固体火箭包覆层脱粘调制红外热波检测法的数值模拟

调制红外热波无损检测是一种可以检测材料内部缺陷的先进技术,在固体火箭发动机包覆层脱粘的诊断中有一定的应用前景.以有限元法对固体火箭发动机包覆层脱粘的调制红外热波检测法进行数值模拟,研究加热条件和结构对可检测性的影响.得出可检信息参数(表面过余温度幅值、相位和相位差)随热波激励条件(调制频率、热流强度)和结构参数(材料、...     

基于多项式拟合的脉冲红夕卜热像无损检测数据处理方法

为了提高红外热像无损检测(TNDT)中图像的缺陷对比度,从而提高TNDT的缺陷探测能力,研究了基于多项式拟合的脉冲TNDT数据处理方法.文中介绍了多项式拟合法的基本原理:用该方法对试验中采集的红外热像序列进行了处理;以信噪比为评价指标对处理效果进行了定量评定.结果表明,多项式拟合法不仅消除了脉冲TNDT中的加热不均效应,而且使图像的缺陷对比度得到了不同程度的提高,使图像的质量得到了较大改善.因此多项式拟合法是一种有效的脉冲TNDT数据处理方法.     

基于多项式拟合的脉冲红外热像无损检测数据处理方法

为了提高红外热像无损检测（TNDT）中图像的缺陷对比度,从而提高TNDT的缺陷探测能力,研究了基于多项式拟合的脉冲TNDT数据处理方法。文中介绍了多项式拟合法的基本原理;用该方法对试验中采集的红外热像序列进行了处理;以信噪比为评价指标对处理效果进行了定量评定。结果表明,多项式拟合法否仅消除了脉冲TNDT中的加热不均效应,而且使图像的缺陷对比度得到了不同程度的提高,使图像的质量得到了较大改善。因此多项式拟合法是一种有效的脉冲TNDT数据处理方法。     

铝蜂窝板缺陷的脉冲红外热成像检测

以含有脱粘和积水缺陷的铝蜂窝板为检测对象,通过理论分析、数值模拟和实验研究,获得缺陷直径、缺陷深度及积水对试件表面温差的影响规律。缺陷直径和缺陷深度越大,温差越大;积水导致的温差较小,但积水缺陷易于检测。脉冲红外热成像检测方法可实现铝蜂窝板的缺陷无损检测。     

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。     

缺陷红外检测的定量化分析研究

本文对缺陷红外检测的定量化问题进行分析研究,在红外检测热传导理论模型的基础上,分析了缺陷深度与时间信息的关系,给出了起始分离时间点和对比度变化最大时间点的概念,并与对比度最大值时间点等进行比较。对缺陷大小、激励强度、激励时间对深度分析的影响进行研究。在缺陷大小的定量分析中,发现了时间序列网像中缺陷大小检测变化的规律,指出缺陷大小检测的最佳时间段。另外,采用时间序列图像求强度平均的方法确定实际检测中激励开始、结束时间,为分析缺陷与时间信息的关系建立时间基准点。     

基于脉冲位相的红外热波无损检测测厚方法研究

为进一步实现红外热波无损检测中缺陷深度测量,提出基于脉冲位相分析的数据处理方法。对脉冲红外热波无损检测的时间信号进行傅立叶变换（FFT）,提取位相频率信息,根据热波频率与传导深度的关系完成缺陷深度的检测。以热传导较快的铝材料为例,对自行设计深度不同的平底洞缺陷给出此方法的实验结果,通过Matlab中FFT分析得到的不同深度平底洞缺陷在不同频率下的位相曲线及VC++中得到的位相序列热图,实验结果表明了脉冲位相对缺陷深度检测的可行性,缺陷实际深度关系与实验计算深度存在d≈1.98μ 的关系,同时位相图有效抑制了噪声的干扰,为材料和结构内部缺陷检测提供了一种有效处理方法。     

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。     

基于脉冲位相的红外热波无损检测法测量缺陷深度

提出了基于脉冲位相分析的数据处理方法以实现红外热波无损检测法对缺陷深度的测量.对脉冲红外热波无损检测的时间信号进行傅里叶变换(FFT),提取位相频率信息,根据热波频率与传导深度的关系完成缺陷深度的检测.以热传导较快的铝材料为例,对自行设计的深度不同的平底洞缺陷进行实验,并通过应用Matlab的FFT分析得到不同深度平底洞缺陷在不同频率下的位相曲线,同时,应用VC++得到位相序列热图.实验结果表明了脉冲位相对缺陷深度检测的可行性,缺陷实际深度与实验深度存在d≈1.98 μ的关系,同时位相图有效抑制了噪声的干扰,为材料和结构内部缺陷检测提供了一种有效处理方法.     

基于红外锁相法的热波检测技术及缺陷深度测量-1

红外锁相法热波检测技术（Lock-in Thermography）是一种基于热波处理的主动式红外热成像检测技术,适用于复合材料及复杂结构构件的无损检测,已广泛应用于航天航空、汽车、机械、电力等领域。本文着重介绍了阐述了红外锁相法热波检测技术的原理、缺陷深度测量及在蜂窝夹层结构及焊接构件检测中的应用。采用有限差分法计算了强度按正弦规律变化热流引起试件表面温度变化历程,并采用锁相法提取了有缺陷与无缺陷处的稳态温度变化和计算二者相位差,与试验结果接近。建立了热波在试件中传导的热—电等效模型,利用该模型对红外锁相法热波检测技术进行了仿真研究,得到了缺陷深度和反射热波与入射热波相位差之间的关系,该模型计算结果与试验结果基本一致。采用红外锁相法热波检测技术对模拟缺陷的蜂窝夹层结构试件和实际的焊接构件进行了无损检测试验研究,结果表明,采用红外锁相法热波检测技术能够快速、准确的获得缺陷大小、位置等,该技术对具有复杂曲面结构的构件也十分优越。     

薄壁柱壳零件的加工稳定性分析

根据薄壁柱壳在切削加工中的力学特点,应用有限元软件ANSYS建立了一类悬臂柱壳结构的有限元模型。对不同几何参数、切削力作用点和切削分力时柱壳的稳定性进行了分析。结果表明在切削力一定的情况下,较小曲率半径、弦长和壁厚的柱壳结构易发生屈曲变形;同时当几何参数不变时,合理设计各分力比例和装夹方式能够有效避免失稳。     

正置正交加筋薄壁柱壳优化设计参数化有限元方法研究

利用有限元软件建立轴压正置正交加筋薄壁圆柱壳的参数化有限元分析模型,研究结构参数对薄壁加筋圆柱壳结构的临界载荷和屈曲模式的影响。随着蒙皮厚度的增加,结构的屈曲模式由局部屈曲逐步变化到总体屈曲,屈曲载荷上升;随着加筋厚度或宽度的增加,由总体屈曲变化到局部屈曲,屈曲载荷上升。通过等体积时的参数变化对屈曲载荷和屈曲模式的影响研究,表明在对应某体积的设计中,只有一种设计使结构屈曲载荷达到最大,而当此最大的屈曲载荷等于设计载荷时,是最轻重量的设计。在此基础上发展一种基于APDL(Ansys parametric design language)语言的薄壁加筋圆柱壳结构优化设计方法,利用该方法给出设计算例的优化结果。     

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。     

立方氮化硼超硬磨料与45钢钎焊接头残余应力有限元分析

针对立方氮化硼(CBN)超硬磨料高温钎焊冷却过程中可能产生较大热应力而导致磨粒破碎和接头断裂的问题,利用弹塑性有限元法对Ag-Cu-Ti合金钎焊CBN磨粒与45钢基体时接头的残余应力进行模拟分析.结果表明;磨粒球体内部中心轴线、中心平面半径方向以及磨粒与钎料顶层圆形断面半径方向是磨粒内部残余应力变化最显著的区域,而圆形断面边缘部分为磨粒内部最大残余拉应力的存在区域.试验验证有限元分析结果与测试结果基本一致.基于磨粒内部的最大残余拉应力,为确保焊后磨粒强度和钎焊砂轮容屑空间,CBN磨粒在钎料层中的包埋深度宜控制在30%～40%之间.     

热障涂层平头压痕蠕变研究

研究典型热障涂层(thermal barrier coating,TBC)系统在圆柱形平头压痕下的蠕变响应。考虑刚性压头、弹性压头和弹性磨损压头作用下,压头压痕深度随时间的变化规律和压头前方的Mises应力分布,分析压头尺寸和外载荷变化对压痕深度和Mises应力分布的影响．可以得出结论,平头压痕下TBC系统的蠕变在较短时间内即达到稳态,压痕深度随外载荷和压头半径的增大而增大;在相同载荷和压头半径下,压痕深度的影响表现为弹性磨损心头大于弹性压头,弹性压头大于刚性压头;对于弹性磨损压头,在相同载荷和压头半径下,压痕深度随磨损圆角半径的增大而增大。     

潜水深度对结构自振特性影响的数值分析

水下结构的自振特性不仅受流体动压力的影响，还受不同水深一的静水压力的影响，本文假设水为无粘、不可压、无旋流体，通过附连水质量解耦，用考虑初应力刚度的有限元方法计算了圆柱壳在不同水深下的自振特性，初步揭示了这种影响，所得结果和方法可供流固耦合方面的研究参考。     

Integrated wear prediction model for cylindrical gear with variable hyperbolic circular arc tooth trace under mixed elastohydrodynamic lubrication

Cylindrical gear with variable hyperbolic circular arc tooth trace (VH-CATT) is a new type of gear. Sliding wear is the main mode of the surface failure of multiple mechanical parts. Both the lubrication state and contact temperature considerably influence wear characteristics, which may aggravate the transmission performance of gear pairs. Wear, contact temperature, as well as lubrication states are jointly explored. Therefore, an integrated wear prediction model was proposed through taking into account flash contact temperature and surface roughness of VH-CATT cylindrical gears in mixed elastohydrodynamic lubrication. According to the equivalent ellipse contact model of VH-CATT cylindrical gears and tooth surface equation, normal curvature and velocity relations for VH-CATT cylindrical gears were observed, and the normal meshing force was obtained through the consideration of load sharing coefficients and quality grades. Flash contact temperature was estimated by using the literature. This study proposes analytical solutions for investigating how various surface roughness, operation, and geometric parameters affect asperity contact ratio (ACR), asperity contact pressure (ACP), flash contact temperature (FCT), as well as wear depth (WD) related to driving gears. ACR, ACP, FCT, as well as WD initially decrease and then increase from engaging-in to engaging-out processes. The minimum occurs at the pitch point. The WD declines as module, cutter radius, and rotational velocity increase while augmenting when surface roughness and torques increase. The maximum and minimum wear depths in driving gears occur at the dedendum and pitch point, respectively. Its overall wear is reduced by 23.16 % compared to the wear of spur gears. The results are valuable for the studies of tooth pitting, wear resistance, and fatigue life improvement for VH-CATT cylindrical gear. These studies can provide verification data and references required for engineering designs and VH-CATT cylindrical gear operations.

     

切削用量对立铣加工钛合金Ti6Al4V切削力和切削温度影响规律的有限元仿真研究

利用软件AdvantEdge建立硬质合金涂层立铣刀三维铣削Ti6Al4V钛合金的有限元分析模型,模拟分析切削参数(切削速度、每齿进给量、轴向切削深度及径向切削深度)对刀具切削温度、切削力的影响规律。研究发现:切削力及切削温度随每齿进给量、轴向切削深度及径向切削深度的增加而增加:切削温度对切削深度的变化较敏感,随轴向切削深度和径向切削深度的增加显著增加;随着切削速度的增加,切削力先增大后减小,临界切削速度为120m/min。     

圆柱壳开孔补强的弹性和弹塑性有限元分析

考虑补强圈与圆柱壳作为一个整体子模型和接触子模型，对开孔补强结构的圆柱壳进行了弹性和弹塑性有限元应力分析。比较两个子模型和弹性／弹塑性有限元分析的结果，发现接触子模型和整体子模型的圆柱壳开孔应力分布相似，但接触子模型和整体子模型在壳体和补强圈之间的接触面上的应力分布存在差异。对不同直径的接管和不同倾角的接管进行了有限元分析，分析表明，应力分布及最大应力受倾角的影响较大，受直径变化的影响不大。