基于数字图像相关方法的非接触高温热变形测量系统

 为测定高速飞行器材料与结构的高温变形,将基于图像的变形测量的数字图像相关(DIC)方法与基于红外辐射加热装置和闭环控制的瞬态气动热试验模拟系统相结合建立了一套非接触高温热变形测量系统。该系统通过瞬态气动热试验模拟系统中的红外辐射加热装置对被测试样施加快速和精确可控的热载荷,温度加载范围从室温到1 200 ℃。在热加载过程中用数字摄像机记录不同温度下被测试样表面的数字图像,随后用DIC方法对这些记录的数字图像进行分析,从中提取被测试样表面的全场热变形。为验证该高温变形测量系统的性能,测量了铬镍奥氏体不锈钢在20～550 ℃温度范围内的热变形和热膨胀系数(CTE),结果显示该系统可快速方便地对航空航天材料的全场高温热变形进行精确测量。     

基于三维数字图像相关法的管材胀形试验

相较于传统材料性能测试试验,管材液压胀形试验能更准确的复现管材在流体面力作用下的材料流动及硬化规律。针对传统测量方法中存在的破裂冲击及轴向轮廓测量难等现象,利用三维数字图像相关法(3D-DIC)对5A02铝合金管材胀形试验进行测量。建立了管材自由区域的力学模型,给出了自由区域壁厚分布计算的一般方法,获取了5A02铝合金管材的本构方程,并采取有限元方法对上述结果进行对照验证。结果表明,采取幂指数形式的本构方程的最大相对误差小于10%,轮廓最大相对误差误差小于1.5%,壁厚最大相对误差小于2%。最后,通过控制自由区域的长径比获得了5A02管材左侧成形极限曲线(FLC)。     

细观尺度下推进剂/衬层/绝热层界面多角度拉伸过程中的变形测量与分析

为了研究细观尺度下推进剂/衬层/绝热层界面多角度拉伸过程中的变形特点与破坏模式,使用拉压力传感器、三目金相显微镜等设备获取多角度拉伸过程中的应力数据与界面形貌演化图像,采用数字图像相关技术对多角度拉伸过程的图像序列进行处理,获取了细观尺度下界面多角度拉伸过程中的应变场演化情况。实验结果表明,粘接试件在0°拉伸时的抗拉强度最大,90°拉伸时的伸长率最大;随着拉伸角度的增加,应力-应变曲线的加载段和卸载段均逐渐变缓,表面的应变集中区域由衬层/绝热层界面附近,变化为推进剂/衬层界面附近,最后两个界面附近均出现了明显的应变集中现象;45°拉伸时,推进剂与衬层表面应变随拉伸载荷的增加而增加,绝热层的模量高,应变变化幅度小,推进剂表面的平均正应变高于衬层,平均切应变低于衬层。所采用的实验方法可较好地测量界面在多角度拉伸过程中的变形,为发动机粘接结构的完整性分析提供参考。     

夜间成像光测数字图像增强技术研究

分析夜间成像的光测数字图像灰度范围、对比度和信息量等主要特点,为图像增强的策略选择和效果评价提供依据。针对夜间成像光测数字图像灰度范围较窄等特点,提出局部灰度修正的增强方法适当增强图像对比度,又避免细节损失,同时,利用拉普拉斯锐化突出目标轮廓和边缘,并利用人眼对彩色敏感的特点,采用伪彩色增强提高对图像中模糊目标的分辨能力。通过上述3种增强技术,提高了对夜间成像暗图像的目标识别能力,有利于后续判读处理。     

基于数字图像相关的预腐蚀2024-T4铝合金疲劳开裂实验研究

通过三维数字图像相关(3D-DIC)方法研究预腐蚀2024-T4铝合金在三种不同最大应力水平和应力比下的疲劳开裂行为。通过应变场演化直观地显示裂纹萌生和扩展的时空特征,并通过扫描电镜观测关键损伤区域的断裂微观形貌。结果表明:试样边缘的局部腐蚀促进了疲劳裂纹萌生,影响了裂纹的形核位置,并引起材料氢脆现象;疲劳裂纹扩展方向与加载方向呈60°~68°角,表明疲劳裂纹扩展可以用KⅠ/KⅡ混合模式来描述;预腐蚀铝合金疲劳失效存在单裂纹断裂、多裂纹联合、多裂纹竞争和多裂纹平行扩展4种典型的失效模式。     

人体特征识别技术在民航运输中的应用

从电子护照中存放的指纹和数字图像，到设在机场的虹膜扫描器，频繁与人体特征识别技术打交道正在逐步成为航空旅行经验的一部分。尽管在不久以前，这些技术对于大多数普通人，也许似乎更像是一种科幻幻想，但不可否认的是人体特征识别技术的用途近年来迅速地扩展了。     

薄膜反射面结构新型折展方案设计

基于薄膜结构模拟方式的对比分析,选用VUMAT子程序修改了考虑褶皱问题的膜单元的本构关系,解决了膜单元不能承受压应力的问题。采用三维数字图像相关（3D-DIC）方法对聚酰亚胺薄膜材料进行性能测试,试验表明带折痕的薄膜材料的等效模量比无折痕的薄膜材料低15%左右。在考虑折痕弹性模量差异的基础上采用显式计算方法对Miura折纸的展开过程进行了仿真,并基于平面度和最大应力2个指标对不同数量加载点的情况进行了对比,结果表明,加载点数量增多对结构的平面度和最大应力指标均是有利的。最后,基于薄膜结构找形和Miura折纸概念提出一种新的薄膜折叠方案。     

数字图像相关方法测量芳纶纤维复合材料I型裂纹应力强度因子

将数字图像相关方法用于芳纶纤维复合材料单边裂纹在拉伸载荷作用下的断裂问题研究。介绍数字图像相关方法的基本原理,建立数字图像相关方法中位移场与裂纹尖端应力强度因子之间的关系。通过搭建数字图像相关方法光学非接触测量系统,试验表征含单边裂纹芳纶纤维复合材料试验件在拉伸载荷作用下的全场位移。由数字图像相关方法所得位移场提取不同载荷作用下裂纹尖端应力强度因子,并分析最小二乘拟合项数、数字图像相关计算子区域和步长大小对计算结果的影响。结果表明,增加最小二乘拟合项次和合理选择数字图像相关计算子区域和步长大小可以提高应力强度因子计算精度。     

涡轮叶片合金筏化量化表征及寿命退化研究

针对单晶/定向凝固涡轮叶片服役过程中微观组织筏化及其造成的叶片力学性能劣化问题,发展了一种基于旋转割线方法的微结构筏化参数提取方法,并提出筏化状态的量化表征因子。对不同组织筏化和粗化状态的定向凝固高温合金开展高温低周疲劳试验,建立了量化筏化状态和合金疲劳寿命退化的映射关系。结果表明:无论是粗化还是筏化都会造成合金疲劳寿命的大幅劣化,所建立的镍基高温合金筏化量化因子能够有效地表征合金疲劳寿命的衰减。     

基于数字图像相关的复合材料层间剪切力学性能参数测试方法

短梁剪切（short beam shear, SBS）实验结合数字图像相关技术（digital image correlation, DIC）可实现快速识别单向纤维增强树脂基复合材料的多力学性能参数,而且能够获得复合材料单向应力状态下完整的层间剪切应力-应变行为和层间剪切强度,这对建立厚截面复合材料三维应力状态的强度准则至关重要。为研究实验设计对材料层间剪切力学参数识别精度的影响,本研究首次发展了由四台CCD相机组成的两套立体数字图像相关系统,实测SBS实验加载过程中试样前后表面标距区内应变分布情况。结果表明：由于实验夹具工装配合中存在螺纹间隙,工装刚度不足,试样前后表面剪切应变分布不对称,相对偏差可达44%。一方面提出针对试样前后表面剪切应变非对称性分布、材料剪切力学性能参数识别的新方法,通过采用DIC技术和有限元模型修正技术(finite element model updating, FEMU）,将试样前、后表面标距区的实测平均剪切应变和有限元模型相应位置处计算应变数据的方差作为目标函数进行本构参数和偏轴角度的识别,可获得材料完整的非线性剪切本构参数,且识别过程对初始参数不敏感;...