茶叶嫩芽视觉识别与采摘点定位方法研究

茶叶嫩芽识别和采摘点定位是实现精品茶制作过程中机器人选择性自主采摘的前提.提出了一种基于图像处理的自然场景下茶叶嫩芽视觉识别与采摘点定位方法.通过对茶丛图像特征分析,设计了基于超绿特征的茶叶嫩芽图像分割方法,提取茶丛图像的超绿特征,采用大津法(OTSU)进行阈值分割,并通过闭运算去除噪声,经色彩合并获得嫩芽分割图像.设...     

再制造件涂覆层内部裂纹扩展行为研究

目的研究再制造件涂层内部不同形状、尺寸的裂纹扩展行为。方法利用扩展有限元和内聚力单元结合的方法,通过设定断裂能G值作为控制裂纹扩展的参数,对三点弯曲试验以及拉伸试验下涂覆层内部的裂纹进行模拟,并通过实验进行验证。结果随着载荷的增加,涂层中的垂直裂纹和45°倾斜裂纹均沿着涂层厚度方向扩展,到达界面时裂纹发生偏转,沿着界面继续扩展而并没有越过涂层-基体界面向基体扩展。模拟得到三点弯曲试验下初始长度为0.2 mm的垂直裂纹和45°倾斜裂纹开裂的临界载荷分别为3.47 k N和4.49 k N,裂纹长度增加至0.3 mm时,临界载荷降低为3.29 k N和4.31 k N。裂纹越靠近试件中心,临界载荷越小,越易发生裂纹扩展现象。另一方面,在拉伸试验下,0.2 mm的垂直裂纹的临界开裂载荷(3.47 k N)小于投影长度相同的倾斜裂纹的临界载荷(5.21 k N),而与拉应力平行的裂纹并未扩展。实验得到0.2 mm的垂直裂纹在弯曲试验下的平均临界载荷为3.49 k N,而倾斜裂纹为4.46 k N。结论三点弯曲试验下,垂直裂纹比倾斜裂纹更危险,初始长度越长、越靠近试件中心的裂纹越易发生裂纹扩展现象。在拉伸试验下,与拉应力平行的裂纹并未扩展,最安全。模拟结果与实验相近,验证了模拟的正确性。     

增材制造金属结构件残余应力的研究进展

增材制造技术近年来取得了重大进展,金属增材制造可以三维成型精度高的复杂形状零件,在各行业的应用中具有独特优势。然而,增材制造金属零件成形时由于高温度梯度会引起复杂残余应力。简要分析了增材制造技术的特点,重点总结了激光选区熔化和电弧增材制造的工艺原理。在此基础上,详细综述了增材制造过程中残余应力的产生机制及测量方法,其中,温度梯度机制是解释残余应力产生机制最常用的方法。针对残余应力的测量,分别从无损检测和破坏性检测两方面进行归纳,最常用的破坏性检测残余应力的方法是轮廓法和钻孔法,而无损检测的方法是X射线衍射法。并且总结了残余应力的调控方法,包括工艺参数调控、预热缓冷及重熔调控、结构设计调控、辅助外场调控、后处理调控。最后简要总结增材制造金属结构件残余应力研究中亟待解决的问题,并展望了金属增材制造的发展方向。     

涂层厚度对再制造零件失效形式的影响

目的研究不同厚度涂层的再制造零件在弯曲疲劳情况下的失效形式。方法利用电弧喷涂对零件进行再制造处理,并进行四点弯曲疲劳实验,利用扫描电镜对不同厚度涂层的再制造零件断口形貌进行观察,研究不同厚度涂层的疲劳裂纹萌生、扩展以及断裂方式。结果疲劳裂纹萌生形式主要为多源疲劳失效,在疲劳裂纹的扩展过程中,不同平面内扩展的裂纹相交,形成了台阶形貌。当涂层厚度为100、200μm时,裂纹主要萌生于四点弯曲实验中应力最集中的部位,萌生于涂层和基体之间,并逐渐地向涂层和基体扩展,直至试样断裂。而涂层厚度为300、400μm时,裂纹萌生部位主要集中于四点弯曲疲劳试验中应力最大部位的两侧,并呈对称式分布,裂纹在界面处连接,使得涂层和基体产生分层现象,之后分层部位处裂纹沿着基体方向扩展,直至试样断裂。结论涂层厚度不同,整个系统的失效模式也不同。对于较薄的涂层,裂纹模式主要为垂直于涂层-基体界面的裂纹,此时拉伸失效占主导。对于较厚的涂层,界面裂纹为主要的裂纹模式,此时剪切失效占主导。     

热喷涂零件界面裂纹扩展行为影响因素研究

热喷涂技术在提高构件寿命等方面得到了广泛应用,但界面裂纹的存在对零件寿命的影响尤其明显。本工作利用有限元法研究了残余应力、涂层厚度以及初始裂纹长度等因素对界面裂纹扩展的影响。研究结果表明:残余压应力的增加会导致临界载荷的降低,促使裂纹尖端应力相角增大,更易萌生界面裂纹;而残余拉应力的增加会导致临界载荷的升高,促使裂纹尖端应力相角降低,更易萌生垂直于界面的裂纹。此外,厚涂层易产生平行于界面的裂纹,以剪切失效为主导;薄涂层易产生垂直于界面的裂纹,以拉伸失效为主导。初始裂纹长度越长越易出现涂层与基体的剥离,导致涂层的失效。通过三点弯曲实验对不同初始长度的裂纹进行验证,实验结果与有限元模拟结果相近,验证了有限元模拟的正确性,为精确控制热喷涂零件界面的裂纹扩展提供了科学依据和理论基础。     

42CrMo曲轴钢喷丸强化有限元模拟

喷丸强化能够有效提高42CrMo曲轴钢的抗疲劳性能,且喷丸数值模拟是制定喷丸工艺方案、评估喷丸后工件表面疲劳抗力的主要理论工具。为了体现喷丸过程中的随机性,利用MATLAB软件提供的Rand随机函数产生弹丸的位置,建立随机喷丸模型,并在此模型基础上研究弹丸直径、弹丸材料、冲击速度以及覆盖率与残余应力间的分布规律,进一步讨论喷丸工艺对42CrMo曲轴钢表面粗糙度的影响。研究发现:随着弹丸直径以及速度的增大,残余应力增大,抗疲劳性能提高,但粗糙度也相应增大;随着覆盖率的增大,残余应力增大,表面残余应力分布更加均匀,稳定性提高;同时弹丸强度越高,残余应力越大。通过喷丸试验对随机多弹丸模型进行验证,为喷丸工艺的精确控制提供了科学依据和理论基础。     

再制造零件基体裂纹扩展行为研究

再制造毛坯是具有既往服役历史的废旧零件,裂纹扩展严重影响再制造零件的寿命.本文通过试验手段和数值模拟技术对再制造零件基体内部裂纹的扩展行为进行研究,并探寻基体裂纹倾斜角度、裂纹埋藏深度及位置等因素对基体裂纹扩展的影响.研究结果表明:在三点弯曲试验下,垂直裂纹扩展时的临界载荷小于45°倾斜裂纹的临界载荷,更易发生裂纹扩展现象;当裂纹倾斜角度一定时,越靠近试件中心的裂纹越易发生裂纹扩展现象,越危险;而当裂纹形貌一定时,随着裂纹埋藏深度的增加裂纹扩展的临界载荷逐渐增加,且当埋藏深度达到一定程度时,没有出现裂纹扩展现象.经过实验进行对比,实验结果与模拟结果相近,验证了模拟的正确性.     

基于超声红外热波技术的再制造零件裂纹检测研究现状

再制造是制造的延续，再制造零件由涂覆层和已经服役过的基体组成，异质材料体系的添加以及二次服役使得再制造零件的安全面临巨大的挑战，辨识及表征再制造零件缺陷是再制造零件服役安全评价的重要难题。超声红外热波检测技术利用超声激励产生能量转化和热传导原理，通过采集材料表面和近表面的红外热图对缺陷结构进行反演表征，是热学无损检测技术中非常重要的研究方向。然而，由于涂层的存在，将红外热波技术用于再制造零件裂纹的评价表征也面临着新的理论难题。基于此，本文系统分析了再制造零件的特点，总结了超声红外热波的检测机理，详细综述了低频超声振动能量与裂纹缺陷耦合生热机制研究现状，其中，摩擦生热机制得到了较多的理论支持和试验验证。同时，概述了内部热异常信号向表面瞬态传导的规律。通过对多种超声红外热波的辨识理论的应用，可实现表面异常热波的辨识及准确表征的协同提升。最后，对表面裂纹、界面裂纹及基体裂纹检测的研究现状进行概述，并总结了超声红外热波技术在再制造零件缺陷检测方面的应用和亟待解决的问题。