微电子机械系统（MEMS）面内位移的扫描离子束云纹法实验研究

本文提出应用扫描离子束云纹法测量微电子机械系统面内变形的新方法。对该方法的测量原理以及实验技术进行详尽地阐述，通过平行云纹典型实验对本方法的测量精度进行了检验。成功地将扫描离子束云纹法应用于微悬臂梁表面氧化层随时间生长所引起的变形测量，实验结果表明了该方法的可行性。     

基于时域位相分析的云纹法形貌测量技术研究

采用影像云纹法和时域相位分析技术研究了物体形貌测量的新方法.通过研制高精度旋转平台,利用栅线旋转的方式使栅线的空间频率以一定的规律变化,使物体的离面高度与该点的灰度变化率有关.在利用FFT确定灰度变化频率时,采用补零的方法提高了频率的确定精度,从而有效地提高了物面形貌测量的精度.实验发现:当补零倍数达到原始长度的128倍时,使用空间频率为5 l/mm的栅线精度可以达到0.02mm.本文讨论了该方法相关技术参数的选取方法,给出了标定实验和利用该测量系统实际测量门齿生长发育沟的实例,阐述了牙齿表面形貌数字化在牙科修复手术中的意义.通过具体标定过程与应用实例,证明了本文提出的测量方法提高了测量精度,简化了测量过程,在云纹干涉形貌测量领域有了新的突破.     

基于三维数字图像相关的三维形貌拼接研究

三维数字图像相关(DIC)方法已在众多工程技术领域中得到了日益广泛的应用.当该方法用来测试表面曲率较大的物体的变形时,受双相机之间夹角的限制,不能实现全场的三维形貌测量.采用在两个(及以上)不同位置拍摄,分别得到被测物的局部形貌,然后用三维DIC算法计算局部坐标系之间的坐标变换关系,将局部形貌转换至同一坐标系下并拼接得到被测物全场三维形貌.实验结果验证了该方法的可行性和可靠性.     

回转体三维扫描形貌测量及其应用

本文提出一种测量三维形貌的扫描系统,该系统可被用于测量回转体的三维形貌。激光光刀被投射在被测物体表面,由于被测物体表面的形貌而改变了光刀的弯曲方式,摄像机将变形后的图像采集到计算机中。当被测物体放置在转台上旋转一周时,相应的一系列光刀变形的图片被采集到计算机中,这一系列图片包含了物体表面形貌的全部信息。通过连续扫描采集系列图片并计算,最终可以获得整个被测物体的三维形貌。当被测物体直径在一百毫米左右尺寸范围内的测量灵敏度可到0.01mm,其它尺寸范围要更换成像系统,才能达到相应的灵敏度。本文给出了两个较为复杂模型的三维形貌测量结果。该结果表明,本系统在对回转体表面形貌的测量方面具有一定的技术难度和广泛的工程需求,本文的研究具有重要的参考价值。     

偏置圆速三维粒子成像测速

研究了一种新型三维粒子测量技术—偏置圆速法（ＣＶＢ）． 先介绍ＣＶＢ系统装置,分析ＣＶＢ基本原理;然后讨论了偏移量ｒｔ 与各种参数的关系;并用ＣＶＢ测量几种已知运动,以此来考察ＣＶＢ的可靠性． 原理分析和实验结果表明ＣＶＢ用于三维粒子测量是可行的,也是可靠的．     

圆孔边缘裂纹扩展过程中裂纹周围的动态塑性应变测量

本文用面内云纹法和影象云纹法结合高速摄影技术,对带孔铝板在突加载荷作用下孔边裂纹扩展过程中裂纹周围的应变场进行分析。用等应变线表达断裂过程中相应时刻的应变场,最大动应变可达0.9。本试验也得到了材料的裂纹扩展速度和撕裂模量。     

用三维立体摄影测量技术测活猪后腿肉的体积

研发了一高分辨率三维立体摄影测量系统，并成功地应用于扑捉活猪的三雏形状以用于饲养猪的研究。为调查饲料和猪生长的关系，将32头猪分成高Lysine和低Lysine两饲料组观察。连续14周，每周用该系统拍摄猪的图像一次。该系统有三个立体摄影头，分别拍摄猪的侧面、背面和后腿面的立体图像。为重建猪的三维形状用以科学分析，我们研发了图像处理软件，包括相机标定、立体图像匹配和三维形状合成，并提出一种从每周测得的形状中提取每只猪每周后腿肉的体积的算法。实验证明该系统是精确和可靠的。     

用三维立体摄影测量技术测活猪后腿肉的体积

研发了一高分辨率三维立体摄影测量系统,并成功地应用于扑捉活猪的三维形状以用于饲养猪的研究.为调查饲料和猪生长的关系,将32头猪分成高Lysine和低Lysine两饲料组观察.连续14 周,每周用该系统拍摄猪的图像一次.该系统有三个立体摄影头,分别拍摄猪的侧面、背面和后腿面的立体图像.为重建猪的三维形状用以科学分析,我们研发了图像处理软件,包括相机标定、立体图像匹配和三维形状合成, 并提出一种从每周测得的形状中提取每只猪每周后腿肉的体积的算法.实验证明该系统是精确和可靠的.     

脉冲辐照下三维多向碳纤维编织复合材料热激波的实验研究

在“闪光二号”脉冲电子束加速器上,采用自行研制的保护环式石英压电传感器,对三维多向碳纤维编织复合材料的热激波传播特性开展了实验研究。结果表明: (1)在电子束能注量为382J/cm2 ~953J/cm2范围内,三维编织复合材料的热激波应力峰值在 97~406MPa之间,只是相同能注量下Ly-12铝的 8%左右,这表明该材料具有良好的衰减热激波的性能; (2)三维编织复合材料中的热激波,其波速较低(大约为 2. 78~3. 45km/s),只是Ly-12铝的 0. 4倍左右,其波形上升时间也比Ly-12铝的大; (3)热激波强度和能注量间近似有线性关系,但烧蚀质量却随能注量增加而增加,当能注量足够高时,质量亏损面密度几乎以指数方式增加。     

恒定大载荷划痕试验下紫铜的三维形貌及划痕硬度分析

采用圆锥形压头对紫铜进行划痕试验,并通过三维表面形貌仪获取划痕的三维形貌,研究正压力的变化对划痕沟槽所产生的影响. 结果表明:正压力的增大,使得划痕宽度和深度均线性增加,当正压力较大时,位错墙的形成使划痕深度出现周期性的波动,同时压头划刻过程伴有划痕两侧和前端的材料堆积现象,前端堆积高度和厚度、两侧堆积高度和宽度随着正压力的增加而线性增大. 通过“切削与塑性比”说明了压头对紫铜的刻划存在微犁耕和微切削两种变形机制,并且微切削机制在划刻过程中占主导地位. 磨损率随着载荷增加而线性增大,但划痕硬度不随载荷的变化而改变,约为0.77 GPa.      

SEM扫描云纹法相移技术在MEMS中的应用

本文提出一种扫描电镜（SEM）扫描云纹法的相移新技术，通过SEM系统控制电镜电子束扫描线移动，对获取的云纹图像实现0－2π范围内的四步相移，从而获得了更高的位移测量灵敏度，同时对SEM相移实验技术的原理进行了详细的阐述，并将该技术应用到微电子机械系统构件的虚应变分析中，实验结果证明了该方法的可行性，该方法为微米云纹法的条纹处理提供了一种新途径。     

Surface Strain Measurements Using a 3D Scanning Laser Vibrometer

Three-dimensional scanning laser vibrometers enable extremely accurate non-contact measurement of the three-dimensional displacements on the surface of structures. This paper looks at the feasibility of using such a scanning laser vibrometer for the non-contact measurement of dynamic strain fields across the surface of a planar structure subjected to in-plane loading. Issues such as laser head alignment and choice of differentiation filter parameters are discussed. Finally, experimental results of two test specimens are presented which clearly demonstrate the significant potential of this new experimental technique as well as highlighting several limitations.     

扫描电镜下断口表面的三维重建及分形维数的测量

基于数字散斑相关方法,利用扫描电镜立体对技术和计算机视觉方法实现了物体表面的三维重建,讨论了影响其精度的原因,并且利用分形理论对表面的三维形貌进行了定量分析,由立方体覆盖法得到了三维形貌的分形维数.作为应用的实例,将该方法应用到岩石断口的三维重建中,得到了重建后的高度云图和分形维数.结果表明,利用扫描电镜立体对技术对断口表面进行三维重构并进行分形维数的计算是一种行之有效的断口定量分析方法.这为研究材料断裂的微观机理、断裂过程和断裂性质等问题提供了一种途径.     

A Microwave Near-field 3D Super-resolution Imaging Method

Experimental Mechanics - Microwave imaging is widely used in many areas involving non-destructive testing, biomedical imaging, radar detection and imaging, etc. However, there is a lack of...     

三维VOF方法—PLIC3D算法研究

本文研究的目的在于，使用分段线性PLIC(Piecewise Linear Interface Construction)方式构造界面，推导三维空间中的VOF(Volume of F1uid)算法PLIC3D，给出详尽的计算公式和过程。然后，用球形流体匀速运动作为分析PLIC3D算法的数值算例，比较了PLIC3D和分段常数PCIC(Piecewise Constant Interface Construction)构造法中DA3D(Donor—Acceptor in 3—Dimension)在三维空间计算界面的差别。结果显示PLIC3D优于DA3D，它能够更好地保持流体在平移运动中的形状，证实了PLIC方式的空间构造精度高于PCIC的结论。最后，利用PLIC3D计算自由面，模拟容器中流体泄漏问题，得到了其液面形状变化和速度场。     

扫描电镜下的数字散斑相关方法及其应用

对数字散斑相关方法(digital speckle correlation method,DSCM)在扫描电镜(scanningelectron microscope,SEM)下的应用进行了研究。将DSCM与带电液伺服试验系统的SEM结合起来,对二者结合的过程进行了分析,实现了SEM下细微观变形场的测量,扩展了DSCM和SEM的应用范围。为了定量地把握SEM在扫描图像时放大倍数的不稳定性、非线性和内部噪声对DSCM的影响,还对SEM下的DSCM精度和误差进行了实验分析。统计结果表明,SEM下应用DSCM进行变形场的测量,其位移测量误差最大可达2像素,其精度可以满足一般变形场测量的需要。作为应用实例,对混凝土试件在SEM下的断裂行为进行了研究,得到了混凝土试件表面随着载荷的变化而变化的表面细观变形场。     

用迭代法模拟注塑成型的三维流动

Hele-Shaw模型是模拟注塑成型过程的常用模型,它的主要缺点是不能模拟一些重要的物理现象及引入实际制件中并不存在的“中面”概念,为了消除这些不足,本文开发了真三维的流动分析程序。建立了粘性、不可压缩的非牛顿流体流动的控制方程,为了避免同时求解耦合的压力场、速度场,本文引入拟稳定技术独立地求解这些方程,用迭代法求耦合方程的解。这种方法可以减少内存并提高数值方法的稳定性。算例表明数值结果与实验结果吻合较好,这种方法成功地模拟了注塑成型流动过程中的重要特征。     

基于Bézier提取的三维等几何分析

等几何分析(IGA)将非均匀有理B样条(NURBS)函数作为有限元形函数,具有几何精确、高阶连续和精度高等优点。与常规有限元法C0连续的形函数不同,高阶IGA基函数不是定义在一个单元上,而是跨越由几个单元组成的参数空间,因而编程复杂且无法嵌入现有的有限元法计算框架及相应算法。本文建立了基于Bézier提取的三维IGA,将NURBS函数分解成伯恩斯坦多项式的线性组合,从而实现把NURBS单元分解为C0连续Bézier单元,这些单元与Lagrange单元相似,使IGA的实现和常规有限元一样,以便将IGA分析嵌入现有的有限元软件中。两个三维算例结果表明,基于Bézier提取的IGA和传统IGA的收敛性和精度相同。