航空制件超声检测中的声场特性分析

 针对航空制件超声检测中影响缺陷定量准确性的声场问题进行了深入讨论, 研究了脉冲波声场的计算方法, 设计了相应的计算软件并绘制出实用换能器声轴线上的声压分布曲线, 分析了不同材料和厚度的采样回波对频谱的影响, 比较了连续波声场和脉冲波声场的分布特性及异同点。研究结果为提高超声检测中缺陷定量的准确性和科学性提供了依据。     

基于超声导波的返回舱热防护结构烧蚀层厚度监测方法

为实时监测航天器返回舱烧蚀层厚度,文章基于超声导波在双层板结构中的传播特性研究发现导波波速与烧蚀层厚度相关,故提出依据导波波速变化对结构烧蚀层厚度损失进行表征的方法,以及根据导波频散曲线和厚度敏感曲线选择适当的监测模态和频率的方法,可以实现烧蚀层厚度的高效率、高精度实时在线监测。有限元仿真和实验结果均验证了该烧蚀层厚度监测方法的有效性。     

一种新型微型杆式超声电机及其驱动原理

提出了一种新型微型杆式超声电机,并对该杆式电机的驱动机理进行了仿真。该电机采用两段金属柱体压紧5片压电陶瓷片作为定子。该定子结构和压电陶瓷片的布局方式可以提高其机电转换效率。为尽量减小定、转子之间的径向滑移以提高摩擦传动效率,电机采用了柔性转子,对原理样机及其微型驱动器进行了性能实验。电机的外径为9mm,长度为15mm,重3.2g。当电机工作在杆式定子的一阶弯曲频率(72kHz)附近时,电机实测最大转速为520r/min,最大输出力矩为4.5mN·m。实验结果表明,该电机具有良好的稳定性,利用频率自动跟踪技术对电机转速进行闭环控制,可以将其转速波动稳定在3%之内。     

齿轮钢淬硬表面超声振动辅助磨削试验研究

为解决齿轮钢淬硬表面在传统磨削中加工效率低、表面完整性差的难题,引入超声振动辅助磨削加工技术。开展了淬硬齿轮钢AISI 9310和轴承钢GCr15切向超声振动辅助平面磨削加工对比试验,通过分析磨削力和磨削表面质量,对齿轮钢淬硬表面超声振动辅助磨削加工工艺进行研究。结果表明,超声振动辅助磨削能有效降低磨削力和比磨削能,随着材料去除率的增大,超声磨削力比更加稳定,有利于提高加工效率。利用本次试验数据建立的经验公式可以有效预测白刚玉砂轮磨削AISI 9310与GCr15淬硬表面时的法向磨削力大小,误差在10%以内。当磨削速度、工件进给速度和磨削深度分别为15 m/s、8 m/min和15μm时,相比于传统磨削,超声振动辅助磨削中AISI9310与GCr15的表面粗糙度分别降低了9.47%和7.39%,并减少了加工表面缺陷,有利于提高工件表面完整性。     

基于鲁棒性参数设计法的多超声电机驱动机器人的控制

由于超声电机复杂的能量转换机制和参数受温度和工作环境影响的非线性变化,使得很难对超声电机进行数学描述。为了使超声电机驱动的多关节机器人有较好的表现性能,根据超声电机的运动特点,提出了一种新颖的速度——位置双闭环反馈控制方式。鉴于该控制方式需要调节的控制参数有18个,为了获得一组具有鲁棒性的控制参数,选用了鲁棒性参数设计法。实践结果表明,所提出的控制方式能够获得机器人的良好运行性能,鲁棒性参数设计对超声电机而言是有效而方便的。     

镀钴碳纳米管/环氧树脂基复合材料的制备及其微波吸收特性研究

采用化学镀法制备了表面镀钴的多壁碳纳米管，并将其均匀分散在环氧树脂基体中固化成膜，形成镀钴碳纳米管／环氧树脂基复合材料。采用透射电镜、X射线衍射及振动样品磁强计等对镀钴碳纳米管的形貌、微结构与磁性能进行了表征，还采用数字化网络分析仪对该复合材料在0．5～40GHz频段内的微波吸收特性进行了研究。结果表明：在相同的碳管质量分数(1％)和吸波介质层厚度(2．0mm)等条件下，与纯碳纳米管相比，表面镀钴碳纳米管的吸收峰往高频方向移动，吸收强度略有增加，但吸收频带并没有宽化趋势。     

金属构件疲劳微裂纹非线性超声检测

通过对固体非线性超声传播模型的研究,分析了裂纹静态压力与超声波作用力对裂纹超声非线性响应的影响,建立了反映裂纹区应力-应变非线性关系的弹性接触机制超声非线性响应模型以及反映裂纹闭合状态转换的碰撞接触机制超声非线性响应模型。通过实验研究发现,裂纹尖端区的二次谐波激发效率与裂纹的开口区和闭合区及裂纹最终扩展的极限长度有关。因此,可使用二次谐波激发效率作为定量表征金属试件疲劳微裂纹缺陷的特征参数,实验中使用了自主研制倍频双晶复合换能器,这种倍频双晶复合换能器在工程实际应用中更为方便、实用。     

复合材料结构健康主动监测中激励信号的优化

利用L am b波频散方程及其数值求解得到的频散曲线,对L am b波模式及激励信号中心频率范围进行预测。建立了试验测试系统,利用集成在复合材料层合板上的PZT压电陶瓷片作为驱动器和传感器,激励并接收结构中激发的L am b波信号。对具有不同函数形式、中心频率和波峰数的信号激励,结构中传播的L am b波模式进行试验研究,为激励信号的选择与优化提供依据。利用H ilbert-Huang变换及H ilbert谱提取传感器信号特征,提出了L am b波信号在结构中传播时的能量衰减率和损伤敏感度两个考察指标,并据此对激励信号进行优化。实验结果表明,优化后的激励信号在结构中能激发出单一模式的L am b波(S0模式),有效地抑制了多模式现象的出现。同时,激发出的L am b波具有最低的能量衰减和最高的损伤灵敏度,响应信号特征明显,便于损伤识别。     

一种新型旋转超声复合磨削头的研制

在分析传统超声波加工和超声波加工机床局限性的基础上,研制了一种新型的旋转超声复合磨削头,它可以安装在普通机床上,适用于硬脆材料及复合材料的加工。     

宽裕度超声叶型气动优化设计

通过与德国航天局设计的超声预压缩叶型PAV-1.5试验数据比对,确定高精度超声叶栅流场计算方法,研究表明:根据激波位置分段调整流管厚度可提高计算与试验结果的一致性。为提高超声叶栅稳定工作裕度并保证设计点性能,建立根据目标裕度估算喘点反压方法和优化设计方法。对两个超声叶型进行多目标优化,优化结果表明:优化叶栅可减小设计工况槽道激波入射角、减小激波及激波附面层干扰损失;气动喉道前移、结尾正激波后移,提高叶栅耐反压能力。两个优化叶型在保持总静压比不变的前提下,稳定裕度均达到设计目标,设计点损失也有所下降。