基于深度学习的自冲铆接偏铆缺陷检测算法研究

自冲铆接技术适合铝钢等异种材料连接,接头性能可靠,在航空工业中有着广阔的应用场景,但目前针对自冲铆接缺陷无损检测的相关研究较少。提出了基于深度学习的自冲铆接偏铆缺陷检测算法,首先通过剪切力学性能试验得出偏铆自冲铆接件相较于正常铆接件力学性能下降了5.6%;然后通过自冲铆接偏铆件外部形貌特征将偏铆程度由外部特征定义在0~10的区间;最后探究了单步检测同双步检测间的检测效果差异,提出了YOLOv5s(You Only Look Once v5s)加ResNet18的检测方案,并通过Grad-CAM(Gradient-Weighted Class Activation Mapping)对不同检测方案的效果差异进行了可视化的解释。测试表明,提出的YOLOv5s加ResNet18的检测方案在所采集的数据测试集中可以达到100%正确率,高于仅用YOLOv5s取得的95.18%正确率,远高于仅用ResNet18取得的84.1%正确率。

面向航空发动机油路密封管件的高鲁棒性视觉定位算法研究

航空航天行业零部件种类繁多、定制化程度高,难以进行定位夹具的开发。视觉定位技术是智能制造中的关键一环,该技术基于机器视觉确定工件位置,不需要定位夹具,能够被广泛运用于各种工况。但现有视觉定位算法只适用于少数种类的零件,泛用性不高。本文提出了一种基于YOLOv5s目标检测网络和Siamese孪生网络的新型视觉定位算法(YOLO–Siamese变化检测网络)。网络引入ConvDiff(卷积差分)模块来提升变化检测网络的特征提取效果,并采用半监督学习方法对模型进行训练。试验表明,在没有使用目标工件数据集的条件下,算法在验证集上的AP@0.5达到了99.3%,AP@0.5:0.95达到了89.6%,单帧推理时间为16.13 ms。该算法无需目标工件数据、定位精度高、运算速度快,提高了视觉定位算法的鲁棒性和泛用性。

Φ6 mm-2A10铝合金棒材电磁镦粗变形机理数值仿真研究

目的针对块体材料在高应变速率成形过程中应力、应变结果等很难获得的情况,通过数值模拟方法揭示其变形机理。方法将电磁成形技术和镦粗工艺相结合,建立电磁镦粗电磁场-力场数值耦合模型,同时进行相应的工艺试验,通过对比仿真和试验得到的鼓形特征验证模型的准确性,利用数值模型获得电磁镦粗的加载特性,分析电磁镦粗试样内部的应力和应变状态。结果电磁镦粗试样的数值模拟结果与试验结果的最大径向相对误差为5.1%,平均径向相对误差为2.84%;驱动片上磁压力的峰值在时间上大致位于第1个周期的1/4处,在空间上大致位于驱动片半径的5/8处;冲头的最大冲击速度达13.9 m/s,在该冲击速度下电磁镦粗试样内部的应变速率达7700 s^(-1);电磁镦粗试样内部的金属塑性流动不均、不同区域的应力状态差异和绝热温升所导致的应力-应变分布与常规镦粗的类似。结论证明了所建立的电磁镦粗电磁场-力场数值耦合模型的准确性和电磁镦粗工艺的可行性。

大直径钢铆钉电磁铆接工艺及性能试验研究

电磁铆接技术可以有效地使大直径铆钉一次成形,快速生产高质量铆接接头,在航空航天工业中有广阔的应用场景,但目前针对大直径钢铆钉电磁铆接接头的相关研究较少。本文通过搭建大直径铆钉电磁铆接平台,对直径10 mm的钢铆钉进行工艺试验。试验结果表明,铆接后的镦头直径均随着放电能量增大而增大,镦头高度均随着放电能量增大而减小。在相同放电能量下,预制孔直径越大,镦头高度越低且直径越大。此外,大直径钢铆钉电磁铆接接头的干涉量随着放电能量的增大逐渐增大。预制孔直径10.1 mm铆接接头的干涉量始终要大于预制孔直径10.3 mm铆接接头。与此同时,由于预制孔直径为10.3 mm铆接接头在铆接过程中容易歪斜,此值不宜作为优选工艺参数。另外,综合放电能量区间参数,得到了大直径钢铆钉电磁铆接最佳工艺参数:预制孔直径10.1 mm、放电能量15.5 kJ。最后,对大直径铆钉电磁铆接接头及传统液压铆接接头的干涉量和机械性能进行了对比。结果表明,对于最佳工艺参数制备的大直径钢铆钉电磁铆接接头,其干涉量为2.15%,较液压铆接接头的干涉量1.75%数值更大,也更均匀,其最大剪切载荷及吸能值高于液压铆接接头。

铝/镁合金轴叉磁脉冲压接/胶接复合连接工艺与接头性能

面向汽车传动轴中轻量化材料的使用与连接需求,提出了一种6061-T6铝合金和AZ31B镁合金轴叉的磁脉冲压接/胶接复合连接工艺。通过改变放电次数、槽倾角和放电能量等工艺参数,对比分析了不同工艺下胶接接头、磁脉冲压接接头和磁脉冲压接/胶接复合连接接头力学性能的变化规律,并通过显微观测探究了不同试验参数对铝/镁合金接头性能的影响和机理。通过中性盐雾腐蚀试验观察了接头在不同周期下的腐蚀产物和形貌变化。结果表明,磁脉冲压接/胶接复合连接工艺能够实现镁合金和铝合金的高质量连接,放电能量25 kJ、槽倾角90°、放电3次时,接头最大扭矩达到1479.30 N·m;铝合金外管和镁合金槽底面的贴合区域长度随放电次数和槽倾角的增大而增加;胶粘剂的加入有利于降低接头的腐蚀速度。

高强钢板热冲压工艺中的相变模拟

热冲压技术可以有效缓解高强钢板成形件起皱、开裂等缺陷,在汽车行业中得到广泛应用。文章以固态相变原理为依据,将流体动力学引入到热冲压工艺中,建立了热-流-力-相多场耦合平台,分析工艺参数对成形件组织分布的影响。结果表明,空冷后成形件马氏体含量随保压时间、水流速的增加而升高,获得马氏体含量充分的成形件的临界保压时间为13s。成形件组织分布不均,底部马氏体含量最少,法兰马氏体含量最多,试验结果与模拟结果吻合较好。

汽车车身异种金属板件磁脉冲焊接工艺研究

采用磁脉冲焊接技术,实现不锈钢板与铜板和不锈钢板与铝板的固相焊接。通过改变焊件的厚度和板间距等参数,研究其对焊接质量的影响。采用激光共聚焦显微镜、扫描电镜和能谱分析等微观分析方法,对不同样件焊接界面的微观结构和性能进行对比。结果表明,焊件的不同参数的焊接界面微观特征差异较大。随着板件厚度和板间距的增大,焊接界面波形尺寸和过渡区厚度显著增加,焊接质量提高。

汽车零部件热成形极限裕度云图的构建与应用

在热冲压工艺中,热冲压钢板处于高温状态,不同位置温度分布有明显差异,传统方法难以评价冲压件的成形性,考虑温度的三维成形极限图能有效评价热冲压件的成形性能,但无法判断热冲压件的安全裕度。针对上述问题,在考虑温度的三维成形极限图的基础上,首先提出了成形裕度的计算方法;然后结合数值模拟和理论分析手段,构建了适用于评价高强钢板热冲压的安全裕度云图;最后对某汽车B柱热冲压不同工艺过程进行了仿真分析,并与试验进行了对比。结果表明,在不同工艺参数和板料尺寸下,构建的裕度云图均能有效预测高强钢板热冲压件的开裂部位和程度。

AA5182铝合金胶接接头动态剪切性能研究

采用胶接技术对AA5182铝合金进行了连接,并通过准静态与高速剪切测试对轻量化材料AA5182铝合金单搭接胶接接头的准静态剪切性能和高速剪切性能进行了对比与分析。通过光学显微镜对不同剪切速度下的接头失效模式进行了观测与分析,并对被粘接材料的塑性变形量进行了对比。结果表明,对于AA5182铝合金胶接接头,其高速剪切强度高于准静态剪切强度。加载速度对接头失效模式和被粘接材料的塑性变形量也有一定的影响。与准静态剪切试验相比,在高速剪切试验中,由于接头的失效载荷更大,AA5182铝合金胶接接头失效时的位移和铝合金板的伸长量也更大。

5182Al/HC340LA异种金属件磁脉冲焊接数值模拟与试验验证

采用顺序耦合法建立了三维电磁场和变形场的仿真模型。采用Ls-dyna将有限元方法和边界元方法相结合,对5182Al/HC340LA板件磁脉冲焊接过程进行仿真模拟。通过分析仿真模型的电磁场和变形场,发现飞板的感应电流和电磁力出现了双波峰的现象并且感应电流在飞板的搭接区域形成了两个相连的矩形回路。放电能量是磁脉冲焊接过程中一个重要的工艺参数,随着放电能量的增加,飞板的感应电流、电磁力、板件塑性变形、碰撞速度也随之增加。开展不同放电能量下的磁脉冲焊接工艺试验,通过对比飞板的速度和变形量,发现试验结果与数值模拟结果吻合较好,验证了该数值模型的可靠性。

高强钢盒形件热冲压成形组织预测

根据热冲压成形的工艺特点,分析热冲压成形过程中的组织转变过程,并选择了热冲压成形的组织转变模型。利用ABAQUS后处理二次开发,预测高强钢热冲压盒形件中马氏体的体积分数。通过热冲压试验和数值模拟,研究了压边力对热冲压盒形件微观组织的影响规律,并由热冲压盒形件的金相分析进行验证,试验结果与模拟结果基本吻合,证明所选模型对预测热冲压成形件的组织可行,而且有效。

一种预测板材成形回弹的新的自适应无网格法

先进高强钢成形后回弹严重影响成形件形状精度,为准确预测并控制回弹,提出一种新的多尺度无网格自适应分析方法,优化工艺参数,降低回弹提高成形精度。利用无网格形函数多尺度特性将应力、应变分解为高、低尺度分量,采用应力、应变高尺度分量表征应力、应变梯度;采取自适应分析技术在高梯度区加密无网格节点;在准确构建先进高强钢本构关系的基础上建立先进高强钢板材成形自适应无网格数值模型。针对先进高强钢U形弯曲进行无网格数值模拟,数值结果表明,所构建的无网格数值模型可准确预测先进高强钢成形后的回弹,有效提高先进高强钢成形质量。

基于自适应视觉检测的磁脉冲压接管件接头深度智能检测算法研究

磁脉冲压接技术成形速度快、效率高,适合高强钢和铝、碳纤维等轻质材料的连接,在飞机工业中有广泛的应用前景。但目前针对磁脉冲压接管件的在线检测方法较少,不利于该技术实现自动化生产。针对磁脉冲压接管件压接质量的在线检测需求,提出了一种基于改进YOLOv4–Tiny(You only look once v4–Tiny)检测网络和自适应图像处理的视觉检测方法。引入高效通道注意力(ECA)模块对YOLOv4–Tiny检测网络进行改进,基于自适应阈值分割算法和Canny边缘检测算法设计了一种自适应的压接深度提取算法,通过模拟工业生产环境采集了一批磁脉冲压接管件图像并划分为训练集和验证集,最后使用训练数据集对算法进行训练,并在验证集上验证训练得到的检测模型。结果表明,压接区域检测模型交并比阈值取0.5时的平均精确度(AP@0.5)为100%,交并比阈值分别取0.5、0.6、0.7、0.8时的平均精确度(AP@0.5:0.8)为93.14%,单帧运行时间为1.66ms;图像处理边缘提取算法平均偏差为0.85个像素,最大偏差为2.6个像素,单帧运行时间为3.49ms;完整压接深度提取算法平均偏差为0.313个像素,均方偏差为0.115平方像素,平均偏差率为1.35%,单帧运行时间为124.49ms。该算法能够在无辅助定位的条件下准确快速地实现磁脉冲压接工件压接深度提取,部署成本低,鲁棒性高,具有较高的应用价值。

5052铝合金-HC420LA高强钢磁脉冲焊接接头盐雾腐蚀性能

对5052铝合金-HC420LA高强钢的磁脉冲焊接接头进行了盐雾腐蚀试验,揭示了磁脉冲焊接接头的腐蚀机理。研究结果表明,铝-钢磁脉冲焊接接头的力学性能在盐雾腐蚀环境中的退化较为明显,腐蚀首先从焊缝两侧尖端开始,当腐蚀时间达到48h时,焊接接头强度已下降为原来的20%。断口微观分析表明,钢较低的电化学电位加快了腐蚀,接头的腐蚀行为具有自催化作用。

高低温循环试验下磁脉冲焊接接头性能研究

磁脉冲焊接是一种高效的固相焊接工艺,对异种金属材料在汽车轻量化中的运用具有积极意义.通过对5052Al/HC420LA板件磁脉冲焊接接头进行不同条件下的高低温循环试验,对比焊接接头在高低温循环试验前后的力学性能变化,研究了高低温循环冷却方式、循环次数对焊接接头性能的影响.利用扫描电子显微镜(SEM)研究了焊接接头微观形貌特征,分析了高低温循环试验前后焊缝微观界面的特征及其变化.研究表明:不同高低温循环试验条件下5052Al-HC420LA铝-钢磁脉冲焊接接头的连接强度相比于5052铝合金的母材强度下降了5%～25%;冷却速度越快,高低温循环次数越多,接头力学性能下降越明显;接头在高低温循环试验前后出现了母材失效与焊缝失效两种剪切失效模式;水冷冷却的接头比空冷冷却更易产生微观裂纹.

表面处理对车身用5182铝合金接头胶粘性能的影响

本文中采用胶接技术实现了车身用5182铝合金板件的连接,利用不同表面处理改变了板件的表面质量,研究了表面粗糙度、微观表面积等参数对接头界面形貌和力学性能的影响。采用表面自由能测量、拉伸剪切试验和光学显微镜测量等测试分析方法,对不同试验样件润湿性、力学性能和断裂面特征进行了分析。结果表明,使用砂纸打磨可增加铝合金板件的表面粗糙度和粘接面积,加强胶层与板件的机械咬合,提高接头强度。其中,360目砂纸打磨板件对接头强度提升最大,过高或者过低的粗糙度都会降低胶层与板件的有效接触面积,不利于增强胶接接头强度。

Al/Mg异种金属板材电磁脉冲焊接工艺及力学性能研究

目的研究不同工艺参数下铝合金-镁合金磁脉冲焊接接头的微观组织和力学性能。方法利用磁脉冲焊接技术对厚度为1.5 mm的7075铝合金板材和AZ31镁合金板材进行焊接,利用金相显微镜、扫描电子显微镜和万能试验机对焊接接头的微观形貌和力学性能进行测试和分析。结果随着焊接时放电能量的增加,焊接接头的最大拉伸-剪切力呈先增大后减小的趋势,当放电能量为35 kJ时,焊接接头的力学性能最好。通过金相观察结果可知,焊接界面由波形界面和平直界面组成。通过扫描电镜分析可知,无论是波形界面还是平直界面处均发生了不同程度的元素扩散,波形界面处的元素扩散宽度为2μm。结论Al/Mg磁脉冲焊接界面由平直界面和波形界面组成,并且界面处发生了一定程度的元素扩散,波形界面区的元素扩散程度高于平直界面区,这说明磁脉冲焊接的界面是机械结合和冶金结合共同作用的结果。不同工艺参数下的磁脉冲焊接接头具有不同的力学性能,放电能量越大,碰撞速度越大,波形区的长度更长,因而焊接接头力学性能更好,但放电能量超过一定值时,过高的碰撞速度会造成微小裂纹、金属间化合物等缺陷,导致焊接接头的力学性能下降。

碳纤维-铝合金电磁铆接工艺及性能研究

目的研究不同工艺参数下碳纤维-铝合金电磁铆接接头的力学性能。方法利用电磁铆接技术对直径为Ф5 mm的2A10铝合金铆钉、厚度为2.0 mm的T300碳纤维复合材料和1.8 mm的5182铝合金板料进行铆接,借助金相显微镜和万能试验机对接头的微观形貌和力学性能进行观察和测试。结果随着电磁铆接放电能量的增加,铆钉镦头高度逐渐减小,直径逐渐增大。具体地,当放电能量从4.0 kJ增加至5.5 kJ时,H/H_(0)(镦头高度/外伸量)从0.36减小至0.17,而D/D0(镦头直径/铆钉直径)从1.25增长到1.68。通过金相观察结果可知,D/D_(0)=1.4,1.5,1.6这3种类型的铆钉镦头均产生了绝热剪切带,其中下剪切带几乎消失,上剪切带较为明显,并且随着D/D0的增大,绝热剪切带越来越明显。力学性能测试结果表明,随着D/D0增加,碳纤维-铝合金电磁铆接接头的剪切性能随之变强,其中D/D0=1.6接头的最大剪切力达到最大。结论在不同性能指标下,电磁铆接接头的最佳工艺参数有所不同。当考虑接头的微观组织等性能指标时,放电能量5.0 kJ(D/D_(0)=1.5)为最佳工艺参数;当考虑接头的剪切性能等因素时,放电能量5.3 kJ(D/D_(0)=1.6)为最佳工艺参数。

铝合金板材磁脉冲辅助U形弯曲过程回弹数值模拟分析

目的揭示铝合金板材磁脉冲辅助弯曲成形对回弹的影响机理。方法基于两种磁脉冲辅助成形方案,采用数值模拟软件LS-DYNA,建立磁脉冲辅助U形弯曲的有限元模型。结果与准静态成形相比,磁脉冲辅助U形弯曲成形能减小板料圆角区的残余应力,方案Ⅰ板料圆角区等效塑性应变大于方案Ⅱ板料圆角区的等效塑性应变;电磁体积力能有效减小回弹,且放电能量越大,回弹角越小;磁脉冲辅助U形弯曲成形能减小板料的弹性应变能。结论相同放电电压下,方案Ⅰ的回弹控制效果好于方案Ⅱ的回弹控制效果。磁脉冲辅助U形弯曲减小回弹的主要原因是板料圆角区残余应力的减小和弹性应变能的降低。

5182铝合金椭圆孔电磁翻边数值模拟研究

目的研究异形孔电磁翻边成形规律及不同预制孔尺寸对翻边质量的影响。方法基于电磁成形平台实现椭圆孔电磁翻边试验,建立三维电磁成形仿真模型对3种预制孔的翻边过程进行模拟。通过显微硬度值、翻边轮廓、翻边高度及端部厚度等指标分析异形孔电磁翻边规律。结果3种预制孔的翻边高度均表现为从长轴到短轴不断增大,随着预置高度从15 mm降到10 mm,长短轴两处的翻边高度差由2 mm下降至0.75 mm,且翻边零件与模具贴合效果逐渐变好。结论电磁翻边件在长、短轴处的变形存在着明显差异;基于中性层不变原理的预制孔公式,在侧壁与模具贴合良好的案例中低估了电磁翻边高度;变形区域内较为均匀的电磁力密度分布有益于实现与模具良好贴合,同时翻边高度更加均匀。