遮光法测量铝薄板高压加载下的动态特征量

为了检测强脉冲激光冲击加载材料发生的动态变化,采用遮光原理设计了一种新的检测仪器,能较为准确地检测出在冲击过程中试样的动态特征量。结果表明,铝薄板（L2）在激光冲击成形过程中弹性变形和塑性变形同时存在,塑性变形的时间远远大于弹性变形。试样中心区域在弹性变形阶段的平均变形速率为3.2103m/s,试样的平均应变率为8.9 104s-1。该结果为相关激光冲击成形技术发展提供了实验依据。     

激光冲击处理304不锈钢表面的形貌特征及其机理分析

为了研究激光冲击强化(LSP)过程中冲击波柔性加载条件下靶材的表面形貌与变形机理的联系,采用短脉冲强激光对304奥氏体不锈钢表面进行LSP处理,在没有对材料表面进行腐蚀的条件下,利用光学显微镜直接观察了LSP处理后材料的表面,并分析了其表面形貌特征与形成机理。研究发现,表面形貌呈现了多晶面心立方(FCC)金属的塑性变形特征,所浮现的形变组织能够直接反映材料在冲击波加载下的变形机制。实验结果表明,激光冲击后材料的表面形貌与塑性变形机制具有对应关系,这为LSP处理的变形机理的研究提供了一种新的实验方法。     

脉冲激光冲击LD31薄板变形的实验和数值模拟

激光冲击板料变形是利用高能脉冲激光和材料相互作用诱导的高幅冲击波的力效应使板料产生塑性变形的新技术 ,本文利用Nd :Glass脉冲激光对厚度为 0 .8mm的LD31薄板进行激光冲击变形实验。所用激光参数为 :脉冲能量 15～ 30J,脉冲宽度 2 5ns ,光斑直径Φ8mm。利用ABAQUS软件对激光冲击下板料的变形过程进行了数值模拟 ,建立了激光冲击波加载的数学模型 ,探索激光冲击的主要参数和板料变形之间的相互关系 ,为激光冲击变形工艺参数的优化、板料变形的理论分析 ,实现大面积金属板料的柔性激光冲压成形提供依据。     

正方形薄板激光弯曲三维成形球冠面的技术分析

激光弯曲成形是利用激光束的能量修整板材曲率的一种新型柔性无模成形加工方法。为探索激光弯曲三维成形的机制以及成形过程中的物理现象,对1Cr18Ni9Ti正方形薄板采用交叉线扫描策略激光弯曲三维成形制备了球冠面,利用显式动态有限元方法分析了正方形薄板在激光扫描过程中的温度、应力、应变、节点加速度与速度以及形变的变化情况,在二维激光成形温度梯度机制基础上探讨了激光弯曲三维成形中存在的物理现象。在扫描过程中,薄板整体的温度随着激光扫描逐渐增加,在任意时刻任意位置的加热都会造成整体薄板应力作用方向和大小的改变,应力变化是形成圆周线的趋势,由于扫描路径时空的变化导致正方形薄板四角的变形量有所不同。     

激光半模冲击成形中板料反向变形现象研究

为了研究激光半模冲击成形在工业领域的实际应用,利用钛合金薄板作为试样进行波形零件的冲击试验,冲击过程中发现试样局部区域产生了反向变形,尤其在薄板中心区域反向变形现象更为严重.板料的反向变形使板料不能与凹模密切贴合,严重影响了冲击成形的质量.通过分析发现,由于激光能量较高,使板料与凹模凹陷处接触时的残余速度过高,从而导致板料与凹模发生剧烈碰撞.当板料因碰撞产生的反向运动速度大于板料反向屈服的速度阈值时将会产生影响成形质量的反向变形.通过调整激光能量避免了反向变形的发生,得到了理想的波形零件.实验与分析的结果表明,在满足半模冲击成形塑性变形量的基础上,采用较低的激光能量,既可避免反向变形的产生,又可保证半模冲击成形的质量.     

基于径向基函数神经网络的脉冲激光薄板焊接变形预测

以轿车用低碳钢薄板为实验样品,分析了脉冲激光焊接产生的主要变形方式。利用径向基函数神经网络对薄板焊接产生的横向收缩变形和横向弯曲变形进行预测。采用响应面法对实验参数进行优化设计。将脉冲频率、脉宽、聚焦镜焦距、离焦量、工件移动速度、保护气体种类、工件温度波动和光功率波动作为神经网络输入,提高了焊接变形预测的准确度。通过对比6种神经网络对薄板焊接变形预测的结果得出了最佳的网络结构。实验证明该神经网络对薄板焊接产生的变形有较高的预测准确度。     

工业纯钛板激光冲击形变的特征微结构

用输出波长为1064nm、脉冲宽度为20ns的调Q钕玻璃激光器对TA2工业纯钛板料进行了激光连续冲击无模弯曲形变试验,用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)分析了激光冲击变形全断面的特征微结构。根据变形区的应力状态,观察到3种主要的特征微结构。一是位于压缩应变区域的近纳米级微孪晶栅,认为是由接近同一方向的高密度层错聚集的产物;同时由于新生微结构之间的交互作用而诱发的第三类微观内应力,在基体间形成高密度的位错网络和位错胞。二是同在压缩应变区域,在超高应变率和强大的冲击能量作用下局部切变诱发的α→α′的逆相变。三是在激光冲击超高速形变条件下,受高度约束的HCP晶系材料塑性变形阻力增大,在拉伸变形区域诱发沿解理方向的局部层状集群滑移现象。上述3种现象源于激光冲击形变时材料微观约束条件和形变方式,造成形变区域微结构和硬度的不均匀性,在重复冲击条件下,不利于钛板的均匀变形。     

激光冲击TA2板料变形的理论分析和实验研究

金属板料的激光冲击成形技术是利用高能激光诱导的高幅冲击波的力效应,而非热效应实现金属板料的塑性成形技术。对单次激光冲击下TA2板料的变形过程进行了理论分析,通过对激光冲击波载荷作用下板料变形过程的理论分析,建立了激光冲击板料变形的数学模型,得到了板料变形量与加工系统中各种参数之间的相互关系,为加工过程中各种参数的合理优化、板料变形过程的有效控制和实现大面积金属板料的激光冲击成形提供了理论依据。利用高功率钕玻璃激光冲击波装置,从影响板料变形的几个因素出发,选取了三种实验方案,对单次激光冲击下板料的理论变形量进行了实验验证。实验结果表明,依据本数学模型计算得到的理论变形量与实验实测数据较为接近,从而验证了用于计算单次激光冲击下板料变形理论的正确性和预测板料变形的实用性。     

一种新的大功率激光能量测试系统设计与分析

根据几何光学及物理光学中光的折射和反射理论,通过分析以往实验数据统计出在一定入射角范围内反射率为定值的规律特性,计算了不同偏振态激光和自然光的反射率;根据计算结果并结合本单位实际保障条件,设计了一种新的大功率激光能量测试系统;利用该测试系统对不同波长、不同脉冲能量激光进行了实际测试,发现了自然光与脉冲激光在相同条件下反射率差异,得出了利用该测试系统测试大功率激光脉冲能量时入射角应小于10°的结论.     

薄板模具钢脉冲Nd:YAG激光熔凝试样 变形量的测量

在厚度为0.3～0.8 mm的5Cr4Mo3SiMnVAl(012Al)模具钢和Cr12MoV模具钢薄板上，采用脉冲Nd:YAG激光进行了激光熔凝实验，研究了工艺参数(脉冲宽度和脉冲频率)、材质和材料厚度对激光熔凝后试样厚度方向上最大变形量的影响。结果表明，激光熔凝薄板模具钢所引起的变形相当严重，其最大弯曲变形量与材料厚度为同一个数量级；随着脉冲频率的减少或脉冲宽度的增加或材料厚度的减少，试样厚度方向上的最大弯曲变形量增大；Cr12MoV钢试样厚度方向上的最大弯曲变形量比012Al钢的大。激光熔凝工艺参数、材料的热扩散情况和材料的热物性参数的不同是造成上述现象的主要原因。     

全场测量高分子材料超大变形的研究

针对传统的数字图像相关法因相关性较低而难以测量高分子材料的超大变形问题,提出了一种修正的数字图像相关法进行全场全过程测量高分子材料应变。首先,提出一种基于多核点的初值匹配方法,提高了匹配点对的鲁棒性及高效性;然后,介绍一种多基准匹配方法,极大提高了数字图像相关法相关性;最后,根据以上关键技术研发的超大变形测量系统对单向拉伸的高密度聚乙烯试件进行测量。试验结果表明,本文方法能实时、动态、全场测量应变分布大于500%的高分子材料变形状态,为全场测量超大应变高分子材料应变提供了一种有效的非接触测量手段。     

基于数字图像相关的血管截面变形测试方法

心血管病的发病原因与血管的力学特性密切相关, 为精确测量血管截面在不同压强条 件下的变形响应,本文将光学相干断层扫描(optical coherence tomography,OCT)与血 管注射加载装置相结合,实现了不同压强条件下血管截面图像的获取;分析了光折射对成像 的影响,提出了血管截面OCT图像的纠偏方法;采用数字图像相关(digital image correla tion,DIC)方法处理纠偏后图像,实现了血管截面的变形测试,最终形成了一套血管截面 变形测试系统及方法。OCT图像纠偏验证实验验证了折射纠偏方法的必要性和有效性,血管 仿体实验验证了本文测试系统及方法的可靠性。将本文方法应用于猪血管试样变形测试,获 得了猪血管壁截面在不同压强条件下的全场位移和应变。     

提高引伸计测量精度的小波去噪方法研究

介绍了利用线阵CCD引伸计测量形变量的原理和系统结构。利用小波变换对CCD输出信号进行处理，实现了滤除高频噪声、平滑输出曲线的效果。采用最小二乘法做曲线拟合，突破CCD光敏元尺寸限制，使位移精度达到CCD光敏尺寸的1／10。实验测量表明，材料形变测量精度达到1μm。     

Transverse bow measurement system from Korea

We have developed a measurement system for transverse bow in cold-rolled strip, which is convenient to issue and is accurate to about 0.1 mm deformation of tensile-stressed cold-rolled strip.This system has three parts: sensors to measure optical displacement, control, and a signal-processing computer. The system has been running well without interruption for four years. Since we applied this system to the tension leveler at the coil preparation line, the transverse bow has decreased from 0.13% to 0.038%     

微电子器件红外测温中的发射率测量方法研究

为了使红外热像仪能够准确测量微电子器件中微米级发热结构的温度, 并克服由热胀冷缩引起的器件形变问题,提出了一种单温度发射率测量方法。分析了在用传 统的双温度发射率测量方法对微电子器件进行红外检测时热胀冷缩对检测结果的影响。在温度变换过程 中,器件的形变效应会严重影响温度测量结果。提出了一种针对微电子器件显微红外测试 的单温度发射率测量方法。该方法只需将被测件保持在一个固定温度下即可对发射率进行测 量。理论分析结果表明,该方法与双温度法在最终的测量结果上是等效的。单温度发射率测量 方法可以有效避免微电子器件的形变影响,因而可保证温度测量结果的准确性和可靠性。     

Deformation analysis in microstructures and micro-devices

The mechanical behaviors of microstructures and micro-devices have drawn the attention from researchers on materials and mechanics in recent years. To understand the rule of these behaviors, the deformation measurement techniques with micro/nanometer sensitivity and spatial resolution are required. In this paper, a micro-marker identification method is developed to measure microstructure deformation. The micro-markers were directly produced on the top surface of microstructures by taking advantage of ion milling of focused ion beam (FIB) system. Based on the analysis of marker images captured by electronic microscope with specific correlation software, the deformation information in microstructures can be easily obtained. The principle of the technique is introduced in detail in the paper. An example experiment was executed to measure the displacement and strain distribution in a MEMS device. Obtained results show that the technique can be well applied to the deformation measurement of the micro/nano-electro-mechanical-systems (MEMS/NEMS).     

基于弹性形变摩擦力的光学天线伺服系统建模

提出了一种弹性形变摩擦力模型,用于描述光学天线伺服系统的非线性效应。弹性形变摩擦力模型将摩擦力表示为相对运动物体表面接触形变产生的弹性力,与Stribeck模型相比,弹性形变在相对运动过程中连续变化,消除了零速度摩擦力不连续性,与LuGre模型相比,参数较少且无需求解微分方程,降低了模型辨识难度。以伺服系统模型输出速度与实测输出速度的误差平方和为评价函数,采用遗传算法辨识基于三种摩擦力模型的伺服系统参数。实验结果表明:在相同的遗传进化迭代次数下,弹性形变摩擦力模型精度比Stribeck模型提高2.3倍,比LuGre模型提高4.6倍。验证了弹性形变摩擦力模型用于伺服系统非线性建模的可行性。     

A novel method to obtain modulus image of soft tissues using ultrasound water jet indentation: a phantom study

The alteration of tissue stiffness is generally known to be associated with pathological changes. Ultrasound indentation is one of the methods that can be used to assess the mechanical properties of the soft tissues. It uses a flat-ended ultrasound transducer to directly contact the tissue to sense tissue deformation under an applied load. This paper introduced a novel noncontact ultrasound indentation system using water jet compression. The key idea was to utilize a water jet as the indenter as well as the coupling medium for propagation of the ultrasound beam. High frequency focused ultrasound (20 MHz) was used to measure the indentation deformation at a microscopic level. It has been demonstrated that the system could effectively assess the tissue-mimic phantoms with different stiffness. Water jet coupling allows the system to conduct C-scan on soft tissues rapidly and conveniently. By applying different pressures while taking C-scan sequences, the modulus images of the phantoms could be obtained based on the applied pressure and the phantom deformation and thickness. This paper presented the preliminary results on gel phantoms. The spatial resolution, the contrast resolution of the measurements and the reproducibility of the results were also discussed.     

Real-time VLBI system using ATM network

The Communications Research Laboratory (CRL), Tokyo, Japan, and the Telecommunication Network Laboratory Group, Nippon Telegraph and Telephone Corp., Tokyo, Japan, have developed a highly precise, very long baseline interferometry (VLBI) system using a high speed asynchronous transfer mode (ATM) network. The observed data is transmitted through a 2.488-Gbps ATM network [STM-16/OC-48] instead of being recorded onto magnetic tape. The system was specially designed for the Key Stone Project (KSP), a project begun in 1994 to measure crustal deformation in the Tokyo metropolitan area. Cross-correlation processing and data observations are carried out simultaneously by one operator. It takes about one hour to analyze the data after the observations and correlations are completed. In regular geodetic VLBI experiments run every other day for 24 h, a horizontal position uncertainty of about 2 mm and a vertical position uncertainty of about 10 mm were achieved. The system was designed to enable automated operation throughout the entire process. The results obtained are available to the public via the Internet at http:ksp.crl.go.jp. This system is a significant advance in VLBI and should provide more precise information about crustal deformation in the Tokyo metropolitan area