基于半跨模式波的铝合金板底面缺陷TOFD检测

采用超声衍射时差法（TOFD）检测铝合金板底面缺陷时，受直通波脉冲宽度影响存在近表面盲区。提出了TOFD半跨模式波法进行盲区抑制，利用一次底面反射波在缺陷端点处衍射波的特征及其在B扫查图像中的对称性推导底面缺陷定深公式。仿真和实验结果表明，对于厚度为7.0 mm的铝合金板，在探头中心距为40 mm、中心频率为10 MHz的检测条件下TOFD半跨模式波法能将近表面盲区抑制64%以上，且深度不小于2.0 mm底面缺陷的定位误差不超过6.32%。与模式转换波及TOFD-W波相比，半跨模式波不会与底波混叠且离直通波较近，在铝合金板底面缺陷检测中适用性较强。     

纵向波纹隔热屏气膜冷却特性实验

针对加力燃烧室纵向波纹隔热屏气膜冷却效果开展了细致的实验研究,利用红外热像仪测量了隔热屏壁面的温度分布,分析了隔热屏板型、吹风比、开孔率等参数对气膜冷却效率的影响。实验中板型选取了平板和纵向波纹隔热屏,吹风比变化范围是0.5~3.0,开孔率变化范围是1.4%~3.7%。结果表明:相比于平板隔热屏的气膜冷却效率沿程逐渐增加,纵向波纹隔热屏的气膜冷却效率随波纹板的起伏而起伏且大于平板隔热屏;随着吹风比的增加气膜冷却效率逐渐加大,在吹风比为3.0时达到最大值;气膜冷却效率在波峰处低,波谷处高,整体上随波纹板的起伏而波动,吹风比越小,气膜冷却效率随波纹板的起伏变化越明显;高吹风比(吹风比为2.0~3.0)下,气膜冷却效率沿程变化与增幅较为缓慢;整体上,随着开孔率的增加气膜冷却效率逐渐加大,小开孔率(开孔率为1.4%、2.7%)下的气膜冷却效率相差不大,但在次流背风侧,开孔率小的气膜冷却效率要小于开孔率大的气膜冷却效率。      

航空复材构件R区相控阵超声检测研究进展

航空碳钎维增强树脂基复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastic,CFRP)构件通常具有几何形状复杂的R区结构,提高该区域缺陷检测质量对于保证航空构件的承载性能至关重要。本文结合声学建模及声传播规律仿真分析,确认了CFRP构件R区同时存在叠层、曲面及弹性各向异性3方面特点,导致超声波垂直入射难、声传播路径扭折、结构噪声强和声耦合效果差等问题。基于相控阵超声检测(Phased Array Ultrasonic Testing,PAUT)技术,针对R区尤其是变厚度、变曲率和变角度情况下缺陷检测难题,重点综述了换能器研发、基于信号后处理的超声成像、固体柔性耦合介质及辅助工装研发等方面的研究进展,分析了当前研究存在的主要问题及未来发展方向。     

基于确定性和随机性原理的复合材料二维孔隙模型比较

在二维条件下,对比分析了经典的确定性模型和随机孔隙模型对含孔隙复合材料的物理模拟结果。确定性模型将含孔隙复合材料看做各向同性均匀介质,将孔隙假设为大小相同、离散均匀分布的规则形状;随机孔隙模型依据随机介质理论,采取统计学原理和方法,将孔隙看做是小尺度上的随机扰动,叠加于由基体构成的大尺度背景介质平均特性之上,可以利用空间平稳随机过程加以描述。研究发现,利用随机孔隙模型不但能够得到与真实孔隙几何相似性良好的孔隙形貌,而且基于此模型的超声衰减系数理论预测结果和实验测试结果之间的符合程度大大优于传统的确定性模型。     

超声干涉法薄层厚度测量声阻抗匹配判据及其应用

针对超声干涉法测量薄层厚度的原理,讨论了薄层及与其相邻介质声阻抗匹配分别满足界面声压反射系数|R1|＜1/2或|R1|＞1/2时回波信号的选取原则,并以薄层声压反射系数谱为依据,分析了上述两种声阻抗匹配条件下谱线分别出现次生极大或极小值的规律,在此基础上提出了薄层厚度测量时谱线极值的选择方法.以航空雷达罩蒙皮GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastic)层板外表面复合涂层以及钢基体表面ZrO2陶瓷涂层样品为例进行了薄层厚度测量实验研究及信号分析.研究表明,超声干涉法薄层厚度实验结果与SEM(Scanning Electron Microscope)测量结果相符.由此可知,薄层及与其相邻介质声阻抗匹配判据对于超声干涉法薄层厚度测量具有很强的理论指导意义及工程应用价值.     

基于纹理合成优化算法的多相非均质材料二维微观结构表征与重建

材料微观结构表征与重建(Microstructure characterization and reconstruction,MCR)可用于建立加工-结构-属性(Processing-Structure-Property,PSP)关系,已成为计算材料学与材料设计的研究重点。通过阈值分割将多相非均质材料的金相照片识别为由不同相构成的纹理,结合多分辨率高斯金字塔进行重建。以各相占比为目标参数,对颗粒补充后的重建结果进行面积分数迭代优化,提出了一种面积分数可控的MCR纹理合成算法。利用该优化算法对多相非均质铝硅聚苯酯(AlSi-PHB)封严涂层微观组织进行表征重建,PHB和孔隙两相的两点相关函数计算结果证实了算法的有效性。在此基础上,将两组金相照片作为原始图像,重建20组模型,重建结果的两点相关函数误差最大为8.8×10^-5。本研究为多相非均质材料的准确重建提供了解决途径。     

多工位同步加工电火花线切割机床研制

在民用和军工领域存在许多环状工件需要分块切割,但现有电火花线切割加工方法效率低、内应力大,通过发明、制造了一种圆形多工位同步加工的电火花线切割机床,采用一根电极丝在机床不同位置,对环状工件同步进行径向切割。介绍了机床总体结构设计、电源研制、控制系统开发,并通过工艺试验验证了机床的可行性。     

孔隙尺寸离散度大的碳纤维增强复合材料随机孔隙建模方法研究

针对孔隙率为4.08%和4.20%,孔隙长度尺寸范围分别为6.34～216.78μm,6.34～722.25μm的两组碳纤维增强复合材料试样,依据基于随机介质理论和统计学方法建立随机孔隙模型(Random Void Model,RVM)的思想,研究了孔隙建模原理和方法。将孔隙按照长度进行分级,分别建立对应不同尺寸级别的孔隙模型,然后将各个级别的孔隙模型进行叠加。与金相照片对比结果表明,采取分级孔隙建模思想得到的孔隙模拟结果与实际孔隙形貌之间的几何相似度很高,为后续数值计算提供了模型基础。     

以相对相速度无损表征30Mn2SiV棒材复杂组织的探讨

本文以某公司经控轧控冷工艺生产的非调质D级抽油杆用钢30Mn2SiV为对象,利用超声波水浸线聚焦检测技术,借助频谱分析方法,采用计算相位谱的偏离程度获得相速度值的方法,以相速度为无损表征参量,研究了具有不同珠光体含量和形态的粒状珠光体 片状珠光体 铁素体、片状珠光体 铁素体以及上贝氏体 片状珠光体 铁素体三类样品复杂组织状态与相对相速度之间的关系。结果表明,利用相对相速度能够对上述三类复杂组织进行无损识别。     

基于BPNN的封严涂层孔隙分布均匀性超声表征

可磨耗封严涂层的多相非均质特性导致超声波在其中传播行为复杂，涂层组成相分布均匀性的超声表征在有效超声特征提取、特征与均匀性关系描述等方面存在困难。针对这一现状，提出了BP神经网络(BPNN)结合超声信号小波变换技术定量表征可磨耗封严涂层孔隙分布均匀性的方法。基于统计学思想与随机场理论建立铝硅聚苯酯(AlSi-PHB)封严涂层随机多相介质模型，通过调节自相关长度参数改变模型的孔隙分布状态。采用面积分数多尺度分析技术获得定量描述涂层孔隙分布均匀性的绝对斜率与均匀性长度，提取超声仿真信号的时域、频域及小波分解时频域衰减系数，探究其与绝对斜率及均匀性长度之间的相关性，并作为BPNN的输入对绝对斜率与均匀性长度进行预测。结果显示：在孔隙率5%时，随自相关长度从11μm增大至26μm,绝对斜率从0.86减小至0.76,均匀性长度从550μm增大至6 785μm,表明孔隙分布均匀性降低；时频域衰减系数与均匀性参数间的相关性最显著，绝对斜率与均匀性长度的BPNN预测结果决定系数分别为0.97和0.98,在3种衰减系数预测结果中最优。所提方法可为定量表征非均质涂层组织分布均匀性提供有效途径。