SQUID用于铍材残余应力检测的计算机模拟

依据SMM-601型超导量子干涉显微镜检测部分构建计算模型,采用电磁场有限元方法分析了残余应力引起的非磁性金属材料铍电导率变化对超导量子干涉仪(SQUID)检测信号的影响,并讨论了该方法实际应用于非磁性金属材料残余应力检测的条件和可能性。     

X射线法测试铍材表层应力沿深度的分布

为了正确测试铍材表面残余应力分布，建立了一种测试方法，并在X3000型应力分析仪上，采用悬臂梁加载实验，验证了该方法的可行性。     

SQUID法和Campbell法测量超导材料的研究

本文对比研究了超导材料磁测量中的SQUID法和Campbell法; 并用高压PIT法制备的超导材料MgB₂作为测量样品,用两种方法,测量了超导样品的临界电流密度, 分别得到了样品的J_c-B关系曲线; SQUID法测量样品的外磁场可以达到6 T, 此时材料已经处于失超状态,此方法测得的结果是样品各个小区域结果的平均值, SQUID还可以用来进一步标度材料的钉扎力行为,研究材料磁特性. Campbell法测量只能测量到外磁场强度为0.4 T,外磁场的交流部分的频率可以达到800 Hz, 用这种测量方法得到的是整块样品的电流,由于测量计及材料内部微观结构缺陷等影响电流传输因素, 所测结果小于直流磁化法,但更切近材料实际电流,能用来深入研究材料内部结构差别对材料电性能的影响.     

扫描SQUID显微镜的研制及其在磁成像和无损检测中的应用

研制了两种用于检测室温样品的超导量子干涉器(SQUID)扫描磁场显微镜(以下简称扫描SQUID显微镜),一种使用常规低Tc(Nb)SQUID器件,另一种使用高温(YBCO)SQUID器件.SQUID安装在内杜瓦底部的冷指底端,外杜瓦底部有60～75微米厚的白宝石窗口,被测样品处于室温状态位于窗口下,SQUID与被测样品之间的间距通过波纹管的伸缩进行调节.常规低Tc(Nb)器件系统的空间分辨率优于140μm,磁场灵敏度优于3pT/Hz1/2,高温(YBCO)器件系统的空间分辨率～500μm,磁场灵敏度～46pT/Hz1/2.两者均能长时间稳定地工作在无屏蔽环境中.利用两台扫描SQUID显微镜,进行了多种有应用价值的磁成像实验和无损检测研究.     

X射线法测试Be应力的影响因素分析

Be在机械加工中往往产生很大的残余应力。因而测试铍的残余应力显得尤为重要。影响X射线法测量应力精度的因素有两大类：测量方法的带来的影响和Be本身力学参数特点的影响。X射线衍射法需要无应力校准样。铍的结构和力学参数是各向异性，且较明显，各晶面弹性模量大，晶粒粗大，这些因素的存在导致结构上的不均匀性会直接影响测试结果。     

基于神经网络的选区激光熔化残余应力预测

当前对选区激光熔化产生的残余应力预测方法主要为数值模拟,但由于设备、环境、粉末等因素差异性较大,且具有较大不确定性,很难建立符合实际情况的数值模拟模型。利用神经网络在预测多变量、复杂线性信息处理方面能力强的特点,建立适用于预测316L不锈钢粉末选区激光熔化残余应力的模型。使用选区激光熔化技术打印相当数量的不同工艺参数的试样,采用超声波检测其内部残余应力作为神经网络的训练样本,并使用这些样本对神经网络模型进行训练,获得具有预测功能的神经网络,将验证样本的工艺参数输入神经网络,计算出预测的残余应力值,与实际检测值进行对比。实验结果表明,预测值与实际测量值偏差较小,验证了所提方法的有效性。采用神经网络预测残余应力的方法,可以快速确定不同选区激光熔化工艺参数对应的残余应力,避免设置残余应力较高的工艺参数,有效缩短制备高质量工件试样的周期,降低成本。     

基片曲率法在多孔硅薄膜残余应力检测中的应用

通过基底曲率法设计和制作了一种测量薄膜应力的装置，它具有全场性、非接触性、高分辨率、无破坏、数据获取速度快等特点.使用该装置测量了电化学腐蚀法制作的多孔硅薄膜的残余应力，并研究了孔隙率和基底掺杂浓度对残余应力的影响，结果表明随着孔隙率的增加和硼离子掺杂浓度的提高，多孔硅表面的拉伸应力逐渐加大，由此表明多孔硅薄膜的微观结构与残余应力的大小有着密切的联系. 关键词： 薄膜 残余应力 孔隙率 多孔硅     

残余应力的超声横纵波检测方法

基于声弹性原理,研究板材厚度方向、螺栓轴向方向(以下简称z轴方向)宏观残余应力分布的超声无损检测方法。针对被测构件厚度不均匀对应力检测精度的影响非常大、检测原理繁杂不适合工程应用、拉伸实验中拉伸形变对应力系数测量精度的影响很大等问题,采取超声横波、纵波相结合的方法重新推导检测公式,并提出采用一发一收模式进行拉伸实验,通过对实验数据进行拟合,由公式计算出声弹性系数代替应力系数。然后结合插值、互相关等算法,采用VC++编制z轴方向残余应力超声检测软件并搭建检测系统。分别对性能为A2-70,4.8,8.8,长度依次为135 mm,100 mm,100mm的M20的螺栓进行拉伸实验,比对计算拉伸应力与检测拉伸应力,结果表明,该测量系统的绝对误差限为20 MPa,相对误差小于25%,且应力值较大时,相对误差有所减小,当应力值大于100 MPa时,相对误差小于5%,非常实用。     

涂层界面结合强度检测研究(Ⅱ)：涂层结合界面应力检测系统

利用X射线衍射技术(XRD)测试了涂层及其基体材料的应力及其变化规律，建立了一种涂层结合界面应力检测系统，进行界面结合状态的检测研究.利用涂层从基体脱粘前后的界面应力变化量，结合涂层材料的物性参数和涂层-基体系统温度场参数，用涂层残余应力衍射峰来表征涂层与基体的结合强度，创立一种研究检测涂层结合强度理论的实验新方法，适用于各种热障涂层的界面结合强度测量. 关键词： X射线衍射法(XRD) 界面结合强度 涂层 残余应力     

基于XRD的镀锌钝化膜残余应力试验研究

利用XRD技术测试了镀锌钝化膜结合界面的残余应力，同时通过电解抛光法检测了其厚度方向残余应力的分布规律，分析了残余应力对镀锌钝化膜结合强度的影响. 试验结果表明，镀锌钝化膜的残余应力均表现为压应力，并随着基体表面残余应力的增大而减小；钝化膜在2—10μm厚度方向的残应力为-274.5—-428.3MPa，其应力为梯度分布；镀锌钝化膜与基体的界面结合强度与其残余应力成反比，减小薄膜残余应力，有利于提高镀锌钝化膜与基体的结合强度. 关键词： X射线衍射法(XRD) 镀锌钝化膜 结合强度 残余应力     

碳化硅反射镜坯体光学加工的残余应力测量与分析

测量并分析了碳化硅反射镜坯体光学加工的残余应力。采用X射线衍射法测定了磨削成形、研磨以及抛光过程引入的表面残余应力的性质和大小;采用逐层抛光法测定了在用120#粒度金刚石砂轮磨削时引入的残余应力层厚度。研究结果表明:在用120#金刚石砂轮磨削加工时沿磨削方向和垂直于磨削方向分别引入了残余拉应力和残余压应力,其大小分别为40MPa和70MPa,应力层深度约为60μm,大于裂纹层深度;在用W7金刚石微粉研磨时引入了残余压应力,在其作用范围内残余应力平均值为60～80MPa;在抛光时理论上会引入残余压应力。在此基础上提出了在碳化硅反射镜坯体的光学加工过程中,可以通过研磨消除磨削引入的裂纹层和残余应力层。     

铁磁板磁巴克豪森应力检测的解析模型

作为评估铁磁材料性能及应力状态的重要无损检测技术之一,磁巴克豪森噪声方法可实现对材料早期结构损伤及相关应力状态的定量评价,应用前景广阔.此方法能否准确评估材料内部损伤及应力状态,关键在于能否建立合理有效的检测信号与材料内部应力分布之间的关系.为此,本文以铁磁板为例,沿板厚度方向激发信号,根据磁巴克豪森信号传播过程中的强度衰减效应,建立了铁磁板表面磁巴克豪森信号与材料内部应力定量关系的解析模型.基于已有实验结果的研究证实,本文理论模型能准确反映不同检测频率下铁磁板内部均匀应力值差异对检测信号的影响.而且,对于铁磁板内存在应力分布的情形,采用本文解析模型,研究得到了板内应力分布、铁磁板厚度、磁导率和电阻率等主要参数对铁磁板表面检测信号的影响规律.本文理论模型不仅揭示了基于磁巴克豪森噪声方法的铁磁材料应力检测机理,同时也为发展磁巴克豪森无损检测技术提供了合理有效的理论依据.     

SiC纤维增强Ti17合金复合材料轴向残余应力的拉曼光谱和X射线衍射法对比研究

准确测量和分析SiC纤维增强Ti合金复合材料(SiC_f/Ti)中残余应力状态对优化复合材料的成型工艺和理解其失效模式具有重要意义,但其残余应力的实验测量和分析仍是一个挑战.石墨C涂层作为SiC纤维与Ti17基体合金之间必需的扩散障涂层,承载了由纤维与基体之间热不匹配引入的残余应力.本文采用显微拉曼光谱法对比测量纤维表面C涂层在复合材料中和去掉基体无应力态下G峰的峰位,通过石墨C涂层应力态下峰位移动计算出SiCf/C/Ti17复合材料中SiC纤维受到～705.0 MPa的残余压应力.采用X射线衍射方法测量了不同方向上该复合材料中基体钛合金的晶面间距以获取其空间应变,根据三轴应力模型分析了复合材料中基体钛合金沿轴向方向的残余应力为～701.3 MPa的张应力,并通过线性弹性理论转化为SiC纤维的残余压应力为～759.4 MPa.两种测试方法都确定了SiC纤维在成型过程中受到残余压应力,且获得的应力值较为接近,都可以用于对SiC_f/Ti复合材料的残余应力测量.     

频域近红外光学成像法的苹果内部病变检测精度

苹果组织内部的病变会导致其光学参数发生变化。用频域近红外光学成像法（FD-DOT）对苹果组织进行吸收系数和约化散射系数的检测,并结合三维重构技术得到的重构图像可以直观地了解苹果内部的病变情况,从而实现对苹果内部病变的无损检测。选择可最大程度区分苹果正常组织与病变组织所对应的波长为740 nm的光作为激光光源。当FD-DOT的入射光调制频率不同、苹果内部病变的程度不同、病变位置和大小不同时,会导致成像精度的变化,设计了一系列模拟仿真实验研究以上因素对苹果内部病变检测精度的影响：设定不同的激光调制频率,研究调制频率对重构图像精度的影响;在苹果模型中某一位置添加不同大小的球形病变,研究病变区域大小对重构图像精度的影响;在苹果模型中不同位置添加一定大小的异质体,研究病变位置不同对重构图像精度的影响。首先用Abaqus建立苹果有限元网格模型,设计了12个740 nm的近红外激光光源和6个检测器均匀排布在苹果模型表面,根据实验需要,在组织体模型中添加代表病变的球形异质体,用经过高频调制的光源照射进苹果,检测出射光的交流幅度和相位延迟,然后借助开源软件NIRFAST计算并反推出待测苹果内部的吸收系数和约化散射系数分布并进行三维重构,重构结果可以用重构图像的吸收系数对比度噪声比（CNR值）和吸收系数分布图进行评价。实验结果表明,想要检测到尺寸较大苹果的深处病变,需要较高的入射光调制频率;该方法可以检测到大小适宜的苹果中大部分半径大于5 mm的球形病变区域,且随着病变区域在一定范围内扩大,重构图像的精度逐渐增加,但病变区域过大时,图像精度开始降低;病变区域距离检测器越来越近时,重构图像的精度逐渐增加,但当病变区域与检测器距离过小时,重构图像的精度有降低的趋势;病变区域距离检测器平面的垂直距离越近,重构图像的精度越高。以上实验结果将为应用频域近红外光学成像法对苹果进行无损检测奠定良好基础。     

涂层界面结合强度检测研究(Ⅰ):涂层结合界面应力的理论分析

利用激光划痕测试法和弯曲应力理论，建立了涂层结合界面应力的理论模型，推导出结合界面剪应力、正应力和剥离应力分布公式，分析了结合界面应力产生的机理.理论分析结果表明，界面正应力主要集中在界面中心区域内，而在界面边缘附近，正应力迅速下降，在界面边缘处其值降为0；剪应力和剥离应力主要集中在界面边缘区域内，在远离界面边缘区域，剪应力和剥离应力则迅速下降；涂层中正应力和涂层厚度、基体厚度以及杨氏模量无关，界面间剪应力以及剥离应力随涂层厚度增加而增加，并且由涂层与基体厚度以及杨氏模量所共同决定.     

用于电流注入法的可调同步精密延时系统研制

电流注入法是电磁脉冲加固技术中一种重要的试验方法。该方法依据响应级模拟器辐射试验得到的耦合点的波形（电磁脉冲干扰），在实验室对该波形进行模拟并对其强度进行调节，并以此作为注入波形，用来弥补响应级模拟器场强的不足。为了确保注入试验能够在各种特定工作状态下进行，采用的方法就是控制干扰脉冲与工作信号的时间关系，通过人为控制的方式使电磁脉冲干扰能“走遍”整个工作信号周期，并在每个时间点上得到电路失效概率。这就要求必须有严格的可调延时系统，用来实现在工作信号的任意时间点注入干扰信号。     

在6H-SiC衬底上用低压MOVPE法生长AlN和GaN的过程中用(AlN/GaN)多层缓冲层来控制残余应力

人们已提出用BAlGaN四元系材料制备紫外光谱区的光发射器件.GaN和AlN二元系是这种四元材料在器件应用中的基础材料.6H-SiC衬底在氮化物生长中因其晶格失配小是一大优势,而且SiC衬底的热膨胀系数也和AlN的很接近.然而,对于AlN外延层来说,需要控制其中的残余应力,因为在SiC衬底上直接生长的AlN外延层中存在着因晶格失配所产生的压缩应力.另一方面,在SiC衬底上直接生长的GaN外延层中存在着拉伸应力.这种拉伸应力起源于GaN比衬底有着更大的热膨胀系数.本文讨论了在6H-SiC衬底上生长的氮化物外延层中残余应力的类型、数量及控制.为此目的,提出了在6H-SiC衬底上,无论是生长AlN,还是生长GaN,都可以采用(GaN/AlN)多层缓冲层的办法,作为控制残余应力的有效方法.我们还讨论了AlN和GaN外延层的结晶质量和残余应力间的关系.