基于单目位姿估计的拉力扭转形变测量方法研究

拉力作用下的高精度扭转形变测量是材料力学性能测试的难点。针对轴形试验件在拉力作用下的扭转形变测量问题,提出了一种基于单目位姿估计的非接触式测量方法。在试验件的一端延伸连接一个轻质平面标志板,利用固定于地面的测量相机对平面标志板实时成像,并根据单目位姿估计原理解算试验件变形前后平面标志板的相对姿态变化。若试验件只发生扭转变形,则平面标志板的姿态变化可由绕试验件轴向的旋转角描述,通过对平面标志板的姿态变化矩阵进行Rodrigues分解,可得到试验件轴向在空间中的向量表示及绕轴向的旋转角大小,该旋转角即为试验件的扭转变形角。搭建了实验平台,开展了实际拉力扭转形变测量实验,结果表明:基于单目位姿估计的非接触式轴形试验件扭转形变测量方法精度高,系统结构简单,是拉力扭转形变测量的一种有效测量方法。     

高速飞行器中空翼结构高温热振动特性试验研究

远程高速飞行器飞行速度快, 滞空时间长, 飞行过程中翼、舵等结构会出现长时间的剧烈振动, 由气动加热产生的高温还会使飞行器材料和结构的弹性性能发生变化, 从而引起翼、舵等结构振动特性的改变.因此获得高温与振动复合环境下的远程高速飞行器翼、舵等结构的振动特性参数对于高速飞行器的安全设计具有非常重要的意义.将高温热环境试验系统与振动试验系统相结合, 在对中空翼面结构进行振动激励的同时使用红外辐射加热方式对翼面结构生成可控的热环境, 并通过自行设计的耐高温引伸装置将中空翼结构的振动信号传递到非高温区进行数据采集与分析的方式, 实现了高达800℃~900℃的力热复合环境下的翼结构固有频率、模态等振动特性参数的试验测试, 其试验结果为远程高速飞行器中空翼结构在高温振动环境下的动特性分析和安全可靠性设计提供了重要依据.     

随机激励下受热翼面的模态频率特性试验研究

现代高速飞行器结构热模态频率特性试验研究,对这类飞行器设计校核和飞行安全具有重要意义。根据飞行过程中遭受的气动加热特性设计了瞬态热环境模拟系统,同时,根据高温环境的特点对测试中的激励和测量方式进行了重新设计,成功地将普通激振器应用于高温结构模态试验,最终将热环境模拟系统与振动测试系统组合,形成一套考虑瞬态热影响的热模态试验系统,实现了瞬态热环境下结构模态的地面测试。对一个切尖三角翼测量了各个加热区的温度随加热时间的变化,验证了加热温度控制的精确性;在纯随机激励下对测得的激励和振动响应信号采用短时傅里叶变换(Short Time Fourier Transformation,STFT)进行时变模态参数辨识,获得了前四阶模态频率随加热时间的变化,并与结构有限元数值计算结果进行了比较,试验与计算结果吻合得很好,验证了该试验方法对热模态测试问题的有效性和准确性。通过分别对瞬态和稳态热环境下结构模态频率试验和计算结果的分析,探讨了结构瞬态温度场对模态频率影响的机理,揭示了结构内部存在的热应力和材料属性的变化,是决定模态频率随加热时间变化趋势的内在原因。     

一种用于振动疲劳试验研究的典型翼面模拟件

为开展飞机典型翼面结构振动疲劳问题及相关试验技术的研究,参考某型飞机垂尾翼面设计了其模拟件。在有限元分析软件Abaqus中建立其有限元模型,进行该模拟件的动力学分析和优化,使其模拟某飞机垂尾的前三阶模态。结合模态振型分析,给出一种确定单点振动载荷最优加载点的方法。窄带随机试验结果表明,模拟件达到了设计要求,可以用于某飞机垂尾翼面振动疲劳问题及相关试验技术的研究。     

一种新的振动叠加气动耦合加载技术

飞机机动飞行时,机体结构受到随机振动叠加气动的耦合载荷作用,有可能迅速产生破坏。为了考核在这种振动环境下飞机的结构强度及使用寿命能否达到设计要求,需要提供有效的地面试验验证手段和可靠的试验数据。本文研究了一种振动叠加气动的耦合载荷加载技术,通过液压球头传递振动载荷,同时通过气囊施加气动载荷,并设计进行了原理性验证试验。试验结果表明,这种耦合载荷加载技术可以避免过多改变试件自身的振动特性,同时可精确实现振动叠加气动的耦合载荷加载,真实模拟试验件的振动工作环境。此项技术可应用于现代战机的地面结构强度研究。     

综述:面向工程应用的激光干涉动态测量

进入21世纪之后,激光干涉作为一种成熟的非接触式动态测量技术,开始逐步应用于不同的工业领域。激光干涉动态测量技术主要分成两类:一类是基于高速相机的干涉测量技术,而另一类则是基于单像素光电探测器的干涉测量技术。这两类技术都有其局限性:基于高速相机的技术受限于相机时间轴上的采样率;而基于光电探测器的技术则在空间域上只能进行单点测量。针对稳态振动和非稳态振动/变形测量两种实际应用,本文分别讨论了这两类干涉测量技术近年来的一些最新发展。作者希望通过本文的讨论为不同领域的研究人员和工程师在实际应用中选取更优的动态测量方案提供有力的参考。     

液浮陀螺仪过载振动复合环境试验

为了验证航天飞行器惯性制导器件在过载振动复合环境下的环境效应和适应性能力,以液浮陀螺仪为研究对象,基于刚柔耦合的多体动力学理论,简要分析了过载振动复合环境对惯性器件的耦合影响机理。基于离心机-振动台综合离心试验平台,建立了惯性仪表过载振动复合环境试验方法,开发了惯性仪表过载振动复合环境试验专用采集系统,并开展了惯性仪表过载振动复合环境效应试验研究。试验结果表明,过载振动复合环境对惯性仪表输出值的影响具有耦合效应。因此,对惯性仪表类产品进行环境适应性考核时,应当使用与真实飞行环境更为一致的过载振动复合环境试验方法。     

某发动机热试车的振动环境预示方法研究

发动机热试车试验在新型运载器的研制过程中起到重要作用,可用于预测运载器在飞行中的振动环境。由于载荷不等效,试验数据量有限,使得难以直接通过试验数据建立同一结构在不同系统下的映射关系模型。本文提出了一种基于试验数据的振动环境预示方法,以某发动机两次热试车试验数据为对象,分别提取了反映结构特性的动力学模型,基于载荷等效原则构造了结构振动响应学习样本,采用机器学习的方法建立了两次热试车试验条件下发动机结构的映射关系,实现了从一种试车状态下的结构振动响应预示另一种试车状态下的振动环境,预示结果与实测数据进行了比较,满足±3d B的工程精度要求。     

基于数值分析的模态阻尼系数获取方法

结构模态阻尼系数是影响振动疲劳特性的主要因素,获取模态阻尼系数对于结构振动疲劳的分析和仿真计算有重要作用,对于揭示金属材料振动疲劳损伤形成机理有直接意义。本研究针对2024-O铝合金,进行了大量的元件级试件的振动疲劳仿真分析、试验研究以及数值分析计算,并提出了一种基于数值分析的快速获取结构模态阻尼系数的方法,适合于获取试验件振动疲劳试验过程中的模态阻尼系数变化趋势。研究表明:在不中断试件疲劳试验的情况下,本文方法可以快速准确地得到试验件在整个振动疲劳历程中的模态阻尼系数,固有频率的相对偏差小于0.06%,模态阻尼系数的相对偏差小于1%。为进一步揭示金属材料振动疲劳损伤的形成机理奠定了基础。     

模糊—神经网络控制算法及其在离心力—振动复合环境试验系统中的应用

针对离心－振动复合环境试验系统所存在的耦合性、非线性和不确定性提出了一种模糊－神经网络控制算法,利用被控对象输入输出信息离线、在线相结合学习系统的动态特性,对时变、非线性系统进行跟踪控制,并研究了该算法在系统中的实现方法。实现表明了控制系统具有良好的跟踪能力。该算法也适用于快速变化这类系统的实时控制。     

利用激光散斑相关的非接触式随机振动特性测量

所发展的测量随机振动的方法,是测量由物体表面一个点漫射形成的散斑场的相关统计特性.根据激光散斑运动规律,这个相关统计特性实时地反映该点的位移或转角的时间历程.由所记录的相关信息,通过频谱分析,可以得到运动的频城特性参数,这种方式是非接触式光测方法,对物体无任何附加质量的影响.本文以铜梁和钢梁为例.测量了冲击力作用下,梁的动态响应和频谱.     

Experimental study for reliability of electronic packaging under vibration

An automated fatigue-testing system was developed for an experimental study on the integrity of the electronic packaging subjected to mechanical vibration. The fatigue-testing machine utilized the electromagnetic device as an actuator. A data acquisition system was developed for the fatigue test of the electronic board. The fixture for the specimen was designed to be suitable for measuring the fatigue life of a typical module/lead/card electronic system subjected to vibration. With this automated fatiguetesting machine, the mechanical integrity of surface mount component with the spider gullwing leads has been studied by a mechanical flexural fatigue test. An experimental method was developed to measure the changes in electrical resistance in the lead, which is used to indicate a fatigue failure. Finally, a relationship between the loading force and the fatigue life of high-cycle region was discussed for the lead of spider gullwing type surface-mounted component. With the relation, the fatigue life of the surface-mounted component (SMC) subjected to vibration environment was predicted successfully.This paper was presented at the 1995 SEM Spring Conference on Experimental Mechanics, Grand Rapids, MI, June 12–14.     

Stress Wave Analysis and Optical Force Measurement of Servo-Hydraulic Machine for High Strain Rate Testing

Based on fundamental mechanical principles, a force measurement method for a servo-hydraulic tensile machine at strain rates from quasi-static up to 10³/s is proposed in this paper. Analytical and numerical stress wave analyses were performed at first to understand the principles of the force signal oscillation. The result of this FEM simulation indicates that the elastic vibration within the tensile specimen has a higher frequency and much lower amplitude than at the piezoelectric force sensor of the test machine. Based on this finding, a noncontact optical force measurement method was developed, which provides a fast and reliable force measurement directly on the specimen with little disturbance from the system ringing effect at strain rates up to 10³/s.     

摩擦自激振动引起摩擦面波状磨耗的试验研究

在销-盘摩擦磨损试验机上进行金属干摩擦试验,研究摩擦自激振动对盘试件磨痕表面轮廓的影响,采用激光位移传感器测量盘试件摩擦表面轮廓尺寸,用加速度传感器测量销试件的摩擦自激振动.试验结果表明：在干摩擦状态下,销-盘系统容易发生持续的摩擦自激振动,当摩擦时间达到一定数值后,盘试件的磨痕表面轮廓会出现明显的波浪形磨耗,波浪形磨损机理主要是疲劳磨损.分析表明波浪形磨耗的波长近似等于摩擦自激振动的周期与滑动速度的乘积,由此推断摩擦自激振动引起了摩擦表面的波浪形磨耗.     

结构裂纹故障振动检测的小波分析

针对结构微小缺陷振动无损检测中难以提取含故障信息信号的难点,以含有预制裂纹的微型汽车驱动桥试件为研究对象,探索了一种采用小波分析和现代谱估计技术,提取结构受瞬态激励作用下,反映裂纹信息的微小弹性波的实验室裂纹识别方法.试验结果表明,该方法能够较为有效地提高结构微小缺陷振动检测的信号精度.     

Vibration parameter measurement using the temporal digital hologram sequence and windowed Fourier transform

Real time digital recording and numerical reconstruction of a temporal digital hologram sequence have become feasible in recent years. They provide a new measurement method which enjoys the valuable advantages of being full-field, noncontact and high precision. In this paper, a combined method of temporal digital hologram sequence and windowed Fourier transform is proposed to measure the kinematic parameters of random vibration. A series of holograms are recorded by CCD camera and the original phase can be reconstructed by Fresnel reconstruction algorithm. The three-dimensional windowed Fourier transform is used to filter noise in phase and extract the instantaneous kinematic parameters of the specimen, such as the displacement, velocity and acceleration. An experiment is conducted on a chloroprene rubber latex membrane. Results demonstrate that the proposed method determines the vibration parameters precisely and enjoys many merits.     

聚能罩压垮图象的计算机处理

本文探讨了聚能罩压垮照片的数字图象处理技术。认为利用图象处理的方法,不但可以减少实验数据的判读误差,提高清晰度,而且还可以得到其它方法很难得到的边界曲线方程。     

滑轨导向式静/动态双轴拉伸实验技术

基于液压伺服高速加载系统,发展了一种材料双轴拉伸力学性能测试技术。利用锥面接触导向驱动方法,把加载锤竖直方向的驱动力转化为水平方向的双轴驱动力,从而实现对十字形试样平面双轴加载。借助有限元数值模拟手段优化了锥面接触角和十字形试样尺寸。当接触锥角为45°时,既有较好的水平驱动转化效率,同时又保持较小的接触力,确保水平驱动加载各组件在弹性变形范围内,可多次重复使用。确定了加载臂狭缝个数、狭缝与减薄区边缘长度和标距段厚度等试样设计关键参数,在十字形试样测试标距段内实现了均匀变形。设计了测力夹持一体化导杆和非接触光学全场应变测试系统,准确获得了试样的应力和应变。利用此平面双轴拉伸加载装置,开展2024-T351铝合金板单轴拉伸实验和激光探测同步性验证实验,验证装置设计的可行性;开展铝合金板材在不同加载速率下的双轴拉伸实验,得到在双轴加载下铝合金板材应力应变曲线,并与单轴加载下实验结果进行了对比分析。     

Assessment of flow stress and plastic strain by spectrum analysis

The relation between the angular distribution of the reflected-plus-scattered light intensity (scattered field) from a metallic surface and the flow stress, plastic strain the material has experienced is experimentally and theoretically investigated. A scattered field, which is obtained by illuminating a specimen surface using a laser beam, carries surface-feature-related information. Experimental evidence suggests that surface correlation length of a material decreases in proportion to the flow stress and plastic strain that the material experiences. A theoretical derivation based on Huygens-Fresnel principle, Fraunhofer approximation, and Wiener-Khintchine theorem shows that the correlation length may be obtained by performing a Fourier transform to the scattered field from the surface. This leads to the development of a noncontact, nondestructive, and remote technique for measuring flow stress and plastic strain.     

作大运动弹性薄板中的几何非线性与耦合变形

导出作大范围刚体运动弹性薄板包括了几何非线性和中面变形之间的相互耦合（耦合变形）的动力学控制方程．分析了几何非线性和耦合变形各自对系统动力学性质的影响,得到了在传统方法上只考虑几何非线性,系统将通过同宿轨分岔过渡到混沌运动;若在传统方法上考虑耦合变形,系统稳定且数值解收敛,与实际情形相符．