激光弯曲机理的试验研究

通过对试件在激光与材料非熔凝作用下动态变形过程的实时测量及光斑中心处横截面的金相分析,得知激光弯曲变形是热应变和相变共同作用的结果.试验结果表明:激光弯曲变形的大小和方向取决于材料吸收的能量、材料特性和材料的厚度,并给出了这些影响因素的变化规律.研究结果进一步完善了激光弯曲的变形机理,并为进一步研究激光弯曲过程奠定了基础.     

选择性激光烧结PC粉末的建模研究

建立选择性激光烧结粉末快速成形工艺过程的数值计算模型,并用于估算烧结深度.在该计算模型中,综合考虑了材料的热物性参数随温度变化的情况和激光光强分布不均匀的因素.采用有限差分方法求解烧结过程中的瞬态传热微分方程,对烧结深度进行模拟计算,结果与实验值吻合较好.     

用于表面缺陷检测的激光超声技术

系统介绍了一种可用于微小表面缺陷检测的新技术激光超声技术,就其检测原理、激光超声的生成和探测、理论建模、应用前景等作了全面的回顾与展望。激光超声技术的开发和应用,将在机械工程、表面物理等领域产生深远的影响。     

微重力与电磁场对凝固过程的影响

欧洲空间局两项材料领域课题MICAST和CETSOL均涉及微重力科学相关研究.通过等轴晶柱状晶转变（CET）分析了微重力环境对材料凝固过程的影响;介绍了一项在地面施加行波电磁场的标准（Benchmark）凝固实验,其温度场演化及微观凝固组织和浓度偏析均展示了磁控受迫对流对金属材料凝固过程的显著作用.     

激光推进技术中激光与工质相互作用

基于激光推进的工作特点,对激光推进中激光与工质的相互作用进行了研究.分析了激光对工质的击穿过程,得到了击穿阈值的计算方法,计算了激光对空气和氢气的击穿阈值;对工质中激光的逆韧致吸收过程进行了研究,推导了逆韧致吸收系数的计算公式.以氢气和氩气为工质进行了算例计算,计算结果可对国外文献提到的试验中出现的等离子体"漂白"和等离子体不稳定现象进行合理的解释.      

预载荷下板料激光弯曲成形的工艺参数分析

预载荷下板料激光弯曲成形是一种较新的板料弯曲成形方法,本文对其工艺参数进行了分析研究。使用软件ABAQUS建立了预载荷下板料激光弯曲成形的有限元模型,并进行了试验验证,在此模型的基础上,采用均匀设计法进行了变工艺参数仿真试验设计,利用仿真试验结果建立了各工艺参数与变形量间的回归模型,并进一步分析了工艺参数对变形量的影响及其内在原因。研究表明,各工艺参数中扫描速度对变形量的影响最大,而激光功率的影响最小;光斑直径与扫描速度间存在对变形量有高度显著影响的负交互作用;变形量随预载荷增大近似呈指数上升,随激光功率的增大近似呈线性增大,随光斑直径的增大近似呈线性下降,随扫描速度的增大呈现先减小后增大的趋势。     

快速精确调节稳频点的远共振线激光稳频方法

原子磁强计、激光冷却等技术需要将激光频率稳定在远离原子跃迁频率几兆赫兹的大失谐处,法拉第旋光光谱稳频方法能够实现远共振线的大失谐处的稳频,但是存在稳频点调节不便的问题。在法拉第旋光光谱稳频方法的基础上进行改进,提出了一种快速精确调节稳频点的远共振线激光稳频方法,能够在几十至几百兆赫兹范围内对稳频点频率进行快速精确的调节。基于该方法使失谐为-6.2 GHz的稳频点精确频移130 MHz,并实现频率漂移3.3 MHz/h,波动均方根值0.6 MHz/h的激光频率稳定度,满足原子磁强计对失谐及频率稳定性的要求。另外,分析了温度对该稳频方法的影响,推导了预估稳频点频率的物理参数,并将温度调节和声光调制器（AOM）调节相结合,以更好地实现在远共振线大失谐处对激光频率的长期稳定和精确控制。      

国外空间激光通信技术的发展现状与趋势

为了满足日益增长的大数据量、高速数据传输速率的需求,NASA、ESA、JAXA等航天机构正在开启空间激光通信技术的时代。各国纷纷在GEO-LEO、LEO-LEO、LEO-地面,以及地-月等不同轨道验证了激光通信终端的在轨性能。介绍了国外开展的激光通信技术演示验证试验情况,重点介绍了以月球激光通信演示验证试验（LLCD）为代表的深空激光通信技术,以及以半导体星间链路为代表的星间激光通信技术。通过阐述国外激光通信技术的发展现状,分析了激光通信技术的未来发展趋势。期望通过该技术的研究,对我国激光通信技术的发展提供参考借鉴。     

远场激光散射法测量高精度表面粗糙度研究

文本介绍一种通过对远场散射光的统计分析来测量高精度平面及球面粗糙度的新方法。采用一维CCD器件来探测散射光分布。实验结果表明,所选用的远场散射光分布特征参数与标准粗糙度Ra之间存在很好看相关系。     

基于激光三角法的CBN杯形砂轮表面形貌检测

分析了常见的砂轮表面形貌检测方法的局限性,阐述了激光三角法的基本原理.在此基础上,提出了激光三角法检测砂轮表面三维形貌的方法和装置,利用它可以对砂轮表面进行扫描测量,得到表面各点的三维坐标,随后通过origin软件的绘图功能和数据分析功能得到砂轮表面的三维形貌图和单个砂粒的三维尺寸.在实验中,得到了在航空发动机叶片磨抛中使用的60#杯形CBN砂轮表面0.5 mm×1.6 mm面积的三维形貌图,某单个磨粒宽度为209.1 μm,磨粒切刃突出高度为17.3 μm.该结果与用美国WYKO的白光干涉三维表面形貌仪测量结果之间的误差为1.00%左右,这说明所采用的激光三角法测量砂轮表面三维形貌是可行的.      

改进模糊综合评判法在复合材料构件成型工艺决策中的应用

通过对原始模糊综合评判法的改进,使其能转化为计算机可操作的决策算法以解决飞机复合材料构件的成型工艺决策的问题,并且评判结果更加符合生产实际.将隶属度计算法引入评价矩阵确定环节,实现了计算机代替人力完成评价矩阵的确定,采用为评价范围增加安全裕度的方法规避了原始模糊综合评判法的评价范围划分界限太绝对的问题,利用动态权重分配法和比率标度法相结合的方法实现了计算机自主进行权重分配,并且保证了分配结果切实符合用户实际偏好;以改进模糊综合评判法作为核心算法开发了复合材料构件计算机辅助成型工艺设计系统,并利用该系统进行了实际成型工艺决策,系统决策结果符合实际生产情况,表明了该方法在计算机辅助成型工艺决策应用方面的可行性和准确性.     

预腐蚀金属材料疲劳性能试验测试与表征模型

提出了预腐蚀金属材料疲劳性能表征S-N-t曲面模型,并建立了模型参数估计算法。采用成组法和升降法,试验测定了预腐蚀后的3种航空材料(LD2CS、LD10CS和15CrMnMoVA)有擦蚀和无擦蚀疲劳S-N-t曲面,采用新建立的S-N-t曲面模型处理试验数据,发现模型曲面与试验数据吻合良好;预腐蚀材料的无擦蚀和有擦蚀疲劳性能随着预腐蚀时间的增加而下降,相同的应力水平和预腐蚀时间下,预腐蚀材料的无擦蚀疲劳性能更好。      

成形极限预测韧性断裂准则及屈服准则的影响

将韧性断裂准则用于预测板材成形极限,通过数值模拟HS钢、IF钢和6111-T4铝合金3种板材在单向拉伸、平面应变和双向等拉等不同应变路径下的变形过程,获得试件中心区域主应变最大单元的应变历史,结合成形极限实验数据计算韧性断裂准则的材料常数;通过对接近平面应变变形路径下的模拟结果与实验获得的网格应变相比较分析了Hill48,Hill90和Barlat89 3种各向异性屈服准则对模拟获得的应变路径的影响.结果表明,Barlat89屈服准则可以较好地描述单元的应变路径;在此基础上比较了几种韧性断裂准则用于预测板材断裂成形极限的计算结果, Cockcroft-Latham准则和总塑性功准则的计算结果比较理想,材料常数的确定也较为简单.      

目标表面对FMCW激光雷达拍频信号的影响分析

被测目标表面的粗糙度会影响调频连续波(FMCW, Frequency Modulated Continuous-Wave)相干激光雷达的拍频信号特性,进而影响雷达的测速测距精度.为衡量该影响以改善雷达的性能,通过对照射目标面的空间离散化,建立和分析了拍频信号的场强模型,并针对不同粗糙度的反射表面,进行了Monte Carlo模拟仿真及系统实验验证.仿真和实验结果表明:镜面目标反射面的倾斜将导致拍频信号交流分量强度的急剧衰减;而对于高斯型粗糙面目标,强度与粗糙面高度及波长的比值成负指数关系.实验结果与理论分析和模拟仿真结果一致,且系统的测距误差小于1 mm,静态速度稳定性优于0.1 mm/s.     

激光测距传感器光束矢向和零点位置标定方法

激光测距传感器常用于飞机壁板法向检测。为了解决激光测距传感器加工和安装误差导致的法向检测精度下降问题,提出和实施了一种利用几何数学模型和最小二乘法进行激光测距传感器光束矢向和零点位置标定的方法。首先,利用角度标定理论获取激光束与主轴进给方向的夹角。然后,借助激光跟踪仪建立坐标系,根据激光测距传感器射在与电主轴进给方向成不同夹角的平面上的测量值,利用几何数学模型计算出各激光点之间的相对坐标,运用最小二乘法拟合出激光束的空间方程,进而得到光束矢向和零点位置。最后,在航空制孔机器人平台上进行标定实验,并且根据标定结果进行了实验验证。实验结果证明:该方法能够较为准确地标定出激光测距传感器的光束矢向和零点位置,可使法向检测精度在0.18°内。      

金属材料微裂纹取向与超声波和频非线性效应

针对非线性超声无损检测金属材料微裂纹取向角度的问题,开展了微裂纹取向与超声波的和频非线性效应研究,建立了超声和频非线性特征系数与微裂纹取向角度的关系模型。理论和有限元仿真实验结果表明,随着微裂纹取向角度的逐渐增大,超声和频非线性特征系数与微裂纹取向角度之间呈现明显的正相关趋势,而且相比二次非线性特征系数,和频非线性特征系数对微裂纹取向检测更为敏感。同时,从超声波平均能流密度（即声强）的角度出发,计算可知和频分量声强会随着微裂纹取向角度的增大而增大,而二次谐波声强基本不会发生变化,同时和频分量声强占比相比于二次谐波声强占比也得到了明显提高。超声波声强计算结果与仿真计算结果趋势基本一致,证明了理论模型的正确性。通过实验验证了模型的有效性,为金属材料微裂纹取向的检测提供了一种有效的手段。      

Zr-Al-(Ni-Cu)合金的非晶形成能力及热学性能

采用喷射铜模铸造法研究了Ni和Cu含量对Zr-Al-(Ni-Cu)四元合金的非晶形成能力的影响.利用X射线衍射仪分析了铸态合金的相结构,利用差示扫描量热仪研究了非晶合金的热学性能.结果表明:Zr-Al-(Ni-Cu)四元合金的非晶形成能力远大于Zr-Al-Ni和Zr-Al-Cu三元合金的非晶形成能力.Zr65Al7.5Ni10Cu17.5合金显示最高的非晶形成能力,其非晶形成临界直径可以达到7 mm.相似元素Ni和Cu在一定比例下共存,使液态合金的熵值增加,自由能降低,从而有效提高了合金的非晶形成能力.     

激光处理对Ti6Al4V焊缝表面应力状况的影响

激光冲击强化是利用高功率密度(GW/cm2)、短脉冲(ns量级)激光束辐射金属时产生高强度冲击波在金属材料或零件表层形成数百兆帕的残余应力,从而改善金属材料性能的一项新技术.利用Nd:glass重复率激光和机械喷丸分别对Ti6Al4V钛合金电子束焊缝进行了冲击强化处理,研究了激光冲击处理和激光冲击+机械喷丸两种不同处理工艺对电子束焊缝残余应力的影响.试验结果表明,两种处理方式都明显改善Ti6Al4V钛合金电子束焊缝的残余压应力,尤其激光冲击＋机械喷丸工艺表面残余应力改变明显, 而且在次表面层残余应力随着深度的增加而增大, 最大残余应力出现在距表面20~30μm左右.      

复合材料红外无损检测的建模分析和热像处理

红外热成像无损检测由于检测面积大、速度快和非接触从而在复合材料缺陷检测中的应用越来越广泛.对碳纤维增强塑料的红外热成像无损检测从数学建模和热像数据处理2个方面作了研究.针对含有teflon夹片的碳纤维增强塑料试件的红外无损检测实验中出现的缺陷表面温差信号为负的"非传统"现象提出了新的数学模型,作了仿真计算,解决了常规模型预测结果与实验结果之间的矛盾.应用5种国际上流行的热像数据处理方法对实验数据进行了处理,并对各种处理方法用统计方法作了比较,结果表明傅里叶变换和相关分析法具有最高的信噪比.