高周疲劳损伤的磁记忆二维检测研究

 对40Cr钢缺口试件在三级应力水平下进行了高周疲劳试验和磁记忆二维检测(2-D MMMT),并引入李萨如图分析方法,研究应力集中、疲劳损伤及疲劳应力对二维磁信号的影响规律,分析李萨如图特征值与疲劳损伤程度之间的关系。结果表明:在应力集中部位会出现磁记忆法向分量过零点及切向分量峰值的现象,并且该现象的位置随着疲劳损伤程度的增加产生漂移,逐渐向缺口根部靠拢;可利用磁记忆信号切向分量梯度K曲线异变峰特征来表征构件损伤位置;磁记忆信号切向分量梯度最大值随疲劳损伤程度的增大而增加;磁记忆信号梯度K曲线形成的李萨如图闭合区域面积与疲劳损伤程度有较好的对应关系。梯度最大值可作为反映构件损伤程度的特征量,根据李萨如图面积可以判断构件疲劳损伤状态。     

铁磁构件残余寿命评估方法

 为研究磁记忆检测技术评估铁磁材料早期损伤的可行性,以磁记忆检测技术为手段,对40Cr钢三点弯曲SE(B)试样进行了常温疲劳裂纹扩展试验,分别测量了试样在相同载荷条件下不同循环周次N时的磁场数据。定义了一种新的磁记忆特征参量,分析并探讨了疲劳裂纹扩展过程中该特征参量的阶段性特征,结果表明该特征参量较传统的磁记忆特征参量变化明显。通过分析磁记忆信号与裂纹扩展寿命、累积疲劳损伤之间的关系,建立了基于磁记忆信号的损伤参量模型,利用该模型可以很好地评估材料的残余寿命,可为磁记忆检测技术在铁磁性材料早期损伤以及残余寿命评估方面的应用提供借鉴作用。     

构件低周疲劳损伤的金属磁记忆检测试验研究

对18CrNi4A钢缺口试件在三级应力水平下进行了低周疲劳试验和磁记忆信号检测,研究应力集中、疲劳损伤及疲劳应力对磁信号的影响规律。结果表明,利用磁信号Hp(y)曲线突变特征和磁信号梯度K曲线异变峰特征可表征试件损伤位置;采用H′p(y)=Hp(y)N-Hp(y)0的磁信号处理方式,磁信号H′p(y)曲线过零点与试件断裂位置重合,处理后的磁信号过零法可更有效的表征试件损伤位置;磁信号梯度Kmax值随疲劳损伤程度的增加而逐渐增加,反映了构件疲劳损伤程度,可表征试件疲劳损伤程度;磁信号与疲劳应力水平存在强烈的相关性,应力水平越大,磁信号值也越大。     

应力状态对磁记忆信号的影响

 通过对20#钢试件拉伸时表面磁场的在线测量和20#钢试件经过不同程度拉伸并卸载后的表面磁场的测量，研究应力状态对磁记忆信号的影响。20#钢进行拉伸试验时，在应力集中部位，当变形很小时磁场信号变化平缓；产生一定程度塑性变形后磁场信号变化相对剧烈；出现颈缩现象时磁场信号变化非常剧烈。经分析认为，磁记忆信号的变化与材料内部微观组织的状态有关，试件变形很小时，磁弹性效应对试件表面磁场的变化起主要作用;试件变形较大时，其表面磁场的变化主要受塑性变形区内位错聚集产生的微缺陷的影响。     

基于金属磁记忆技术的18CrNi4A钢缺口试件疲劳损伤模型

对18CrNi4A钢缺口试件进行了疲劳试验和磁记忆检测,研究了磁信号在疲劳过程中的变化规律,基于连续损伤力学理论,采用磁信号特征参量作为损伤参量,提出了一种新的18CrNi4A钢缺口试件疲劳损伤模型。结果表明,在稳定循环阶段,磁信号随疲劳循环周次增加无显著改变,疲劳裂纹萌生后,磁信号逐渐增加,并在断裂后发生激变。磁信号特征参量绝对值在疲劳过程中表现为三阶段变化特征,随疲劳损伤程度的加剧而逐渐增加。磁信号特征参量绝对值与应力水平存在强烈的相关性,应力水平越大,其值越大。疲劳损伤试验结果与基于磁信号特征参量的疲劳损伤模型显示的疲劳损伤演变规律符合较好。     

一种基于广义回归神经网络的裂纹扩展定量监测模型

金属结构上裂纹的实时监测对飞行器损伤容限/疲劳试验、飞机定寿，以及保证服役过程中的安全性和可靠性、安排检修等任务具有重要意义。为实时监测金属结构疲劳裂纹的扩展过程，本文通过广义回归神经网络方法研究了提取自导波信号的多维损伤特征参量同裂纹长度之间的定量关系。结果表明，导波信号随着裂纹长度的变化存在规律性变化，损伤特征参量与裂纹长度存在一定的非线性相关性；多维损伤特征参量可实现较为准确的裂纹定量监测。可见广义回归神经网络可用于建立准确度较高的导波结构裂纹定量监测模型。     

基于热磁耦合分析的高性能磁屏蔽系统设计

近零磁工作环境是实现无自旋交换弛豫(SERF)原子自旋惯性测量装置的必要条件,但在实际中由于装置内部气室加热和环境温度变化引起的磁屏蔽性能变化是影响系统性能的一个主要因素。基于热-磁耦合理论建立了惯性测量装置的有限元分析模型,对加热条件下磁屏蔽筒内磁场均匀性及其剩余磁场进行了分析。结果表明,气室加热至200℃时,附近温度场对磁屏蔽筒内部磁场梯度的影响较小可以忽略,但磁屏蔽筒内部剩磁相比数值解增加了0.09nT。同时基于上述模型对磁屏蔽材料的温度稳定性进行了研究,当采用高温稳定磁屏蔽材料时,惯性测量装置的长期稳定性有所提高,但磁屏蔽效能会降低。该研究为高性能磁屏蔽筒的热磁耦合误差及磁屏蔽材料性能的研究提供了理论与方法支撑,同时也为SERF原子自旋惯性测量装置的研制提供了有力的技术保障。     

FOD 对TC4 合金扩散焊板材HCF 性能影响

针对外物损伤(FOD)对航空发动机宽弦空心风扇叶片高循环疲劳(HCF)性能的影响,以TC4合金3层扩散焊板件模拟宽弦空心风扇叶片典型冲击部位,采用空气炮法对TC4合金3层扩散焊板进行FOD模拟试验,对冲击角度为25°、40°和80°时的损伤状况进行了宏微观测量;采用逐级加载法对FOD后的扩散焊焊板进行HCF强度试验,获得各条件下扩散焊板件的条件疲劳极限。结果表明:在各冲击条件下,冲击角度为25°时对材料造成的损伤最严重,HCF强度降低幅度最大;FOD不仅会造成材料表面损伤,还会对内部焊缝层造成损伤。在上述因素共同作用下,扩散焊板件FOD后HCF强度显著降低,相应的疲劳缺口系数明显增大。     

氧氮混合气体在梯度磁场中流动的数值模拟

用直接蒙特卡洛方法模拟了空气气流在梯度磁场中的氧浓度分布，利用DSMC模型将分子的碰撞和运动解耦，同时将磁场力简化为瞬间作用力，并对模拟结果进行了分析和对比。模拟表明，磁场强度与梯度乘积由100T^2／m增加到800T^2／m时，氧浓度由0．762％增加到3．1％；而当温度由0℃升高到100℃时，氧浓度由0．78％减小到0．25％。另外，随着压力的变化氧浓度存在一个最大值，在模拟条件下，这个最大值出现在0．05MPa(绝对压力)附近。     

梯度磁场推进扩散火焰燃烧的实验研究

用数字粒子图像测速技术(DPIV)测量了扩散火焰周围气流在梯度磁场作用下的速度分布,并与无磁场作用下的速度分布比较。结果表明当梯度磁场作用于扩散火焰时,火焰周围气体运动被加速,火焰的形状变得尖锐,亮度增加。实验定量地验证了梯度磁场可以诱导气体对流的发生,从而进一步推进扩散火焰燃烧反应。     

三轴矢量原子磁力仪综述

原子磁力仪可分为标量磁力仪和矢量磁力仪两大类。标量磁力仪的测量结果与传感器的姿态无关,对平台的机动不敏感。矢量磁力仪能够获得更多的磁场信息,可以实现更精确的磁源定位。目前,共有7种三轴矢量原子磁力仪,测量方法分别为磁场扫描法、磁场旋转调制法、磁场轮流抵消法、磁场投影法、磁场交叉调制法、磁场分立调制法和自旋进动调制法。重点对上述7种三轴矢量原子磁力仪的测量方法进行了整理和分析。     

原子磁力仪的空间应用及发展趋势

在太空探索中,磁场测量为很多重要的科学研究提供了数据支撑。空间探测器和磁测卫星均多次采用原子磁力仪作为磁场测量的主载荷,原子磁力仪在空间磁场测量中发挥着不可替代的作用。回顾了用于空间磁场测量的原子磁力仪的发展历程,总结了不同种类原子磁力仪的技术特点,分析了空间应用原子磁力仪载荷的发展趋势。     

磁场空间分布测量技术的发展

随着科技进步和精密测量技术的发展,传感技术正在从光学仪表时代向量子仪表时代过渡,磁场空间分布测量对于研制高性能量子仪表具有重要意义。同时,惯性器件微小型化的研发对于小范围磁场空间分布测量技术的发展提出了要求。介绍了磁场空间分布测量技术的工作原理、性能特点和发展现状,重点阐述了几种用于小尺度磁场空间分布测量的技术途径,分析了磁场空间分布测量技术的发展趋势。     

基于螺纹锥形搅拌头的搅拌摩擦焊三维流场仿真研究

本文利用CFD软件包FLUENT建立了带螺纹表面的锥形搅拌头搅拌摩擦焊三维流动模型。通过数值模拟得到了焊缝沿厚度方向的水平切面速度矢量图,截面的速度矢量图以及用于观察材料流动行为的流动线图。同时分析了搅拌头表面螺纹对塑化金属流动行为的影响及焊缝塑化金属的流动规律。模拟结果对于搅拌摩擦焊过程中焊缝处塑化金属流动以及焊缝形成机理研究具有重要的指导意义。     

2219薄板铝合金浮动式双轴肩搅拌摩擦焊接及组织性能分析

以运载火箭助推器贮箱广泛应用的4 mm厚2219薄板铝合金为焊接对象,研制了浮动式双轴肩搅拌头,分析了内部塑性金属流动模式及特点,并推测出需匹配较低焊接热输入才能获得优质焊缝。工艺探索及优化试验结果直接验证了焊缝内部塑性金属流动模式及推测。接头宏观组织形貌分析结果显示:不同焊接速度下的焊缝横截面宏观形貌都可以观察洋葱环特征,且随着焊接速度提高,洋葱环特征越发增多,并从靠近前进侧的焊核区逐渐向后退侧孕育发展,这也有效验证了薄板铝合金双轴肩搅拌头的设计思路。薄板铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头横截面显微硬度分布均呈"U"型,接头显微硬度最低点位于焊核区与后退侧热机影响区的交界处。接头力学性能测试结果显示:随着焊接速度逐渐升高,接头抗拉强度逐渐升高,且当焊接速度达到350 mm/min时,接头抗拉强度达到最高值。铝合金浮动式双轴肩搅拌摩擦焊接头延伸率整体较高,焊接速度对其影响不大。铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头正、背弯均可以达到180°无裂纹。基于立式纵缝搅拌摩擦焊系统成功实现了2 m长试片的浮动式双轴肩搅拌摩擦焊,累计焊接长度达到60 m,且双轴肩搅拌头完整,未发现裂纹、扭曲或其他损伤。     

几种新的单路原子磁导引磁场设计和分析

原子磁导引利用载流导线产生的磁场与原子相互作用来操控冷原子,针对冷原子操控和传输的要求,提出了双曲线薄板导引、双平行平板导引、三根等边三角形和四根正方形分布载流导线实现对冷原子进行单路磁导引的方案,利用Ansoft maxwell 2D软件计算各导引的磁场分布和沿特殊轴的磁场变化值,分析其导引特点。这几种磁导引都采用通直流电的载流导体,其结构中心位置的场强存在极小值,形成了沿着导引的方向呈现管状磁场分布,适合导引弱场搜寻态的原子。越接近导体表面的地方,磁场梯度越大,所以原子不易与材料的相互作用而被吸引到导体表面造成损耗,而且使用时不需另加控制磁场,在实验中易于实现。