开放环境下钛合金激光熔覆的表面色差模型研究

目的选择合适的工艺参数范围,在开放环境下获得性能良好的钛合金激光熔覆层。方法以氧含量衡量熔覆层的氧化程度,研究不同表面色差值下的氧含量的变化规律。以激光功率、扫描速度、送粉速率和气体流量为控制变量,利用分光测色仪检测熔覆层表面色差并以之来量化熔覆层表面颜色,以表面色差作为响应指标,基于响应面法建立熔覆层表面色差与熔覆工艺参数之间的数学模型。结果随着色差值的增加,熔覆层中的氧含量增加。激光功率对色差的影响要大于扫描速度,激光功率越大,色差值越大;低激光功率和高送粉速率可获得较小的色差值;扫描速度和送粉速率的交互作用对色差的影响较小;气体流量的变化对色差的影响较为显著,为了获得较小的色差,可增大气体流量。根据表面色差模型,当激光功率为950~1090W,扫描速度为5~7mm/s,送粉速率为1.15~1.65g/min,气体流量为24~32L/min进行工艺参数组合时,可获得满足熔覆条件的表面色差值。结论可用色差来表征熔覆层表面颜色,极限表面色差值为5.09,并得到了合适的激光熔覆工艺窗口。通过试验验证了模型所得预测值与实测值相吻合,证明了本文研究方法的有效性。

基于图像识别的智能药箱设计与优化

针对当前国内老龄化问题加重,老年人无法按时按需服用药品的问题,设计了一种新型智能药箱。药箱整体采用模块化结构设计,可通过触摸屏设定落药时间、药品种类和数目。设计了手机端APP,提前设定老人服药种类、数量和时间,通过传感器检测药品数量是否满足要求,老人是否按时取药。针对药品质量问题,对智能药箱进行优化,设计了一种基于图像识别的药品质量监测装置,引入一种四元数与自组织神经网络结合的图像边缘检测方法对药品图像进行边缘提取对比,实现药品质量监测。实验表明,智能药箱内部结构合理,落药顺畅,药品质量监测稳定,准确率可达到100%,保障了老人服药的时效性与安全性。

海洋工程装备材料E690高强钢腐蚀疲劳裂纹扩展实验研究

以海洋工程装备材料E690高强钢为研究对象,进行了不同环境下腐蚀疲劳裂纹扩展试验,利用扫描电镜观察了断口的形貌特征,并根据实验结果计算了该钢腐蚀环境中的裂纹扩展参数,分析了腐蚀因素对疲劳裂纹扩展的影响。结果表明:空气及盐水中的材料裂纹扩展速率随应力强度因子范围的增加而不断增大。在裂纹扩展的初始阶段,盐水环境中裂纹扩展速率是空气中的3倍;而在其裂纹扩展的中后期,盐水环境与空气环境中的裂纹扩展速率相近。

冲击波动态传播特性对激光喷丸残余应力场的影响

以TC4钛合金为研究对象,基于Johnson-Cook本构模型,分析了高应变率效应对激光喷丸过程中塑性波波速的影响。通过三维有限元方法模拟了不同作用参数激光喷丸诱导冲击波的传播过程,探讨了多次激光喷丸作用后残余压应力饱和现象的产生机理及利用该效应获得均匀表面残余压应力的方法。结果表明:高应变率效应对激光喷丸作用过程中塑性波速度有显著影响,塑性波的速度与所产生的塑性应变呈反比关系。功率密度越大,初始产生的塑性应变越大,塑性波速度越小,冲击波能量衰减越快,冲击波压力幅值降低越快;相同激光喷丸功率密度,随着作用次数的增加,产生的塑性应变逐渐减小,塑性波速度增大,冲击波压力衰减变缓,使激光喷丸诱导的残余压应力逐渐增大;作用次数达到3~4次时,衰减过程基本相似,诱导的残余压应力增幅不大,作用效果基本达到饱和。利用多次激光喷丸作用产生的饱和效应,当激光光斑搭接率超过50%时,即可使搭接区域作用次数达到3次及以上,使激光喷丸作用效果达到饱和,可获得均匀的表面残余压应力。

基于腐蚀疲劳裂纹扩展的自升式海洋平台桩腿时变可靠性研究

文章研究了腐蚀与疲劳载荷耦合作用下自升式平台桩腿服役可靠性问题。采用ANSYS对自升式海洋平台桩腿结构进行建模,根据平台服役海域的波浪散布图对桩腿结构的工况进行划分,确定浪溅区桩腿结构的疲劳关键节点及其等效应力。以桩腿材料E690高强度钢为对象,进行腐蚀疲劳裂纹扩展试验,获得了不同环境下的疲劳裂纹扩展参数。提出了基于断裂力学的浪溅区桩腿关键节点的时变可靠性模型,与采用现有腐蚀模型的桩腿时变可靠性指标进行了对比,结果表明,文章所提出的方法能有效地反映平台桩腿服役期间关键节点的时变可靠性变化趋势,为平台在服役期间的安全运行与维护保养提供了理论指导。

模拟浪溅区波浪冲击动态应变检测装置设计

为研究工程结构材料的动态力学性能和失效机理,提出一种模拟浪溅区波浪冲击动态力学性能检测的新方法,并针对该方法设计一种实现波浪冲击动态应变检测的自动化装置。以690 MPa高强钢试件为对象,使用该装置检测其在不同浪速、不同作用时间和不同冲击方向的波浪冲击作用下的动态应变,实验结果符合理论分析,证明该装置准确可靠,为研究波浪冲击动态应变作用机理提供一种新的实验方法。

面向腐蚀环境的自升式海洋平台桩腿时变可靠性研究

以某公司300ft自升式海洋平台桩腿为研究对象,根据平台的工作环境,采用Airy波理论和PM双参数谱计算平台桩腿不同工况下所受的波浪力谱,通过ANSYS有限元软件对平台进行三维建模,分析其在波浪力下的应力响应。同时考虑到腐蚀对于桩腿可靠性的影响,提出并建立在环境载荷与腐蚀耦合作用下的桩腿时变可靠性模型,根据应力响应分析结果,分析桩腿腐蚀最严重区域构件的时变可靠性变化规律,为平台桩腿在服役期间的维护与保养提供一定参考。

自升式海洋平台桩腿结构风暴自存工况力学性能的研究

以某公司生产的125.3 m自升式海洋平台桩腿为具体研究对象,采用有限元分析软件ANSYS建立了三维模型,分析了其在风暴自存工况下的应力响应,对该工况下的桩腿危险节点强度进行了校核;为研究海洋平台桩腿材料的动态力学性能和失效机制,提出了一种模拟浪溅区波浪冲击动态力学性能检测的新方法,并设计了一种实现波浪冲击动态应变检测的自动化装置,采用该装置对E690海洋平台用钢在极端冲击载荷作用下的动态应变过程进行了采集,分析了该材料的动态力学性能,验证了该材料能够满足极限工况的使用要求。

自升式风电安装船升降系统动力学仿真

海工升降系统是海上石油开采平台、自升自航式工程船等大型海工装备的关键模块,是以液压控制系统驱动桩腿、平台运动的综合复杂系统,涉及运动学、多体系统学、液压控制等。为研究升降系统特性,基于某型风电安装船机械结构和运动特性,建立双动环梁液压插销式升降系统模型,并运用Adams软件对升降系统的载荷特性进行动力学仿真分析。仿真结果表明,双动环梁升降装置提升桩腿运动轨迹曲线变化平稳、稳定性相对较好,但是支撑状态下,对桩腿和环梁的载荷分配有较大影响。通过对运动学和动力学研究,可以为平台控制提供理论依据。

激光冲击强化对TC4钛合金表面TiN涂层界面结合性能的影响

目的 提高TC4钛合金与TiN涂层的结合强度。方法 通过实验研究的方法探索激光冲击强化对TC4钛合金表面TiN涂层界面结合性能的影响。首先,采用不同激光冲击参数(光斑搭接率、功率密度)对其表面进行前处理。利用Wyko NT 1100型非接触式光学轮廓仪(NCOP)测量TC4钛合金试样的表面几何形貌和粗糙度。利用X350A型X射线残余应力测定仪测量TC4钛合金表面残余应力。利用HXD-1000TMSC/LCD型显微硬度计测量冲击表面的显微硬度。其次,采用离子镀膜技术在激光冲击区域制备TiN薄膜,并利用WS-2005型涂层附着力自动划痕仪测试TiN涂层与TC4钛合金的界面结合力,分析激光冲击前处理对TiN涂层界面结合性能的影响。最后,通过摩擦磨损试验验证激光冲击强化前处理改善涂层界面结合性能的有效性。结果 在动态加载载荷为50 N、加载速率为50 N/min、划痕长度为4 mm的测试条件下,未经激光冲击处理的TiN涂层与基体的结合力为28.9 N,经激光冲击前处理后A1—A5试样的结合力分别提升至32.3、33.2、34.9、36.8、39.6 N,前处理对界面结合力的提升幅度分别为11.76%、14.88%、20.76%、27.34%、37.02%。在试验负载为7.5 N、往复行程为5 mm、往复频率为2 Hz、测试时间为25 min的干摩擦条件下,A1—A5试样的磨损率分别降至3.79×10^(-5)、9.8×10^(-6)、8.82×10^(-6)、4.32×10^(-6)、1.24×10^(-6)mm^(3)/(N·m)。结论 激光冲击强化前处理可以有效提高TiN涂层的界面结合力,提高涂层的耐磨损性能。激光参数中光斑搭接率对涂层界面性能的影响最显著,50%的搭接率可使激光强化效果均匀,在50%搭接率、6.43 GW/cm^(2)功率密度的激光参数作用下可以获得最优的界面结合性能和耐磨效果。

光流引导下机器人抓取目标物角点动态匹配

针对目标物位姿在线估计中的特征点动态匹配问题,以木块作为实验对象,提出了一种光流引导的目标物角点动态匹配方法。使用Yolov2-tiny进行目标物识别,完成目标物定位与分类。在提取区域内完成Shi-Tomasi角点检测,采用LK(Lucas-Kanade)光流对角点跟踪的方法实现角点在相邻两帧图像中的初始匹配,针对光流跟踪中特征点的偏移问题,对跟踪点为中心的11×11邻域进行角点再提纯。实验证明该算法能在视频序列中对目标物角点实时动态地匹配,且角点匹配结果比SIFT和Harris-SIFT方法准确度更高,实时性更好。

局部微通道对NACA翼型空化的抑制

为了探索主动抑制空化方法,降低空化对近壁面空蚀,减少空化诱导的结构振动,在NACA0012翼型易发生空化区域设计了局部微通道,并对微通道尺寸的大小、位置对翼型空化的影响进行了研究。研究结论表明:含有局部微通道的翼型可以有效抑制空化的产生和发展,降低空化发生的规模;微通道的孔径与抑制空化的范围成正比,开孔会明显影响翼型开孔侧的压力分布。综合对比发现0.05c处采用直径为6 mm的微通道对空化的抑制效果最为显著,同时该翼型的湍动能与原翼型相比没有变化。这种抑制空化方法与策略,对其他类型流体机械的抑制空化具有很好的参考价值。

“液压与气压传动”课程的线上教学研究

随着互联网技术及信息技术的迅速发展及应用,线上教学已成为高校教育的“常态化”教学的组成部分。本文以“液压与气压传动”作为教学案例,介绍了线上教学模式在该课程中的探索与实践,包括教学目标设计、在线教学设计及实施、教学考核方式等内容,最后分析和反思了线上教学的实施效果。

一种位置和图像相切换的视觉伺服仿真分析

视觉伺服抓取通常将相机采集的当前图像特征与期望图像特征之间的偏差作为输入信号,通过图像处理、视觉伺服策略等使机械手能够运动到期望位姿。传统的基于位置或基于图像的视觉伺服存在各自的缺点,这里在视觉伺服控制方面,结合位置视觉伺服收敛速度快以及图像视觉伺服精度高的优点,研究了基于位置和基于图像的切换视觉伺服方法。以机械手坐标系原点与期望位姿坐标系原点在世界坐标系下的距离作为视觉伺服切换的阈值,通过对切换视觉伺服方法的仿真分析,验证了该方法在前半程可以快速达到物体附近,后半程利用图像伺服可以使机械手精确到达期望位置。

TiN和TiAlN涂层改善E690钢摩擦磨损性能的研究

采用等离子增强磁控溅射(PEMS)技术在海工用钢E690表面沉积Ti N与Ti Al N涂层。采用划痕仪测量膜基结合力、X射线衍射仪(XRD)分析薄膜物相、摩擦磨损试验机测量摩擦系数、SEM观察磨痕形貌。结果表明:涂层Ti N具有强烈(111)择优取向,Ti Al N择优取向为(200)。Ti N、Ti Al N涂层的平均结合力为35.3、32.9 N;Ti N、Ti Al N涂层后E690钢的摩擦系数分别为0.19、0.11,与E690钢基体相比分别降低了29.6%、59.3%。E690钢试样的磨损机制主要为黏着磨损,涂层后以疲劳磨损为主。涂层后的E690钢具有更好的减摩性、耐磨性,其中沉积Ti Al N涂层的抗磨减摩效果更好。

制砖机械的自动化研究

针对市场上重型推杆切坯机换钢丝速率低、切割效率低等缺点,设计出一种切坯机自动换钢丝装置。介绍了淤泥制砖切坯机自动换钢丝装置的工作原理,利用CAD和Pro/E对其进行总体结构设计,计算校核各零部件规格、材料、尺寸和安装位置,包括细长轴、绕丝轮、气液增压缸及电机等零部件的选取,设计了最佳控制方案,基于PLC编制出梯形图程序,采购所需器件并对实体样机进行组装。该样机已进入样机制造及安装调试阶段,并将在某砖瓦厂试生产验证。

深冷处理次数对E690钢磨损性能与耐腐蚀性能的影响

研究深冷处理次数对海工用钢E690磨损性能与耐腐蚀性能的影响,对E690钢进行-190℃总时长为6 h的单次深冷和多次循环深冷。采用光学显微镜对试样进行金相组织观察,采用摩擦磨损试验机测量摩擦系数,采用失重法比较不同试样的磨损性能,采用SEM观察磨痕表面形貌,采用电化学工作站测定极化曲线。结果表明,深冷处理后,E690钢相对磨损率最多下降11.4%,自腐蚀电位从-0.57 V最大升至-0.43 V,深冷处理促使了试样中显微组织转变为马氏体和贝氏体,细小碳化物析出且弥散于基体中,从而提高E690钢性能。3次循环深冷后试样各项性能达到最优,4次循环深冷后各项性能变化不大,其中耐腐蚀性略降低。

TC4钛合金激光冲击强化塑性变形流动规律研究

以TC4钛合金为研究对象,采用数值模拟与试验相结合的方式,研究了激光冲击TC4钛合金表面金属塑性变形和体积流动规律,分析了塑性变形驱动金属表层体积流动、应力重构、晶粒细化的机制。研究结果表明:激光冲击塑性变形使得光斑中心区域材料向着边缘及材料内部流动。整体塑性变形体积数值计算结果显示:当功率密度为1.58、2.25、3.02 GW/cm^(2)时,表面凹坑体积大致等于内部正向变形体积与表面环状凸起体积之和,在无相变体积改变的情况下,试件整体塑性变形符合体积不变定律;不同激光功率密度作用下的表面残余应力分布与表面塑性变形分布规律大致相同,存在对应关系;表面凹坑变形、环状凸起变形、内部凸起变形各区域粒径尺寸分别为99、108、136 nm,晶粒细化程度在表面凹坑区、环状凸起变形区域、内部正向变形区域依次递减。此外,光斑边缘出现的微凸起变形在受到搭接激光冲击作用后,再次发生塑性变形,微凸起变形在冲击载荷方向被压回,向着材料内部流动;凹坑表面各光斑边缘处依旧存在较小的微凸起变形。