基于TDLAS的层析成像技术TDLAT

可调谐二极管吸收光谱技术（tunable diode laser absorption spectroscopy,TDLAS）已成为超声速燃烧的重要测量手段之一. 为提高其空间分辨能力,需发展基于TDLAS,结合层析成像术的二维断层成像术（tunablediode laser absorption tomography, TDLAT）. 设计了一套基于6 平行光束-旋转测量的新型TDLAT 系统,吸收波长为7 185.6 cm-1 和7 444.3 cm-1 双线,采用分时-直接吸收探测策略. 重建中,使用代数重建算法,先分别反演计算两吸收线的吸收率和吸收比分布,再获得温度和浓度分布. 利用该系统,在CH₄/Air 预混平面燃烧炉上开展初步验证试验. 结果表明,TDLAT 系统可以反演出温度和浓度分布特征,反演的温度分布结果与热电偶测量值吻合较好. 进一步改进该系统,可用于超燃直连台中,测量燃烧室出口气流的温度和组分浓度分布.      

两相流场粒子成像测速技术(PTV-PIV)初探

在单相ＰＴＶ－ＰＩＶ研究基础上，研究液固两相流场粒子成像图像数字测速技术．首次用ＰＴＶ技术得到直槽道中液固两相流场二维瞬时全场两相流速分布．初步探讨了两相ＰＴＶ－ＰＩＶ技术中与单相ＰＴＶ－ＰＩＶ测速技术的关键不同之处，提出两相ＰＴＶ－ＰＩＶ测速采样的两相相容性准则．为深入研究两相流场粒子成像测速技术奠定了基础．     

基于荧光漂白成像的润滑油膜剪切流速测量

沿润滑油膜厚度方向的剪切流速分布是影响机械部件润滑性能的重要因素.为此,搭建了基于荧光漂白成像的微间隙油膜剪切流速分布测量平台.通过对漂白区域形状演化过程进行图像分析,获得了微米量级间隙中的PB450和PAO6润滑油膜的剪切速度分布.结果表明:在设定测试条件下,厚度为8.5μm的PB450油膜沿膜厚方向的剪切流速近似为典型的线性分布,而相同厚度下的PAO6油膜流速分布表现为非线性塞流,界面附近油膜黏度较中层显著下降.研究还发现,同一滑动速度下,PAO6剪切流速偏离线性分布的程度随膜厚的降低而增加.经过比对分析,试验结果与流体动压润滑条件下的相关数据吻合.     

高速分幅成像系统中图像的几何校正与配准

针对高速分幅的多幅成像系统的特殊结构，阐述了系统所获多幅图像间存在的差异及其产生的原因；在有时间分辨并需进行相互比较的情况下，应对这些图像作一系列的图像处理以得到可靠的、可用于比较的数据。针对高速分幅的多幅成像系统的图像处理主要是图像的几何校正与配准，包括图像的像元响应的平场校正、图像的几何变形校正、图像位置配准等，对此作了进一步的阐述。对序列图像作初步处理，获得了一些改善效果。     

基于单像素成像的微小位移测量方法

激光散斑位移测量法是一种重要的现代光学位移测量方法,由于受到图像传感器元件感光性能限制,难以在强干扰光条件下获得有效散斑场信息,进而无法获取位移场数据,因此,基于单像素成像技术,本文提出一种新的激光散斑位移测量方法:对散斑信息进行图案编码调制,并使用单像素探测器采集调制后的光强信息;利用Walsh-Hadamard Transformation(WHT)成像算法对散斑场图像进行重建;最后结合自相关算法确定物体的位移场信息。分别利用商业相机和单像素成像技术对散射介质的单轴微小位移进行测量,结果表明基于单像素成像技术的激光散斑位移测量技术可以获得较好的测量结果。相比于传统测量方法,基于单像素成像技术的激光散斑位移测量方法在复杂环境中具有一定的优势,可实现强光干扰下的位移场测量。     

台阶法测量CCD成像系统MTF的数据处理方法

根据台阶图像的特点,采用阈值法、多剖线平均法以及多项式曲线拟合法对图像中的白斑噪声,涨落噪声和其它噪声进行前期处理,去噪效果较好,使图像的有用信息损失小,提高了测量CCD成像系统调制传递函数的精度。实践表明,用这种数据处理方法测量CCD成像系统的MTF较为合适。     

基于数字粒子图像的细水雾全场速度测量

水文通过利用激光片光照明细水雾喷雾场和采用数字成像系统获取了喷雾粒子的运动轨迹图像，进而通过研制相应的图像处理和分析软件，重建了细水雾雾场粒子的速度分布，本方法是直接对流场中的粒子成像。因而测量时无需施加示踪粒子对数字成像系统的图像获取速度要求不高，且在图像数据的分析处理方面不像DPIV技术的互相关算法，对示踪粒子的数密度有一定的限制，因此，本方法可用于不宜添加示踪粒子或流场中粒子数密度较低的喷雾场或其它两相流场中粒子速度场的测量。     

计算机透析成像技术在岩土工程中的应用

系统综述了计算机透析成像技术（CT）的基本原理及其在岩土工程中的应用现状,包括CT的图像重建理论、CT图像分析的进展、岩土材料损伤的探测方法、岩土材料结构变化的动态监测、岩土材料本构模型的建立等方面。     

三维粒子成像测速（PIV）中粒子像斑定位的透视成像原理,方法及其可确定性

在三维粒子成像测速（ＰＩＶ）方面,可运用体积光照明同时从不同光轴用多个照相机获得ＰＩＶ图像,如何根据这些不同光轴获得的ＰＩＶ图像确定出粒子物点的空间位置是实现三维粒子成像测速的前提。基于此,本文提出了根据多幅不同光轴的ＰＩＶ图像的粒子像斑实现粒子物点三维定位的透视成像定位原理和方法,精确确定透视平面与透视中心在空间的位置是实现粒子物点三维定位的关键,直接测定透视中心（照相机的光学中心）和透视平面在     

基于频率-波数域偏移的损伤被动成像识别研究

提出了一种应用Lamb波对板结构中多部位损伤源进行被动成像识别的方法.基于Mindlin板理论,推导了板结构中弥散性Lamb波频率-波数域的快速偏移方法,结合爆炸成像原理,对损伤源发出的Lamb波信号进行回传成像.由于损伤源的发生时刻未知,将使用不同假设发生时刻(即不同长度)的Lamb波信号生成一系列图像,通过最小熵原理从中确定最优图像,识别出损伤源的位置和发生时刻.进行了数值仿真研究来表明所提出方法的有效性.     

Micromechanics of ferroelectric domain switching behavior: Part II: Constitutive relations and hysteresis

A constitutive relation is developed to describe the nonlinear behavior of ferroelectric ceramics subjected to external stress and electric field. The theoretical development considers each domain as an inclusion. The Helmholtz and Gibbs free energy of the constituent element are derived by using a micromechanics approach. They are functionals of the orientation distribution function (ODF) that represents the domain distribution patterns. By applying the internal variable theory and expanding ODF in Fourier series, the yield condition, evolution of ODF, and constitutive relation are obtained. Theoretical results agree with experiments.     

基于数字图像相关方法对冲击载荷下泡沫铝全场变形过程的测试

应用分离式霍普金森压杆(以下简称SHPB)和高速摄影装置研究了冲击载荷下泡沫铝试件全场变形的测量方法。使用SHPB对泡沫铝试件进行冲击压缩实验,同时用高速摄影装置对实验过程进行全程跟踪拍摄。将得到的高速摄影图像采用数字图像相关方法进行分析,由此可得到冲击压缩过程中泡沫铝试件全场应变的分布和变化规律。此研究揭示了冲击载荷下泡沫铝试件局部化变形的发展过程,为研究泡沫铝在不同冲击载荷下不同变形模式的内在机制提供了新的可靠的方法。     

铝素坯烧结过程微结构演化的实时观测

为实现对金属粉末压坯烧结过程的实时观测,从而验证现有的相关理论,本文利用同步辐射CT(SR-CT)技术,对铝压制陶瓷坯体的固相烧结过程进行实时投影成像;应用滤波反投影算法和数字图像处理技术,得到了陶瓷坯体在整个固相烧结过程中内部微结构演化的三维重建图像,实现了对铝压制陶瓷坯体整个固相烧结过程的无损原位观测,得到了样品由烧结中期进入烧结后期的完整的演化过程图像。通过重建图像,清晰观测了样品的固相烧结过程:在烧结前、中期(烧结时间t<180min、温度T<600℃),烧结颈形成并随烧结时间生长;由烧结中期开始进入后期时(烧结时间t≥180min、温度T≥600℃),样品内部结构演化加剧,气孔由相互连通演化为相互孤立并球化。进一步在实验图像的基础上分析了二面角等烧结特征的变化情况,得到烧结颈尺寸与时间对数有较好的线性关系,并可根据曲线分辨中期、后期。统计了样品在不同烧结时间的孔隙率,得到了孔隙率随烧结时间和烧结时间对数的变化曲线;分析了样品在不同烧结阶段的致密化特点,得到了烧结中期孔隙率和时间对数的线性关系。实验结果验证了现有的烧结理论,并为进一步完善烧结理论以及建立扩散和本构模型提供了高质量的实验数据。     

Experimental study of liquid–vapor phase distribution in a single tube capillary evaporator

An experimental setup was developed to study the vaporization of a liquid inducing capillary pumping. The study was performed on a single square cross-section micro-channel of 500 μm internal edge, heated only on the upper and lower walls to allow visualization through the 2 other faces. The images were obtained by a shadowgraph technique using a digital camera. A program for processing the images was developed to allow the determination of several quantities characterizing the flow, supplemented by information provided by the rest of the instrumentation equipping the experimental device. The results highlight the unstable nature of the phase distribution. Despite these instabilities, films of liquid spread in an averaged manner over a length substantially equal to the length of the zone where the heat flux was applied, independently of the intensity of the heat flux.     

THERMAL STRESSES ANALYSIS OF CERAMIC/METAL FUNCTIONALLY GRADIENT MATERIAL CYLINDER

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＣｅｒａｍｉｃ／ｍｅｔａｌｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｙｇｒａｄｉｅｎｔｍａｔｅｒｉａｌ（ＦＧＭ）ｈａｓｇｒａｄｉｅｎｔｉｎｇｒｅｄｉｅｎｔｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ｓｏｉｔｓｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒａｎ...     

陶瓷摩擦学I．陶瓷的摩擦与磨损

根据大量文献调查结果，从影响陶瓷材料摩擦磨损性能的内因（主要包括陶瓷材料的力学性能及微观结构）和外因（主要包括载荷、速度、温度、环境气氛及偶件的化学活性等）出发，讨论了陶瓷材料的摩擦磨损行为及机制，以促进正确选择、设计和使用陶瓷材料，在对陶瓷摩擦学研究现状分析评论的基础上，提出了陶瓷摩擦磨损今后研究工作中值得重视的发展方向．     

基于数字图像的土、岩和混凝土内部结构定量分析和力学数值计算的研究进展

土、岩及混凝土是一种内部结构极其复杂的材料,内部细观组成和结构决定了它们在外力作用下内部应力和应变等物理场的分布状态,在很大程度上控制了它们的宏观力学响应和破坏机理和过程。自1995年以来,数字图像处理技术作为一种材料细观空间结构及几何形态的精确量测和数字表述手段快速地被应用于沥青混凝土、水泥混凝土、土和岩体材料细观结构定量分析中来。本文在研究相关文献的基础上,分析和研究了数字图像技术在土、岩及混凝土内部结构定量分析和力学数值计算中的发展过程和研究成果,内容包括:单个骨料颗粒形态特征定量分析;土、岩和混凝土内部结构定量分析;岩体结构定量分析中的应用;基于数字图像处理的土、岩和混凝土细观结构力学计算。在此基础上,本文进一步对数字图像技术在岩土领域中的应用进展及未来的发展趋势进行了探讨,认为数字图像作为一种空间分布测量手段和数字表述方法使得它具有巨大的潜力,特别是在岩土领域的纵深发展过程中,它可能实现考虑细微观结构性的岩土力学和工程分析和预测的、新的方法和理论。     

Thermal stresses in functionally graded materials caused by a laser thermal shock

 Mathematical simulation of a thermal shock method for reliability testing of functionally graded material (FGM) is performed with the end to determine operating parameters of the testing device (power of a laser, laser beam radius, duration of heating) and to investigate the effect of the composition of FGM on a magnitude of thermal stresses in a coating. An analytical method for solution of the thermal elasticity problem is developed whereby the approach of a multilayer plate is used for determining temperature and thermal stresses distributions in a coating. We considered the limiting case of the obtained solution when the thickness of a layer is infinitesimally small and the number of layers tends to infinity. This procedure allowed us to obtain the thermal stresses distribution in a FGM coating. The results for the FGM coating composed of WC (tungsten carbide) ceramics and HS-steel are presented. It is showed that variation of the volume content of ceramics strongly affects thermal stresses in a coating and they decrease significantly in the case of the uniform spatial distribution of ceramics. Received on 21 November 2000 / Published online: 29 November 2001     

铁电陶瓷宏观单轴力电行为的双面模型

铁电陶瓷以其优越的力电耦合性作为新型的智能材料使用. 提出基于弹塑性双面理论的宏观铁电本构模型. 根据铁电陶瓷内部电畴在外电场和机械场作用下的微观运动，在宏观上除引入材料的畴变面外，还首次引入饱和面，并考虑以畴变面与饱和面之间的广义距离来表征铁电陶瓷的非线性行为. 数值计算结果与实验数据的比较表明所提出的初步理论可适当地反映力电加载下铁电陶瓷的宏观非线性行为.     

Ultrasonic-image evaluation of microstructural damage accumulation in materials

Ultrasonic imaging techniques for portraying and evaluating cumulative internal microstructural damage in engineering materials are described. A quantitative delineation of the damage is made in terms of acoustic attenuation obtained from computer analyses of digitized ultrasonic images. Acoustic attenuation data are a basic ingredient in previously developed models of damage processes in materials. The ultrasonic imaging methodology has been developed using filled polymer (inert solid rocket-propellant) samples subjected to progressive uniaxial tensile strain. Successive ultrasonic images taken at various levels of applied strain display dewetting and the evolving microvoid formation/growth which occurs. Both initially intact material and that with pre-existing cracks are of interest. Changes in acoustic attenuation with strain, derived from the processing of digital images, have provided results as to the degree of preferential damage accumulation at sites of filler particle agglomerations appearing on the ultrasonic images. Also, the quantitative extent of an asymmetry in the damage-field distribution near the tips of an extending crack was determined in precracked material. Iso-attenuation type contours generated by computer reveal that kidney-shaped damage zones occur in the neighborhood of the propagating crack tips, reminiscent of the plastic-zone shapes near crack tips in ductile metals under strain. Ultrasonic images of precracked samples show that before crack extension begins, the material damage in the neighborhood of the crack already extends over a relatively large volume of the specimen. G.C. Knollman is Senior Staff Scientist and Senior Member, Mechanics and Maternals Engineering Laboratory