂复合材料及其微观形貌[M].北京:科学出版社, 1995.
[2]袁向荣.梁变形检测的一维数字图像相关法[J].广州大学学报, 2010, 9 (1) :54-56.
[3]戴宜全, 孙泽阳, 吴刚, 等.基于数字图像相关法的混凝土全场变形测量[J].东南大学学报, 2007, 40 (4) :829-834.
[4]易俊.数字图像相关法理论及应用研究[D].成都:电子科技大学, 2008.
【自然辩证法与材料变形】推荐阅读：
辩证自然观01-09
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论人与自然的辩证关系02-03
《老子》与辩证法01-06
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