基于PECT-EMAT复合检测方法的铁磁性材料的复合缺陷检测

铁磁性材料在现代能源工业设备关键结构上广泛应用。一些关键部位由于生产、使用时产生的拉应力状态及环境影响，易萌生表面应力腐蚀裂纹，同时在弯管或焊缝处经长期冲蚀也可能出现内部局部减薄缺陷，对工业设备结构的安全可靠性构成了严重的威胁。本研究提出并开发了基于脉冲涡流-电磁超声复合电磁无损检测方法来检测铁磁性试件的表面裂纹和底部减薄缺陷。并开发了基于频谱滤波的信号分离方法，成功提取出复合检测中的脉冲涡流信号和电磁超声信号。实验结果表明，其中脉冲涡流信号可以有效检测试件的表面裂纹，电磁超声信号可以很好地定量试件底部减薄缺陷的残余厚度。由此可见，本研究开发的新型方法可以同时检测试件上下表面两种类型的缺陷，具有明显的优势。     

高精度转台测角系统温漂补偿的研究

本文从感应同步器原理出发，推导了由于激磁电源的非正交性引起的测量误差模型，并从实验出发检测了测角误差与温度的关系，提出了一种温漂补偿方法，提高了测角系统的温度稳定性和测量精度。     

MEMS加速度计温漂预测补偿模型

温度漂移是影响MEMS加速度计实用效能的关键问题,为提高加速度计的精度和使用范围,需对温漂进行建模和补偿.首先通过温度循环试验对MEMS加速度计温漂特性进行了分析,然后分别采用曲面拟合法、SVM模型和RVM模型建立了温漂预测补偿模型,最后应用环境温度试验数据对模型进行检验和验证.结果表明:三种方法均能够有效的预测加速度计温漂,补偿后的温漂滞环开口由60 mg分别下降到5 mg、10 mg、1 5 mg.曲面拟合法简单、精度高,但对系统重复性要求高,且对噪声比较敏感;SVM模型法计算能力强,但计算量较大,模型参数较多;RVM模型法模型参数较少,计算量小,但训练时间校长,且预测精度不如其他两种方法高.     

全数字低温漂差动电容检测技术

为降低微小差动电容检测电路的复杂度，提高检测结果的温度稳定性，提出了一种结构简单，无总移相器、滤波器、解调器的全数字检测硬件平台；然后以此硬件平台为基础，设计了检测结果与检测激励信号幅值无关，无总稳幅及温度补偿电路的检测算法。将该技术应用于某差动电容型电子水平仪进行一次启动长期稳定性试验，结果表明在连续24 h内温度变化达12℃时，水平仪的输出变化不超过±1个字（±0.5″），具有优异的温度稳定特性。该技术还可应用于其他任意采用单频正弦信号进行激励的微弱信号检测，如动调陀螺信号检测、微位移传感器信号检测等。     

增材制造微结构演化及疲劳分散性计算

为了预测增材制造中工艺参数?微结构?力学性能之间的关联规律, 提出了集成离散元、相场模拟、晶体塑性有限元和极值概率理论的计算方法, 揭示了激光扫描速度对微结构演化、屈服应力和疲劳分散性的影响. 首先, 采用离散元实现了重力作用下粉床在已凝固层表面上的逐层铺设; 其次, 通过热?熔体?微结构耦合的非等温相场模拟, 获得了熔体、气孔、晶界、晶粒取向等的时空演化以及最终形成的多晶微结构; 然后, 应用晶体塑性有限元计算了增材制造多晶微结构的宏观力学响应, 并得到表征疲劳裂纹萌生驱动力的疲劳指示参数(FIP); 最后, 采用极值概率理论分析了增材制造多晶微结构的FIP极值分布规律及疲劳分散性. 以316L不锈钢选区激光熔化增材制造为例的计算结果表明: 增材制造微结构的宏观屈服强度随激光扫描速度的增加而降低, 且呈各向异性; FIP极值符合Gumbel极值分布规律, 激光扫描速度增加可降低增材制造微结构疲劳分散性, 但会导致FIP极值升高, 使得疲劳裂纹萌生驱动力增加, 疲劳寿命降低.      

裂纹扩展量的检测技术

本文介绍能直接测量裂纹扩展量的涡流探头自动跟踪裂纹法及裂纹扩展计法。它们的共同特点是标定曲线与试件材料无关,并具有通用性。实践表明这些方法是有效和可靠的,且精度较高,也容易实现数据采集与处理自动化。     

降低电容式角度传感器温度漂移的方法

为了提高激光雷达导航系统高低温环境下的扫描精度,扫描电机作为激光雷达导航系统核心部分,它的关键部分电容式角度传感器,其温漂值大小决定了导航系统的高低温环境下的扫描精度.文中介绍了电容式角度传感器工作原理及其测量电路,对电容式角度传感器温度漂移原因进行了理论分析.根据分析结果提出温度漂移补偿措施,试验验证后效果明显,大大降低了电容式角度传感器的温漂,在高低温(-40℃,+60℃)范围内,电容式角度传感器温漂最大值为28ppm/℃.     

基于数据驱动的增材制造铝合金的疲劳寿命预测

增材制造金属材料的疲劳损伤及寿命预测问题是当前研究的热点.论文以增材制造AlSi10Mg为典型应用对象,采用数据驱动方法开展疲劳寿命预测,考虑到其疲劳试验数据有限,采用经过试验验证的可靠的理论模型和数值计算方法来获取足够的疲劳数据,以弥补试验数据的不足.首先,提出了基于缺陷特征参数的疲劳损伤模型,其次,建立了理论模型的数值实现方法,并将数值计算结果与试验结果进行对比,验证了所提方法的可靠性.然后,开展数据驱动模型的训练与预测,采用K最近邻的数据驱动算法预测了增材制造AlSi10Mg的疲劳寿命,最后,深入分析了疲劳寿命随增材制造内部缺陷、疲劳载荷的变化规律,研究了数据驱动模型的训练数据量及模型参数对预测精度的影响.     

大型容器不锈钢衬厚度多频涡流无损评价方法

提出了一种基于多频涡流检测技术的大型容器不锈钢衬的厚度无损评价方法,并开发了相应的实验系统,利用检测实验进行了有效性验证。所提方法基于多频涡流检测技术原理,利用互感型涡流检测探头,基于新的信号特征量采用标定曲线方法实现了钢衬厚度的有效定量无损评价。具体过程为:利用已知厚度的钢衬标定试样,在给定激励频率情况下,基于所提多频涡流信号特征量建立了钢衬厚度-信号特征量标定关系曲线;对实际检测对象待测点利用相同实验条件获取了多频涡流检测信号并提取特征量;基于标定曲线和检测信号特征量求取了钢衬厚度值。检测评价实验表明,本方法可对1.0mm～4.0mm以内的大型容器钢衬厚度进行有效评价。     

增材制造316钢高周疲劳性能的微观力学研究

由于增材制造逐层累积的工艺特点, 其成形材料力学性能往往不同于传统减材制造材料. 在航空航天、核工业以及医疗领域中, 对增材制造材料疲劳性能的研究不足导致其很难作为主承力件使用, 这制约着增材制造技术的进一步推广使用. 本文以增材制造316钢为对象, 通过仿真手段研究其高周疲劳性能, 研究表明循环载荷下滑移带与晶界处的裂纹萌生是增材制造316钢材料发生高周疲劳的主要原因. 根据提出的微观力学模型研究了增材制造316钢的高周疲劳性能, 其中分别使用唯象学晶体塑性理论和弹塑性内聚力模型模拟晶粒和晶界的力学行为. 为了准确评估增材制造316钢的高周疲劳性能, 本文针对于晶粒和晶界分别采用Papadopoulos疲劳准则和一种基于安定性理论的介观疲劳准则同时考虑位错滑移和晶界对疲劳性能的影响. 最后, 为了验证所提微观力学模型的有效性, 本文对比了增材制造316钢和轧制316钢高周疲劳性能的仿真结果. 与实验结果相同, 仿真结果显示增材制造316钢相较于轧制316钢具有更好的高周疲劳性能.      

金属增材制造中的关键力学问题与前沿计算技术主题序

增材制造(亦称“3D打印”)是以数字模型为基础, 将材料逐层堆积制造出实体构件的新兴制造技术, 涉及力学、光学、材料、机械、控制、计算机、软件等学科的交叉融合, 已成为现代制造业最具代表性的颠覆性技术, 也是《中国制造2025》规划的重要发展方向. 金属增材制造是3D打印技术的一个主要分支, 一般常采用高能束(激光、电子束等)作为输入热源, 通过熔化离散金属材料(粉材、丝材)进行逐层叠加打印制件, 从而弥补传统减材和等材制造的不足, 已在航空航天、汽车电子及生物医学等众多领域取得了典型应用. 然而, 从结构设计、制造过程到性能评价, 金属增材制造涉及众多的关键力学问题亟待解决. 例如, 由于金属粉材或丝材的离散效应, 如果工艺参数选择不当, 金属3D打印产品易出现内部缺陷和表面缺陷, 从而影响打印构件的宏观力学性能及服役可靠性.      

电涡流传感器温度漂移的自动补偿

本文分析了影响电涡流传感器温度漂移的主要因素，经过理论分析提出一种减少温度漂移行之有效的方法，实践结果表明此方法有很好的温度漂移自由补偿效果。     

高精度加速度计A/D转换电路的温漂补偿

从理论上分析了温度变化对高分辨率A/D转换芯片输出的影响,通过静态试验建立了加速度计输出与A/D转换电路温漂之间的关系,并依照这种关系对加速度计输出进行了补偿,补偿后加速度计输出精度得到了明显提高。     

激励脉冲信号对基于周向导波的圆环损伤检测的影响

针对含有径向裂纹的圆环,本文主要研究了不同激励脉冲信号对基于周向导波的圆环损伤检测结果的影响.对具有径向裂纹以及没有裂纹的圆环,分别用不同宽度的脉冲信号激励,然后用ABAQUS程序数值计算其应变信号.由Gabor连续小波转换(CWT)处理上述应变信号以确定径向裂纹的位置.结果显示,脉冲宽度对确定裂纹位置的精确性有很大影响.根据圆环的群速弥散曲线,讨论了圆环上裂纹的确定方法.最后,为验证检测圆环损伤所选择脉冲宽度的合理性,进行了两次实验.两次实验提供了相同的结论.     

基于闭环点位置控制的硅微梳齿式加速度计温漂抑制方法

环境温度的变化会造成硅微加速度计检测电路输出漂移,从而使加速度计敏感质量的闭环点位置产生漂移。通过分析闭环点位置对加速度计标度因素K1和零偏K0的影响,证明了闭环点位置漂移是造成零偏K0温漂的主要因素和标度因素K1温漂的次要因素。提出了加速度计闭环点位置控制方法,通过在环内加入控制电压可使闭环点始终工作于稳定位置。试验结果证明,该方法可显著降低零偏K0的温漂,闭环点始终位于零反馈位置时零偏K0的温漂系数可降低一个数量级,且温漂滞环可被压缩至±1 mV(±7.77 mg)以内。     

尼龙粉末在SLS预热温度下的离散元模型参数确定及其流动特性分析

尼龙粉末是增材制造中常用的粉体材料,温度对其流动性有重要影响. 探索尼龙粉末增材制造预热温度下的流动性是研究选择性激光烧结(selective laser sintering, SLS)工艺中粉体铺展成形的基础. 选取SLS技术中的尼龙粉末为原材料,采用离散元数值方法,研究尼龙粉末的流动行为,是增材制造工艺数值模拟和铺粉工艺优化的研究热点. 以Hertz-Mindlin模型为基础,基于Hamaker理论模型和库伦定律,在尼龙粉末的接触动力学模型中引入范德华力和静电力,建立预热温度下尼龙粉末流动的离散元模型(discrete element method, DEM),通过对比相应实验结果,标定了该模型的参数. 对加热旋转圆筒中尼龙粉末流动过程进行了DEM数值模拟,校核了所建模型的正确性,并研究了粉体粒径分布对尼龙粉末流动特性的影响规律. 研究表明,尼龙粉末黏附力是静电力与范德华力的共同作用结果;随着粉体粒径的增大,尼龙粉末崩塌角增大,流动性增强;相对于高斯粒径分布,粒径均匀分布的尼龙粉末颗粒流动性更强. 研究结果可指导SLS中铺粉工艺的优化.      

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.     

差动输入在H调制误差自补偿惯性导航系统中的应用

在H调制误差自补偿惯性导航系统中,舰船的摇摆在平台上产生很大的干扰角速度,它严重影响了监控回路的测量,为了解决这个问题,本文探讨了干扰角速度的变化特性及采用差动输入减小其影响的方法,并做了相应的仿真计算.仿真结果表明:差动输入能完全补偿掉干扰角速度的影响.     

尼龙粉末在SLS预热温度下的离散元模型参数确定及其流动特性分析

尼龙粉末是增材制造中常用的粉体材料,温度对其流动性有重要影响.探索尼龙粉末增材制造预热温度下的流动性是研究选择性激光烧结(selective laser sintering, SLS)工艺中粉体铺展成形的基础.选取SLS技术中的尼龙粉末为原材料,采用离散元数值方法,研究尼龙粉末的流动行为,是增材制造工艺数值模拟和铺粉工艺优化的研究热点.以Hertz-Mindlin模型为基础,基于Hamaker理论模型和库伦定律,在尼龙粉末的接触动力学模型中引入范德华力和静电力,建立预热温度下尼龙粉末流动的离散元模型(discrete element method,DEM),通过对比相应实验结果,标定了该模型的参数.对加热旋转圆筒中尼龙粉末流动过程进行了DEM数值模拟,校核了所建模型的正确性,并研究了粉体粒径分布对尼龙粉末流动特性的影响规律.研究表明,尼龙粉末黏附力是静电力与范德华力的共同作用结果;随着粉体粒径的增大,尼龙粉末崩塌角增大,流动性增强;相对于高斯粒径分布,粒径均匀分布的尼龙粉末颗粒流动性更强.研究结果可指导SLS中铺粉工艺的优化.     

金属增材制造中的缺陷、组织形貌和成形材料力学性能

金属增材制造是近30年发展起来的一种新型制造技术, 不同于传统的减材制造过程, 它是基于离散-堆积原理, 根据设计的三维数据模型, 逐层加工获得立体实物的制造技术, 具有近净成形、快速制造、设计自由度高等优点, 特别适用于具有复杂几何结构的高熔点金属构件的直接成形, 在航天航空、核能工业、交通运输、生物医疗等领域具有巨大的技术优势和广阔的应用前景. 本文首先介绍了3种典型的金属增材制造技术原理, 包括选区激光熔化技术、激光金属沉积技术和选区电子束熔化技术. 随后对金属增材制造中的熔合不良、气孔、裂纹等缺陷的形成机理及其控制方法进行了综述, 以激光功率、扫描速度和扫描策略等工艺参数为例阐述了工艺参数对成形构件组织形貌的影响, 同时介绍了金属增材制造技术在传统合金、高熵合金以及非晶合金等材料中的应用及其力学性能. 最后对金属增材制造在扩充可打印的合金体系、量化缺陷与残余应力对材料性能的影响、发展可预测组织形貌的模拟方法、建立金属增材制造数据库和相关标准等方向进行了展望.