铺放工艺参数对预浸料丝束曲线铺贴质量的影响

为研究铺放工艺参数对复合材料预浸料丝束曲线铺贴质量的影响规律及作用机制,首先自主设计并搭建了可模拟铺丝机曲线铺贴运动的试验平台,进行了变铺放工艺参数与变铺放半径的预浸料丝束曲线铺贴试验.通过测量计算有效贴合长度比、褶皱角度及曲率半径比,并结合变铺放工艺参数的单因素剥离试验对铺放质量进行了表征.结果表明:曲线铺贴质量与预...     

基于冲击回波的原木内部空洞位置检测方法研究

为了沿原木轴向快速检测内部空洞位置,提出一种基于原木应力波信号分解的冲击回波法。首先对原木内部采集的应力波信号进行集合经验模态(EEMD)分解,然后基于时域特征和分量相关系数相结合的方法找出对空洞敏感的固有模态函数(IMF)分量,最后对该固有模态函数进行傅里叶变换,根据频域特征实现原木内部空洞径向缺陷定位。实验结果表明,该方法能够较准确的对原木内部空洞进行定位。     

板状结构中基于Lamb波单模态的缺陷成像试验研究

Lamb波技术非常适于板类结构的各种缺陷检测。为了得到模态较为单一的Lamb波,使得接收信号更具有解释性,缺陷更容易识别,该文中在板上下表面的相同位置分别布置压电传感器阵列,采用同一位置上下表面的双压电片同相或反相激励,激励出单一S₀或A₀模态。运用这种单模态的Lamb波激励方式对板中缺陷进行检测,结合椭圆成像算法与数据融合方法对压电传感器阵列接收到的多组信号进行缺陷成像。该方法有效的实现了板中缺陷的二维成像定位,检测出人工缺陷,并提高了缺陷的可识别能力和定位精度。     

RTM成型复合材料中微观缺陷表征及分析

通过对RTM成型复合材料制件及其预成型体进行解剖,并采用光学显微镜及扫描电镜对制件缺陷及预成型体表征,结果显示预成型体中定型剂富集的铺层与缺陷位置一致;并分析了缺陷表观形貌,阐述了缺陷形成原因。     

自动铺丝过程中预浸料的侧向弯曲

根据自动铺丝过程中预浸料的受力特点,建立预浸料的侧向弯曲变形模型。利用最小势能原理、瑞利-利兹法以及相关的复合材料力学理论,推导出预浸料侧向屈曲半径公式。研究自动铺丝温度、压力、速度、黏附力等主要工艺参数对侧向弯曲性能的影响,并用自动铺丝机铺放不同半径的预浸料圆弧进行验证。结果表明:随着温度增大、压力和速度减小,预浸料的侧向弯曲性能提高;增加预浸料黏附力可显著提高其侧向弯曲性能,符合理论分析结果。     

基于小波奇异熵与SOFM神经网络的电机轴承故障识别

提出一种用小波奇异熵(WSE)和自组织特征映射(SOFM)神经网络进行电机轴承故障识别的建模方法。首先通过对电机驱动端和风扇端采集的故障振动信号的小波奇异熵的计算和比较来识别故障轴承的端位;在此基础上以故障端信号的小波包分解底层各结点能量为特征向量输入建立自组织特征映射神经网络模型来识别故障轴承内部的具体点蚀破坏位置。小波奇异熵和SOFM神经网络的结合实现了故障轴承端位及其内部点蚀位置的联合识别。分别对含有内外圈和滚动体点蚀故障的轴承进行建模和识别试验,结果表明:该模型可以有效地识别电机故障轴承的端位及其内部点蚀破坏位置;与传统支持向量机和BP神经网络识别模型相比,该模型故障识别准确率更高,识别稳定性更好,更适宜于故障识别这样的多分类问题。     

低渗煤层预裂爆破裂纹扩展规律数值模拟研究

针对低透气性煤层实施深孔预裂爆破过程中爆炸应力波和爆生气体作用下裂纹扩展范围和规律现场难以测量的问题,采用理论和数值模拟相结合的方法,对低渗透煤层进行单孔和双孔预裂爆破数值模拟,得到了不同爆破参数下应力、压力和单位质量塑性功等物理量动态变化规律和裂纹扩展范围,分析了深孔预裂爆破裂纹扩展规律和煤体在高温高压爆生气体及应力波作用下破坏区域的演化规律。炸药在煤体内爆炸的瞬间,产生的压力远大于煤体所能承受的动态抗压强度,煤体被破坏形成爆破空腔,当爆炸冲击波在孔壁上产生初始径向裂隙后,爆生气体楔入裂隙中使其继续扩展,在煤体内形成粉碎区、裂隙区、震动区,揭示了煤层在爆炸应力波和爆生气体作用下的损伤断裂机理。     

基于OCT成像的淡水无核珍珠内部缺陷自动检测方法

光学相干层析技术(OCT)作为一种高分辨率的无损光学检测手段,已被用于珍珠的内部质量检测。针对淡水无核珍珠质层内部缺陷检测的需求,提出一种通过光学相干层析图像实现淡水无核珍珠内部缺陷自动检测的方法。根据珠层灰度变化的特点,识别图像中缺陷区域的梯度特征和缺陷位置变化特征,并利用缺陷特征建立反向传播神经网络模型。实验中采集了内部无缺陷和内部有多种类型缺陷淡水无核珍珠的光学相干层析图像各20幅,对图像进行预处理并提取特征,利用K-means算法检测样本类型与所提取特征的匹配度,用特征与类型相匹配的样本特征训练反向传播神经网络模型,使用反向传播网络模型对淡水无核珍珠内部缺陷层进行分类识别。实验结果表明该方法提取特征的匹配度为92.5%,分类准确率达到100%,验证了该方法的可行性和有效性,提出的方法能够作为淡水无核珍珠内部缺陷识别和自动分类的有效手段。     

预裂缝对爆破振动频谱分布特征的影响

预裂孔首先起爆形成贯通预裂缝对随后主爆孔爆破的振动频谱特征和能量分布产生重大影响。依托金沙江白鹤滩水电站左岸坝肩边坡开挖爆破试验,通过对预裂孔爆破和主爆破(主爆孔+缓冲孔)的振动信号进行小波包分析,获得预裂孔爆破和主爆破的功率谱和能量谱。通过对比发现:爆破振动的能量主要集中于40 Hz以内且分布极不均匀,存在多个主振频带。而在同一次爆破试验中,不同测点预裂孔爆破的主振频带比主爆破的主振频带分布更广,主爆破的主振频带集中于低频段,并且主爆破的能量和功率向低频的主振频带集中,反映出预裂孔爆破形成的预裂缝能很好地阻挡主爆破能量的传播,并存在高频滤波效应,频率较高、波长较短的振动应力波被预裂缝过滤,而频率较低、波长较长的应力波能更好地穿透预裂缝。试验结论对揭示预裂缝和对爆破振动传播及其频谱特征变化的影响具有参考价值。     

光纤布拉格光栅监测复合材料固化

复合材料层合板在固化成型过程中形成的残余应变和应力是影响材料质量的重要因素,它与预浸料铺层在固化工艺过程中产生的应变密切相关。在研究和测试了光纤布拉格光栅应变和温度传感器传感特性的基础上,将二者埋入复合材料预浸料铺层,在热压釜成型工艺过程中监测了材料内部的温度和应变发展历程,由此获得对称正交层合板的宏观残余应变。监测结果表明,单向和对称正交层合板在固化结束后都将产生收缩,对称正交层合板铺层内的残余应变平行于纤维方向为压应变,垂直于纤维方向为拉应变。光纤光栅传感器为复合材料固化监测及层合板残余应力分析提供了一种新的工具,为实现复合材料从制造到服役的全寿命、一体化监测提供了可能。      

面向RC结构损伤演变的位移相关型阻尼模型及参数识别

针对目前阻尼模型不能充分反映钢筋混凝土结构阻尼与损伤之间关系的不足,提出位移相关型非线性阻尼模型,该模型既能反映结构振动过程中的粘滞阻尼耗能又能反映与结构损伤相关的内摩擦耗能。将内摩擦阻尼分解为残余应力效应和粘结滑移效应。基于能量守恒原理提出模型中阻尼参数的识别方法,并进行数值验证。对一钢筋混凝土简支梁进行损伤加载和动力测试,基于位移相关型非线性阻尼模型和相关动力学模型识别各损伤状态下的阻尼参数,分析其变化规律及非线性阻尼与损伤之间的内在联系。结果表明位移相关型阻尼模型不仅能反映阻尼比随位移峰值的增大而增大的现象,还能反映阻尼比随损伤程度的演变规律。     

Probability of the presence of damage estimated from an active sensor network in a composite panel of multiple stiffeners

Artificial damage in the form of a through-thickness hole in a composite panel of five stiffeners is identified using a guided wave-based damage diagnostic algorithm, which is based on the probability of the presence of damage in the monitoring area estimated using correlation coefficients of Lamb wave signals from an active sensor network. Without defining the detail features of individual wave components, this diagnostic algorithm focuses on the calibrated changes in wave signals due to the presence of damage. The probability of the presence of damage at each grid in the monitoring area is estimated. The area consisting of grids with probability values for the presence of damage above a threshold is subsequently identified for damage identification. The effect of networks of sensing paths and shapes of the affected zone of individual sensing paths on identifying the damage in the composite panel is investigated. The results demonstrate that the diagnostic algorithm, being computationally efficient and amenable to automated processing, can be used to identify damage in highly complex structures.     

Laser Processing on CVD-Processed Alumina-Coated Carbide Inserts

Laser shock processing (LSP) has been applied to locally relieve the deleterious tensile residual stresses on the wear area of a coated tool. LSP utilizes a very short laser pulse with high energy density, which induces high-pressure stress wave propagation. The residual stresses are relieved by incident shock waves on the coating surface. Residual stress levels of LSP CVD alumina-coated carbide insert were evaluated by the x-ray diffractometer. Based on these results, LSP parameters such as number of laser pulses and laser energy density can be controlled to reduce residual stress. From the relationship between LSP parameters and the residual stress behavior, the empirical equation is derived. Crater wear on the coated carbide inserts with various LSP conditions was examined after the turning tests. We have analyzed the preliminary results to verify the effects of residual stress in reducing crater wear.     

复合材料I形梁分层的光纤超声探测技术数值研究

针对纤维增强塑料多界面、高阻尼以及体波模式多样性对超声无损检测的影响, 介绍了一种利用光纤超声探测技术结合小波信号分析检测I 形纤维增强塑料梁中分层的方法。该方法利用超声发射器在梁中产生超声应力波, 用表面粘贴的光纤干涉仪来探测梁中应力波的传播情况, 然后利用小波的多分辨率特性对此信号进行时频分析, 结合梁中超声波的传播特性即可确定分层的位置。理论分析和模拟结果都表明了此方法探测复合材料梁腹板/翼缘连接处分层的可行性。      

界面剥离钢-混凝土组合结构应力波传播谱元法模拟研究

建立钢-混凝土组合结构截面二维谱元法模型,针对钢-混凝土界面完好以及存在界面剥离时模型在单点激励下弹性应力波场进行模拟分析,探究弹性应力波的传播规律。采用去除混凝土单元的方法反映组合结构中钢板与混凝土之间的界面剥离。通过对比分析表明界面剥离的存在对弹性应力波场以及模型上不同位置的位移响应产生影响。通过改变界面剥离程度,得到测点位移的变化规律。通过模拟,谱元法可以有效模拟钢-混凝土组合结构中弹性波的传播规律,为研究基于应力波测量的钢-混凝土组合结构界面缺陷检测机理提供帮助。     

A displacement-detection based approach for process monitoring and processing window definition of resistance welding of thermoplastic composites

The evolution of weld displacement, or the thickness of welding stack, with welding time during resistance welding of thermoplastic composites was characterised, and based on this the possibility of using displacement data for process monitoring and processing window definition was investigated. Resistance welding of glass fabric reinforced polyetherimide using a metal mesh as the heating element was studied, and weld displacement was detected using a laser sensor. The effect of welding parameters on the displacement curve was studied. Welding defects, such as voids and squeeze flow, could be detected by monitoring the weld displacement. Fast definition of the welding processing window was found to be possible using displacement curves, and the predicted processing window showed good agreement with the processing window determined from mechanical tests.     

利用波的反射和透射系数确定波导结构不连续点的动力学参数

截面均匀的梁、管道等细长结构在工程中有着广泛应用,这类结构具有沿结构伸展方向长距离传递机械波的波导特性,称为波导结构。此类结构通常包含联结件、支撑件等不连续点,这些不连续点的动力学参数,如质量,刚度,阻尼等,是波导结构动力学建模的关键参数。由于实际不连续点结构复杂,往往需要用实验方法确定其动力学参数。基于行波分析方法,本文建立了波导结构不连续点的动力学参数与不连续点处的反射、透射系数之间的一般性解析关系式。根据此关系式,提出了通过测量有效频率范围内的不连续点处的反射、透射系数,结合最优化曲线拟合,进行不连续点动力学参数识别的方法。文中以无限长梁附加质量块不连续点为例,用该方法测量附加质量块的质量和转动惯量参数。蒙特卡罗法仿真结果表明,该方法受测量噪声的影响较小。用该方法对不同附加质量块进行参数识别的实验结果表明,质量误差在5%以内,转动惯量误差在15%以内,测量准确度与所选择的识别频率范围有关。     

颗粒增强镁基复合材料细观力学场的数值模拟分析

本文借助有限元数值模拟,研究了颗粒增强镁基复合材料的细观力学特征.结果表明,等效应力、应力球量、功耗、最大主应力和最大主应变存在明显的集中现象.尽管外力小于基体的屈服强度,但应力集中可使基体发生微区屈服.复合材料主要的失效形式为界面脱粘和基体开裂,同时,细观力学分析说明,增强体的强化作用主要来自于它对基体应力、应变状态...     

Creep behavior of an Al-6061 metal matrix composite produced by liquid metallurgy processing

Constant stress creep tests were conducted on an Al-6061 metal matrix composite reinforced with alumina microspheres and produced using liquid metallurgy processing. By introducing a threshold stress into the creep analysis, it is concluded that creep occurs by viscous glide in the matrix with a stress exponent of ≈ 3 and an activation energy of ≈125 kJ mol⁻¹. The threshold stress is probably associated with the presence of fine spinel crystals which have been identified in the matrix of the composite.     

热塑性FRP自动铺放成型缺陷的多尺度研究进展

纤维增强型复合材料(FRP)自动铺放成型缺陷形成过程涉及多个时空尺度,仅依靠宏观失效理论及实验分析等方法无法实现对FRP铺放成型缺陷机理的研究。为了解决以上问题,本文针对热塑性FRP,分析了其铺放制造过程中常见的缺陷类型及其形成的基本原因,并结合气泡成核、热力耦合、界面增强理论及原位固结技术的国内外研究成果,指出现阶段FRP铺放缺陷机理研究方法的不足,根据现有的多尺度分析法及材料设计的嵌套式关系,提出反串行嵌套式多尺度分析方法,并讨论了基体的流动性、结晶度、黏弹性及吸湿性等微观力学参数的分析和计算方法。最后,采用灰色关联及多目标优化法,提出FRP铺放成型工艺的多尺度协同设计方法。未来研究重点是在铺放样机应用化的基础上,分析工艺参数、成型缺陷与力学性能的关联特性,揭示缺陷形成机理并优化工艺参数。