基于THz-TDS的陶瓷纤维复合材料缺陷检测分析

新型陶瓷纤维复合材料由短切氧化硅纤维及其胶合物经高温烧结得到的一种轻质多孔材料,材料微观结构特性直接影响着宏观结构特性和功能特性。该类材料的孔隙度分布在84%~95%之间,微观孔径主要集中在100μm范围内,偶尔有少量纳米孔。陶瓷纤维复合材料以其耐高温、低密度、高比强和抗烧蚀等优异性能在超高声速飞行器外层隔热部件得到应用,但该类材料可能因为制作和装配的工艺水平等因素出现夹杂、孔洞甚至大面积脱粘等现象。由于陶瓷纤维复合材料结构与应用场景的特殊性使得常规的无损检测手段效果不佳,而太赫兹(THz)技术作为一种新兴的无损检测技术,在该类材料的无损检测具有很大的潜力,可与常规检测技术形成互补。针对陶瓷纤维复合材料构件粘接层缺陷检测问题,研究了太赫兹时域信号和太赫兹层析成像方式对缺陷定位方法。基于太赫兹时域光谱(THz-TDS)无损检测技术获取和对比试样中有粘接层缺陷和粘接层完好位置的时域波形的波形峰值和相位差异,并经过反卷积滤波技术对时域波形进行处理,定性分析时域波形与粘接层缺陷特性的关系,宏观判断缺陷存在;通过对太赫兹波段陶瓷纤维复合材料光学参数提取测定太赫兹波段的平均折射率为1.028,进而分析粘接层缺陷的深度和厚度分别为18.4和0.28mm,与预置缺陷真实深度和厚度相比准确度分别为92%和90%。但由于通过时域信号提取的平均折射率会给粘接层缺陷位置分析造成误差,因此以太赫兹层析成像方式进一步估计缺陷的位置,分析了太赫兹层析成像噪声来源以及对成像质量的影响并采用了双边滤波对层析成像降噪滤波,基于太赫兹层析成像技术建立了位置评估模型,获取了粘接层缺陷的厚度为0.26mm,较预置缺陷厚度的准确度为96%,有效地完善了太赫兹检测技术对缺陷定位的形式,实现了陶瓷纤维复合材料构件的粘接层缺陷的高精度定位表征。

基于超声检测的构件层间粘接缺陷识别方法

超声无损检测广泛用于检测界面粘接缺陷,然而粘接缺陷类型的识别一直是检测的难点。因此提出了一种基于多特征融合和主成分分析提取界面粘接状况回波信号特征的方法。首先通过对缺陷信号回波进行消噪处理,提取了缺陷信号时域和时频域的特征参数,并构成联合特征向量。随后,经过主成分分析消除联合特征向量的冗余信息并降低特征向量之间的相关性,实现降维,选取累计贡献率超过95%的主成分作为粘接类型的融合特征向量。最后用BP神经网络实现缺陷类型识别分类。实验结果表明,这种方法可以有效地识别出粘接缺陷类型,识别率优于单独时频域特征提取方法,为粘接缺陷的分类识别和无损评价提供了技术参考。

基于偏远地区小型风力机电磁制动装置的研究

由于偏远地区自然天气情况比较恶劣,风力发电机的制动装置尤为重要,提出了电磁制动功率控制装置在小型离网式风力发电机的应用。介绍了电磁制动装置的基本工作原理,根据5 k W小型风力发电机的结构尺寸和工作特性,设计了与其匹配的电磁制装置三维模型,根据内蒙古蓝旗的风资源概况对制动装置的安全性和经济性进行分析。

典型丘陵地形下风资源分布特征的研究

为了探究典型丘陵不同高宽比下迎风坡的风资源分布特征,采用势流叠加理论与源板块法相结合,建立典型丘陵山地风场数学模型,利用MATLAB对典型丘陵地形下风场内的风资源特征进行仿真计算,分析3种不同坡度地形条件下位于迎风坡6个典型参考点在不同相对地面高度处水平方向风加速因子和垂直方向相对风速的变化规律;采用CFD软件分析各个参考点的湍流强度随相对地面高度的变化规律,确定合适的风机安装高度和位置。研究结果表明:丘陵地形高宽比在0.25~0.5时,随着高宽比的增加迎风坡上的风加速效应主要集中在垂直速度方向;TI值和强湍流区的变化趋势与地形的高宽比成正比。

基于面源法防沙堤流场结构优化设计仿真

由于防沙堤的结构特性进而使得防沙堤迎风坡流场特征的的不同,导致防沙堤的防沙效果不同,为了优化设计防沙堤的结构特征即取得最好的防沙效果,首先应对不同结构类型的防沙堤迎风坡流场分布特征进行分析。采用机理建模方法,以经典流体力学势流叠加理论和面源法相结合建立防沙堤绕流数学模型,分析了不同结构类型防沙堤特殊参考点处水平风加速比、速垂直相对风速和风压值的变化特征。结果表明:梯形截面形成的低风速区面积最大并且迎风坡的水平风速值最小,余弦形截面迎风坡垂直风速值较大,三角形截面迎风坡风压分布较大;横截面为余弦形随着防沙堤高宽比的增加低风速区域面积减小,水平风速值增加,垂直风速减小,风压值减小。数值仿真结果为防沙堤结构特征的优化设计设计提供了一定的参考和依据。

基于CFD可调式微滴头流场特性分析

为了提高中国北方干旱缺水地区灌溉效率,设计一种机械可调式微滴头.为了探究不同工况下微滴头内部流场分布特性,采用CFD方法并选择标准k-ε模型对滴头内部流场进行仿真计算,分析了装配长度分别为1.5,3.0,4.5 mm,入口边界条件分别为10,30,50 kPa的滴头内部流场分布特性和滴头出入口流体物理参数变化特征.研究结果表明:随着装配长度的增加,微滴头内部消能室的空间体积逐渐减小,“死流区”空间比例逐渐减小,滴头内部杂质积累率降低;随着入口压力值的增大,流道内部流速值也不断增大,出口流体活跃性也逐渐增强.

基于自适应模拟退火遗传算法的风力机翼型优化设计

遗传算法与模拟退火算法作为目前两种主要的全局寻优算法,在全局搜索与局部搜索方面有着各自的优缺点。文章结合遗传算法与模拟退火算法,在已有自适应模拟退火遗传算法的基础上,针对风力机翼型优化设计做出改进,提出一种邻域随机拓展机制,在模拟退火环节加入该机制,形成改进的自适应模拟退火遗传算法。改进的自适应模拟退火遗传算法能够提高算法优化效率,使其在相同时间内寻找到更为优质的结果。最后,给出对翼型NACA4418进行优化设计的计算实例,验证了该算法的优化效率,证明了该算法在风力机翼型优化设计中的可行性。

基于CFD和风洞实验对丘陵地形风资源分布的研究

随着新能源行业的深入发展,风电行业发展更为迅速,对于一个风电项目而言,研究其风资源分布特性尤为重要。中国内陆地形较为复杂,大部分为山地丘陵。受地形的影响,风资源分布特性较为复杂,评估较为困难。先建立余弦型的丘陵地形物理模型,分别采用CFD数值模拟、风洞实验2种方法对丘陵地形周围流场进行模拟仿真与实验测试,通过对丘陵迎风坡、背风坡特定参考点水平风速、垂直风速变化特征的分析,归纳总结了丘陵地形周围风资源分布特征,为丘陵地形下风能开发利用提供一定的参考。