复合材料缺陷的脉冲热成像有限元模拟研究

针对脉冲红外热成像对复合材料的无损检测能力问题,利用有限元数值分析法模拟了脉冲加热红外成像无损检测过程。建立了"在复合材料上表面施加不同的热流边界条件",而在其下表面施加自然对流换热边界条件的有限元模型,研究了不同复合材料内部缺陷对材料表面温度分布产生的差别,具体研究了脉冲形状、脉冲加热时间、缺陷类型等因素对含有平底孔缺陷复合材料表面温差变化和对比度变化的影响。研究结果表明,缺陷深度越浅且越大,表面温差和对比度会越大;而热流量越大,表面温差越大,但对比度不变。该有限元模拟为研究脉冲加热红外热成像的复合材料缺陷检测提供了数值模型。     

涡流热成像裂纹检测中的形状大小影响分析

涡流热成像无损检测技术可以对金属表面裂纹进行快速、准确的检测,但是不同的线圈、试件以及裂纹大小对检测效果影响很大。通过建立感应加热二维模型,选取裂纹处与非缺陷处温差作为特征量,对不同组成部分形状大小对涡流热成像检测的影响规律进行了数值模拟;对比分析了不同裂纹深度下温差随体积深度比的变化规律,采用数据拟合方法研究了相似裂纹检测规律,并提取出试件形状以及线圈形状对检测效果的影响曲线;最后进行了涡流热成像试验验证。结果表明:当裂纹深度较大时,体积深度比影响规律可分为上升阶段、平稳阶段和下降阶段;相似裂纹间温差变化符合二次变化规律;涡流热成像技术可有效检测超大或超厚试件表面裂纹;减小线圈提离、曲率和线径的大小有助于增强检测效果。实际检测过程中,可据此针对不同被检试件采用不同线圈,提高检测能力。     

改进烟花算法计算热态轴类锻件内圆柱体空洞缺陷深度

针对高温状态下热态轴类锻件内部产生的圆柱体空洞缺陷测量困难的问题，提出基于改进的烟花算法检测空洞深度方法。根据锻件的内部微元模型和瞬态温度场传热微分方程推导圆柱体空洞温度场与空洞半径关系的微分方程，利用分离变量法求解；对烟花算法进行改进，以提高圆柱体空洞深度检测精度；构造缺陷深度的目标函数进行测试，得到最优解的相对误差为2.5%。最后，运用所提方法、PSO算法和传统的烟花算法于同一深度的空洞分别进行检测，验证所提方法的可行性。     

混凝土内部受压力学性能试验与本构分析

为了精准测量受压混凝土内部应力-应变关系,通过在丙烯酸树脂杆上布置电阻式应变片,测量得到混凝土试块内部应变,研发大量程微型土压力盒实现混凝土内部应力测量。将相关测试装置预埋在混凝土试块内部,完成混凝土试块单轴压缩试验,获得精准的混凝土内部应力-应变关系数据。结果表明,混凝土内部本构模型相对于传统本构模型具有良好的延性,且峰值强度远高于传统本构模型。结合国内外几种具有代表性的混凝土本构方程对试验进行了有限元模拟,针对应力-应变曲线、峰值强度及峰值应变进行了对比分析。分析结果表明：实测的混凝土内部应力-应变曲线合理准确,相关测量方法具有良好的精度和可行性;基于我国规范模型的有限元模拟结果与试验结果吻合最好,可进一步推广使用。     

水泥混凝土切削过程仿真

根据混凝土率相关连续损伤本构理论,建立了铣刨机铣削水泥混凝土的有限元模型,对不同切削深度下的水泥混凝土的切削温度、应力、应变分布情况以及切削总热能进行了有效的仿真。随着切削深度的增大,水泥混凝土路面Mises等效应力变化很小,维持在940MPa附近,但距离刀尖越近的地方应力越集中;水泥混凝土的应变随切削深度的变化较小,在1.1附近波动,故铣刨机铣削水泥混凝土也可以从剪切应变失效这方面进行研究;切削温度随着切削深度的增大而不断升高,且前角的温度要高出后角温度。     

超声式蒸发器强化传热性能分析

从改变进料温度、改变进料流量、改变进料温度与蒸汽温度的温差、改变超声功率的大小这4个方面分别对超声蒸发装置的传热性能进行了研究,实验采用单因子评价法进行分析。实验结果表明:进料温度越大、进料流量越大、超声功率越大,则传热系数K越大,蒸发传热性能越强;进料温度与蒸汽温度的差值越大,则传热系数K呈现减小趋势,即蒸发传热性能呈现减弱的趋势;在改变进料温度、改变进料流量以及改变进料温度与蒸汽温度的温差等情况下,增加超声均比不加超声对蒸发性能具有不同程度的强化效果;随着加入超声功率的增大,蒸发强化效果明显增强,但是当超声功率达到某一值时,强化效果略有减弱。     

晶体已加工表面频率特征对亚表层温度场的影响

为了更加准确地分析表面形貌对KH2PO4(KDP)晶体元件激光损伤和使用性能的影响，通过功率谱密度和连续小波变换对KDP晶体已加工表面存在的实际频率特征进行提取和重构。利用波动光学理论分析经入射波长1.064 μm、功率20 MW/μm2的激光束照射1 ns后，表面频率特征对KDP晶体亚表层光场及温度场的影响。结果表明，当表面频率特征的波长越接近入射光波长1.064 μm，KDP晶体亚表层的光场畸变现象越严重，会造成局部聚焦，温度越高；当波长超过20 μm时，在振幅不变的情况下，最高温度随着波长的增加基本不变。通过切削实验获得的KDP晶体已加工表面上明显存在的波长分别为14 μm、50 μm和140 μm，对KDP晶体亚表层造成的温升分别为56 K、22 K和12 K。当波长相同时，KDP晶体的最高温度与表面频率幅值成线性关系。随着表面频率波长的增加，温度最高点的位置向KDP晶体内部延伸。     

柔性差测量科赫分形涡流传感器内部裂纹检测

柔性涡流传感器由于其可变形性有望被用于复杂形貌结构的无损检测。 柔性科赫分形涡流传感器由于其局部微结构 对涡流的调理效果,对各方向短裂纹检测性能的一致性较高,但该传感器对于近表面及内部裂纹的检测还未展开研究。 构建了 差测量传感器的等效电路模型;通过仿真方法研究了涡流分布随深度的演化规律;通过试验方法,研究了传感器对覆盖不同厚 度铝板预制裂纹试块的检测效果。 有限元结果表明,随着深度的增加,涡流密度减小,集中性降低,分布的形态与其在表面差异 越来越大,形态由雪花状向圆形演化。 试验结果表明,传感器输出信号随着覆盖层厚度的增加而减弱;当激励频率为 10 kHz 时,传感器可检测到裂纹时覆盖铝板最大厚度为 2. 0 mm。     

圆柱滚子轴承次表面裂纹区域应力分布规律研究

圆柱滚子轴承套圈滚道次表面裂纹将改变滚子表面与滚道之间的接触特性，从而影响轴承的工作特性。针对这一问题，研究了次表面裂纹的长度、宽度和倾斜度对裂纹区域应力分布的影响规律。首先，采用有限元方法，建立了轴承滚子与滚道等效接触的计算模型，并将有限元模型与赫兹接触理论的算例计算结果进行了对比，对有限元模型的正确性进行了验证；然后，基于圆柱滚子轴承次表面裂纹的形态特征，提出了含次表面裂纹的滚子与滚道接触有限元计算模型；最后，基于有限元模型，分析讨论了次表面裂纹的深度、宽度和倾斜角度对滚道次表面应力区分布范围的影响规律。研究结果表明：当次表面裂纹的宽度增大时，应力区的深度和宽度都迅速增大；当次表面裂纹的深度增大时，应力区的深度和宽度都迅速降低；当次表面裂纹的高度与宽度一定时，次表面裂纹的倾斜角越大，次表面应力区越小，次表面裂纹对轴承接触特性的影响也越小。     

主轴式滚磨光整加工参数对加工效果的影响

为确定立式主轴式滚磨光整加工过程中滚抛磨块尺寸、加工位置以及接触力大小对于工件表面加工效果的影响。采用不同尺寸的球形磨块对(34×20)mm不锈钢直角钢片进行加工,以加工后工件表面的平均粗糙度值以及工件表面加工纹理作为评价指标,探讨磨块尺寸、工件装夹位置以及工件所受接触力与加工效果之间的关系。实验结果表明:磨块尺寸D=3mm或D=4mm明显优于D4mm时的加工效果,使用3mm或4mm磨块加工工件,可使工件表面平均粗糙度降低到0.254um左右,当工件中心距离滚桶底部z=75mm时,表面均匀性最好;z=55mm时,表面均匀性次之;z=65mm时,工件表面划痕仍然可见;随着磨块尺寸的增加以及加工深度的增加,接触力大小越来越大,磨块尺寸、加工位置及接触力大小对于加工效果均有显著影响。磨块尺寸越小,加工效果越好;工件位于距离填充磨块表面中上部时,加工效果最好;工件加工效果受接触力大小影响,但不成比例关系。     

铝制板翅式换热器表面锌扩散防腐处理研究

铝制板翅式换热器内外通道具有复杂的翅片结构,孔蚀已成为铝制板翅式换热器泄漏的主要原因,几种专业的表面镀锌防腐处理效果不佳,影响了铝制板翅式换热器在更大范围的推广使用。对一种新型的表面锌扩散防腐处理方法应用于铝制板翅式换热器的工艺进行了研究,经过锌扩散工艺处理,锌原子能扩散至换热器母材内层,形成锌铝合金层,在母材内部距表面100μm深度处锌含量可达0.49%。热扩散温度与时间是影响锌扩散的主要因素,当工艺操作温度恒定,时间越长,锌扩散的深度和锌含量就越大。经过锌扩散处理的铝制板翅式换热器耐蚀试验结果表明,锌铝合金层具有优良的防腐蚀效果。     

管翅式机油冷却器温度场模拟仿真与数值计算

利用SolidWorks对管翅式机油冷却器建模,使用ANSYSCFX仿真软件对管翅式机油冷却器的温度场进行模拟仿真,结合试验结果分析并讨论了风速和温差对管翅式机油冷却器传热的影响.试验结果与计算结果表明:空气侧温度和油侧温度差值与散热功率呈线性关系,差值越大管翅式机油冷却器的散热效果越明显;迎风面垂直方向风速与散热功率也呈线性关系,风速越大管翅式机油冷却器的散热效果越明显.利用MATLAB对已有的进风口风速、进油口温差以及对应的散热功率进行曲线拟合,得到进风口风速和进油口温差变化与散热功率的关系式.通过试验结果与计算仿真的数值模拟对比,验证了计算模型的有效性与准确性.     

摩擦块形状对制动盘摩擦温度及热应力分布的影响

列车制动产生的摩擦热在制动盘表面的分布与闸片结构密切相关,并影响到制动盘的耐热疲劳程度.基于实际应用的圆形、六边形、三角形3种形状摩擦块的制动闸片,利用有限元分析软件ABAQUS,模拟制动时制动盘的温度及热应力分布情况.结果显示:制动盘摩擦表面温度及热应力呈环形带状分布,沿周向变化不明显,在径向上分布的均匀程度差异较大;其变化程度与摩擦块形状和位置有关,摩擦块为圆形时,盘面的温差和热应力最小,摩擦块为三角形时,盘面的温差和热应力最大;摩擦块的位置分布影响到摩擦副接触弧长度,接触弧长度增加,对应的摩擦环带温度升高;各环带对应的接触弧长度偏差越小,制动盘温度越低,分布也越均匀.     

基于Cascade RCNN的热轧带钢表面缺陷检测

在工业生产过程中，带钢表面产生的缺陷影响其质量和使用性能，需要对表面缺陷进行检测，为此提出了基于深度学习的缺陷检测模型Cascade RCNN。首先，对骨干网络进行改进，将标准卷积替换为可切换空洞卷积，在不增加参数量的情况下，增大输出单元的感受野。其次，改变特征金字塔FPN,结构不变的情况下添加了自上而下的连接方式，同时使用特征上采样算子CARAFE替换最邻近上采样，提高了上采样精度和定位精度。最后，将损失函数换为Focal Loss,解决目标检测过程中正负样本不平衡问题。结果显示：通过以上方法的改进，检测精度有大幅提升，平均均值精度提高了7.61%,达到77.82%,各类缺陷的检测精度都得到了提高；与其他检测模型对比，模型的检测能力得到了提高，采用的改进方法有一定的应用价值。     

温度变化对压裂用封隔器胶筒密封性能的影响

利用ABAQUS分析软件建立封隔器胶筒的有限元模型,分析相同工作载荷及不同工作温度下,胶筒与套管间接触应力及其沿轴向的分布规律;分析升温和降温2种情况下温度对胶筒密封性能的影响,以及考虑胶筒发生扭转时温度对密封性能的影响。结果表明:轴向载荷不变时,随着温度的升高,胶筒的密封性能也随之提高;升温时,除起始温度低于0℃以外,其各温度下升温的温差幅度越大,胶筒的最大接触应力增加幅度越大,胶筒的密封效果越好;降温时,降温的温差幅度越大,胶筒的最大接触应力减小的幅度越大,胶筒的密封性能越差;小角度扭转载荷下,作业温度的升高将提高胶筒的密封性能,但会降低胶筒密封的稳定性。     

建筑工程施工中大体积混凝土裂缝控制技术

为解决大体积混凝土裂缝问题，以某地区建筑项目为例，设计针对大体积混凝土在施工中的裂缝控制技术。为确保混凝土强度等级达到C40标准，按照规范选择混凝土制备原材料，设计建筑工程施工中大体积混凝土配合比。用φ25mm的钢管作为冷却水输送装置，将冷却水排入管道中，调节冷却水温度，控制混凝土内外温差过大。从湿度控制与温度控制两个方面，设计大体积混凝土养护施工，以实现对混凝土裂缝的控制。设计实例应用实验，通过实践证明：该方法可以有效控制混凝土在完成浇筑养护阶段的内外温差，以此种方式，降低作业面裂缝数量，提高混凝土浇筑施工质量。     

超声冲击处理对大厚度高强钢焊接接头抗拉强度的影响

首先将两块45mm厚EQ56高强钢板进行对接焊,然后对焊接接头的上下表面进行超声冲击处理,最后采用微冲剪方法对接头不同位置的抗拉强度进行测试,研究了超声冲击处理对接头抗拉强度的影响。结果表明:大厚度高强钢焊接接头的抗拉强度在横向和厚度方向都分布不均匀;超声冲击处理可使内部材料发生软化,造成冲击区域距上下表面3~18mm深度范围内材料的抗拉强度降低,并且距表面深度越大,软化效应越不明显。     

热态轴类含空洞锻件内部温度场分布

热态轴类锻件内部温度场分布特征对锻件内部空洞检测起着重大作用。针对该问题,在传热学理论的基础上建立了热态轴类含空洞锻件的二维非稳态传热模型。首先利用集总参数法获得该模型的内部边界条件。然后通过红外热像仪采集得到该模型的初始温度条件,结合分离变量法求解该模型,从而获得含空洞锻件的内部温度场分布。最后通过实验分析了不同空洞尺寸条件下锻件内部温度场的分布特征。     

基于压力PID控制的混凝土试块抗压强度检测机研制

针对混凝土试块密度不均、检测过程的加荷速度变化大及试块检测质量要求高的情况,结合当前混凝土试块检测现状,研制了基于压力PID控制的混凝土试块抗压强度检测机,解决了加荷速度变化和检测质量不高问题,实现了混凝土试块检测的自动化。设备由机械部分的机体、液压系统和控制系统组成,主要使用了PID控制技术和末端调压技术以实现设备的功能。采用的PID闭环控制技术,解决了检测过程加荷速度稳定的问题,使检测过程曲线趋于直线,保证过程的质量控制,实现了自动化检测。设备由PLC控制结合液压系统实现检测控制,系统采用末端调压控制和传感器采集检测的技术,配合PID算法控制,使核心执行阀电控调压阀直接对检测缸压力进行调整,缩短了液压系统的执行距离,既有效减少了系统脉动冲击,又能保证了执行响应时间,使系统对试块强度的检测输出和采集判断更及时,提高了系统响应速度,保证了检测结果的准确性。该设备已制成样机并投入现场使用,实现了设计的功能,达到了预期目标。     

点接触混合润滑闪温分析

基于统一的Reynold方程系统,数值分析点接触混合润滑固体表面温度分布。采用瞬态移动点热源积分方法计算闪温,通过两表面温度平衡方程迭代确定热流分配系数,研究在不同卷吸速度和滑滚比情况下,光滑表面和非高斯随机粗糙表面点接触混合润滑的温度分布。结果表明:数值模拟得出的两表面温差很小,符合实际情况;非高斯随机粗糙表面与光滑表面最大温升都在出口区,非高斯随机粗糙表面比光滑表面温升更高;滑滚比一定时,卷吸速度越大两表面温升越大;卷吸速度一定时,滑滚比越大两表面温升越大。