探测复合材料层析基体裂纹的实验技术

介绍探测复合材料层析基体裂纹的三种实验技术：声波发射探测，超声波Ｃ扫描和复制带记录。在试验各阶段，应充分利用每钟试验方法的优点，使每个试件比常规试验获取更多的试验数据，包括声波发射探测响应图，超声波对整个试件宽度扫描成像，以及沿着试件侧面厚度上的复制带获取图像。最初由声波发射显示试件加载期间基体裂纹的开始形成，通过超声波扫描能清晰分辨出第一条基体裂纹的出现；随着基体裂纹的发展，可综合应用三种实验技     

一种基于压电驱动的火星岩石钻探器的研制

钻取采样是未来火星探测采样任务中获取星表岩石样本的一种有效方式。压电驱动的超声波钻取采样技术以压电陶瓷作为作动元件,对火星表面复杂环境具有一定的适应性。基于高频冲击钻进的工作原理,超声波钻探装置容易刺入火星表面坚硬的岩石。作为一种轻质小巧、低功耗的钻探器,超声波钻探器非常适合火星表面岩石的原位探测采样任务。本文借助仿真和试验手段验证了超声波钻探器的岩石钻进能力和钻探效率。超声波钻探器的研制可为未来火星表面岩石的钻探采样任务提供技术参考。     

基于超声波的移动机器人多目标探测定位方法

为了使移动机器人能够对离散的多个目标进行准确的探测定位,提出了一种新的超声波智能探测方法.采用3个收发一体的超声换能器阵列发送近似的平面声波波束,并建立空间坐标系.3个探头定时发送超声波脉冲,同时数字信号处理器采集并分析接收到的回波信号,在给定的算法下滤除杂波、识别提取回波首波、二次回波和三次回波等特征信号数据,在正确检测出各路波束的回波时间后,通过计算给出多个被测物体的准确定位.实验采用了杆件物体作为被测对象,对回波信号进行高速数据采集处理后计算出被测目标的坐标值,比较了计算物位与实测物位数据,结果验证了该方法的可行性与正确性.      

腐蚀环境下铜薄膜传感器金属结构裂纹监测

铜薄膜传感器在飞机金属结构损伤监测过程中,将长期面临大气腐蚀环境的影响。针对此背景,研究了铜薄膜传感器在腐蚀环境下的耐蚀性能,及腐蚀后的疲劳裂纹监测性能。首先,采用脉冲偏压多弧离子镀技术在不同弧电流和基体负偏压水平下制备了一系列铜薄膜,对其耐蚀性能进行了对比研究。结果表明,在弧电流60 A和基体负偏压250 V时沉积的铜薄膜耐蚀性能最佳。然后,结合耐蚀性能最佳的沉积工艺参数,在2A12-T4铝合金中心孔板试件上制备了同心环状铜薄膜传感器阵列,并开展了盐雾腐蚀试验。最后,对腐蚀试验后的铜薄膜传感器进行了疲劳裂纹监测试验。结果表明:铜薄膜传感器在腐蚀环境下具有良好的耐蚀性能,耐蚀时间达1 000 h;腐蚀试验后的铜薄膜传感器对裂纹变化敏感,能实现对裂纹定量监测,监测精度为1 mm,监测结果具有良好的可重复性。     

航空铝试块疲劳裂纹相控阵超声成像检测

表面疲劳裂纹扩展可导致结构失效,利用相控阵超声成像技术监测疲劳裂纹,获取结构完整性评价所需裂纹信息,可及时对结构失效提出安全预警。采用三点弯曲疲劳试验法在航空铝试块上生长疲劳裂纹,对裂纹开口面材料进行逐步切削来获得不同长度的疲劳裂纹,利用相控阵超声全矩阵采集(FMC)和全聚焦方法(TFM)获得的裂纹尖端和开口图像信息来监测裂纹扩展和测量裂纹长度,并测试了相控阵超声探头放置位置、裂纹张开/闭合、裂纹表面粗糙度对超声成像检测效果的影响。研究结果表明:相控阵超声探头从裂纹侧面入射检测能更好地对裂纹进行超声成像,并真实反映材料内部裂纹扩展前缘形貌。当疲劳裂纹长度大于3倍超声波长时,裂纹尖端和开口图像完全分离,相控阵超声全矩阵采集和全聚焦成像技术可有效测量裂纹长度,测量误差小于0.2 mm。相比裂纹张开时,疲劳裂纹闭合效应会使裂纹尖端超声图像信号减弱4.5 dB,长度测量值小0.6 mm。      

利用可编程超声阵列准确定位目标点位置

设计和制作了一种用于移动机器人环境探测的可编程设定工作模式的超声波传感器阵列,阵列中的每个超声传感器都可以被编程设定为发射/接收器或接收器.当某个传感器是发射/接收器时,其它传感器都设定为接收模式,使系统在探测过程中始终工作于单发/多收的状态,能够比传统的多超声传感器系统获得更多的冗余信息.利用几何学的相交定位法融合每次探测所得到的数据,实现对目标点的准确定位,通过衡量目标点之间的欧式距离来区分多个目标.实验结果表明,这种新的探测系统只需要一个探测周期,就可以实现对单目标和多目标的准确定位,比传统的多超声系统具有更高的探测效率.     

基于CT的泡沫铝三维细观模型重建及应用

为了建立更加真实的闭孔泡沫铝三维细观分析模型,提出了一种基于计算机层析成像（CT）的有限元模型构建新方法。首先,对CT扫描得到的泡沫铝试件的扫描图像进行Otsu算法分析,确定了区分基体材料和空气的灰度最佳阈值。其次,基于映射网格思想直接从扫描图像生成了试件的有限元分析模型,实现了泡沫金属三维细观分析模型的重建。最后,以此为基础进行了泡沫铝试件准静态压缩和动态冲击试验的数值模拟,结果表明,准静态压缩下泡沫铝的内部变形随机分布于整个试件,且与其三维结构密切相关;而动态冲击下变形在冲击端附近首先发生,体现出显著的局部化效应。本文方法能真实地描述泡沫金属内部的细观结构,实现了对泡沫铝试件在准静态压缩和动态冲击作用下的受力、变形与破坏过程更加详细的模拟分析。      

柔性涡流阵列传感器孔边裂纹监测技术

针对这一问题,提出了一种带双面补强的柔性涡流阵列传感器并用于孔边裂纹监测。通过COMSOL有限元软件建立传感器和被测试验件的有限元模型,分析提离距离、垫片磁导率变化和裂纹扩展对传感器输出信号的影响;制备带补强和不带补强的传感器,并开展挤压实验和在线疲劳裂纹监测实验;根据实验结果和仿真结果之间的差异进行误差分析。结果显示：随着提离距离和垫片磁导率的增加,传感器输出感应电压逐渐增大;传感器裂纹监测灵敏度随着提离距离的增加而逐渐减小;带补强的传感器可以在螺栓拧紧扭矩为63 N·m的条件下工作,而不带补强的传感器在拧紧力矩为50 N·m时完全失效;通过在线疲劳裂纹监测实验验证了带补强的传感器对裂纹具有定量监测能力,裂纹监测精度与激励线圈之间的间距一致,可达1 mm;实验结果与仿真结果之间的差异主要由提离距离引入。     

用于小型无人机的超声波低空测高系统实验研究

根据声波在空气中传播反射的原理,设计了一种基于超声波模块600和单片机C8051F121组成的小型无人机测高系统。主要针对当无人机起飞、降落时,提高高度测量的精度,详细介绍了超声波模块600的工作原理、软件设计及对实验数据的分析并得出结论。     

我国又成功发射一颗卫星

<正> 8月5日我国又成功地发射了一颗科学探测与技术试验卫星。卫星是在酒泉卫星发射中心发射的,星上装有联邦德国三家用户的试验装置。卫星顺利入轨、星上仪器工作正常。联邦德国、瑞典、法国、美国的有关用户和公司的代表,现场观看了发射实况。8月13日下午,卫星按预定计划顺利、安全地返回地面,地面测控系统跟踪正常,卫星回收舱落点准确,舱内设备及搭载的中外实验仪器完好无损。     

基于动态孔径聚焦的L型构件相控阵超声检测

由于L型构件界面形状复杂,当采用基于全矩阵数据的全聚焦方法时,声波在试样中的传播路径十分复杂,增加了试样中超声传播时间的计算难度.为了解决上述问题,提出了一种根据实际被测对象并使用全矩阵数据的动态调整聚焦方案的"动态孔径聚焦方法";然后,针对L型构件的型面特征,制定了动态孔径聚焦检测方案,并提出了基于Snell定律的声波传播时间计算方法;最后,通过时域有限差分数值仿真方法模拟全矩阵数据,验证了所提出聚焦方法的正确性;定制L型金属试样进行检测实验,检测结果与实际试样参数一致.研究表明:所提出的动态孔径聚焦方法可实现对L型构件的有效检测.      

基于声发射非线性模型的损伤状态转变的评估

建立了声发射非线性模型来监测和评估16Mn钢试样在拉伸过程中的损伤状态的转变.首先,建立声发射突变模型,判断试样在拉伸过程中从弹性损伤状态转变为屈服损伤状态可能的时间点.然后,根据声发射参数的特点和突变量的变化,建立声发射突变复检模型,从而得到试样在拉伸过程中从弹性损伤状态转变为屈服损伤状态确切的时间点.试验结果表明:应用声发射非线性模型可以快速、预先预测出材料损伤状态的转变.     

水声驻波声管在矢量水听器校准技术中的应用

水声声管在低频水声测量中的应用十分广泛,不仅可以用来校准低频水声换能器,还可以用作水声材料及其构件的声学参数测量。随着矢量水听器研究工作的不断发展,在水声驻波声管中更加大了对质点振速的测量研究。在回顾了矢量水听器校准技术的发展历程和研究现状的基础上,对影响矢量水听器校准技术的因素进行了分析,同时给出了相应的研究成果,包括采用驻波管比较校准方法时,由于标准声压水听器和被测矢量水听器的置放方式引起的灵敏度校准结果高频失真,以及由于矢量水听器悬挂结构影响导致出现的灵敏度校准结果低频失真,并且对矢量水听器技术未来的发展方向进行了展望。     

一种可承受径向和轴向载荷的超声悬浮轴承

基于压电驱动原理和超声波近场悬浮技术,提出了一种可同时承受径向和轴向载荷的超声悬浮轴承方案。此方案只依靠单一激励源即可实现双向支承,结构紧凑,控制简单。为准确预测超声轴承的工作频率和声阻抗,建立了超声轴承的声阻抗网络模型;利用有限元分析(FEA)方法,对超声轴承径向和轴向辐射面的振幅进行了仿真计算;研制了超声悬浮轴承原理样机并开展了轴承悬浮承载能力测试实验。实验结果表明:超声悬浮轴承具有良好的悬浮效果,可承受较大的径向载荷和一定的轴向载荷。此类超声轴承的研究可为未来新型轴承结构的研发开拓新的思路。     

太阳风中低频离子静电孤波

本文给出在太阳风超声速流动条件下,离子静电孤波的传播特性,结果与Helios1,2卫星观测的静电离子噪声做了比较。离子声波扰动的非线性发展使太阳风等离子体呈规则的小尺度起伏,离子声波在马赫锥外传播,因此理论预言密度起伏不沿着太阳风速度方向,而是在横向方向.      

超声振动载荷下S06钢的长寿命疲劳性能

采用超声疲劳试验方法对新型沉淀硬化马氏体不锈钢S06钢在106~109周次范围的疲劳性能进行测定,结果表明:S06钢在循环周次大于107周次的范围仍然发生疲劳断裂,在106~109之间,应力寿命曲线持续下降,不存在疲劳极限,用107周次的条件疲劳极限来对S06钢长寿命构件进行无限寿命设计是不安全的.用载荷类型相同并且试样尺寸相近的高频疲劳试验方法对S06钢104~107周次的疲劳性能进行测定,将数据与超声疲劳试验结果进行对比发现:超声疲劳试验方法获得的S06钢的疲劳强度更高.用两种加载频率下106~107周次左右的试验数据拟合得到中值应力寿命曲线,根据应力寿命关系式中的疲劳强度系数的比值来对超声疲劳试验数据进行修正.在考虑了裂纹萌生机制和进行了频率影响修正的情况下,用线性异方差回归方法将超声疲劳试验数据拟合得到S06钢的长寿命P-S-N曲线,为长寿命构件的疲劳设计提供了基础.     

超声电喷推进机理研究

超声电喷推进是一种新型的电推进技术,主要用于解决胶体推力器等电推力器发射点集成困难、发射点数密度低的问题。通过将超声振动产生的大量微细驻波作为发射源,超声电喷推进将从根本上提高发射点的数目和密度,形成较大的推力密度。文章对超声电喷推进的发射机理进行了研究,得到相应的理论发射模型。通过对发射表面上微细驻波的形成过程、带电液滴的分离过程进行理论分析,建立了静电场条件下微细驻波波峰临界状态的平衡方程,推导出微细驻波波峰局部半径以及发射液滴尺寸的理论解,并提出了发射电流、比冲和推力的估算方程。在此基础上,分析了极间电场强度、超声振动频率、超声振动功率、推进剂性能黏度、推进剂表面张力系数和电导率对超声电喷推进性能的影响规律,并进行了试验验证。     

小管径超声波流量计去噪方法

超声波流量计中存在各种噪声,直接影响流量测量的精度。文章首先分析了小管径超声波流量计中噪声的来源,从实时性的角度出发,提出了一种直接对测量时间差进行去噪的方法,避免了对原始超声波信号进行采样、分析带来的实时性差的问题。针对随机噪声和声学噪声引起的时间差数据中的误差,以硬阈值小波滤波作为第一级滤波、中值加均值滤波为第二级滤波进行处理。通过流量测量实验,验证了去噪方法的有效性,结果表明,去噪后流量计的瞬时测量误差小于1%。