2195-T8铝锂合金疲劳多裂纹融合试验与仿真研究

铝锂合金作为航空航天广泛应用的合金材料,其疲劳断裂行为的研究对结构安全性评价具有重要意义。以第三代铝锂合金2195-T8为研究对象,通过恒幅拉-拉疲劳试验和有限元方法对2195-T8铝锂合金疲劳裂纹扩展行为进行试验与仿真研究。基于断面显微测量与观察,在仿真模型中引入多个初始裂纹,模拟多裂纹的融合扩展过程,获得多裂纹独自扩展、交融时扩展和融合后扩展的规律。结果表明:裂纹融合前,在疲劳循环载荷作用下,裂纹尖端应力强度因子总体上不断增大,塑性区域体积增加区域平缓;当裂纹相互融合时,裂纹面处应力强度因子瞬时增大,远高于其余裂尖数值大小;随着裂纹进一步融合,尖端应力强度因子数值趋于平稳;裂纹完全融合后,到达裂纹快速扩展阶段,塑性区域体积与扩展步数呈正比增加,扩展速率呈现先快后慢的规律,裂纹面交汇融合成新的椭圆形状裂纹面。

含人工缺陷的2195-T8铝锂合金在30%HNO_(3)中的腐蚀行为

为研究2195-T8铝锂合金在酸性介质中的腐蚀性能,通过扫描电子显微镜(SEM)、扫描透射电子显微镜(STEM)等微观表征手段,分析2195-T8铝锂合金在30%HNO_(3)中的腐蚀形貌。提出一种块分割和边缘检测相结合的图像处理方法,从统计的角度对2195-T8铝锂合金在30%HNO_(3)中的腐蚀规律进行分析。结果表明:合金在浸泡不同时长后出现了典型的点蚀和晶间腐蚀形貌;人工缺陷深度会加剧腐蚀的程度;在腐蚀的初期阶段,蚀坑的数量快速增长,蚀坑面积主要集中在0~20μm^(2)。而在腐蚀的中后期,蚀坑的数量及面积变化不大,只有少量的蚀坑可以继续扩展形成面积大于50μm^(2)的蚀坑。

30%HNO_(3)对2195铝锂合金预腐蚀疲劳特性研究

模拟液体导弹贮箱材料和使用特点,进行2195-T8铝锂合金在30%硝酸溶液中预腐蚀不同时间后的疲劳试验,利用扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射仪(EBSD)及透射电子显微镜(TEM)等显微表征方法,研究了预腐蚀对疲劳性能的影响。结果表明:预腐蚀表面形貌以晶间腐蚀和点蚀为主,在轧制方向上形成条带状腐蚀链,其产生与长条形晶界和金属间粒子连续腐蚀作用相关;经预腐蚀后,铝锂合金试样在210,280,330 MPa中等应力幅下的预腐蚀疲劳寿命较无腐蚀试样有所增加,16 h腐蚀试样寿命提高最为明显,其原因是腐蚀通过将合金表面微裂纹、孔洞等缺陷消除、增加表面粗糙度等方式,降低了应力集中程度,进而延缓了疲劳裂纹萌生。

军队院校信息化专业教室资源建设研究

教学资源建设是教学活动的重要基础和前提。军队院校建设高水平、多元化的教学资源对发挥专业特色、提升教学水平、提高战斗力具有重要作用。主要从目前军队院校专业教室资源建设的切实问题出发,探讨了基于实战化条件下的资源建设思路与方法,从专业教室教学平台构建到教学资源的开发,最终实现资源的共享应用。以上述理论为基础,最后介绍了火箭军工程大学飞行器动力工程专业现代化专业教室资源建设成果实例。

界面贴合型缺陷的超声红外热波检测与识别

为了实现对复合材料内部界面贴合性缺陷的快速检测和识别,采用超声红外热波方法进行了检测研究。建立了一个含有表面微裂纹、边缘垂直裂纹、分层、脱粘等4种缺陷类型界面贴合型缺陷的复合材料有限元模型,进行了超声热波检测数值仿真。并分别制作了碳纤维增强复合材料分层损伤试件、玻璃纤维复合材料疲劳裂纹试件和T700/BA202环氧树脂基复合材料冲击损伤试件,开展了超声红外热波检测实验和缺陷识别研究。结果表明,超声热波方法适合于复合材料裂纹、分层、冲击损伤等界面贴合型缺陷的快速检测和识别,而对脱粘等非界面贴合型缺陷则无检测效果。微小裂纹(0.001 m)可以被检测出,对浅表面(0.001 m深)缺陷的识别精度达95%,且裂纹越长,裂纹面越大越容易被检出,对0.002 m长的裂纹的检测误差为13.88%,与超声C扫方法相比,超声热波方法对冲击损伤大小的识别误差为5.7%。

基于小波分解灰关联的热波检测图像增强

针对热波检测图像存在的高噪声、低对比度等问题,提出一种基于小波分解和灰关联分析的图像增强方法。该方法首先采用小波变换对待处理的热波图像进行三级小波分解,得到图像相应的低频分量和高频分量,然后利用图像中干扰信号和有用信号在分解后不同分量上的分布规律,采用灰色理论中的灰色关联分析理论来区分高频分量中的干扰信号和有用信号,从而实现对图像中噪声的抑制以提高图像的质量。实验结果表明:提出的方法与常规的滤波方法、小波阈值去噪增强等方法相比,图像的对比度得到明显改善,峰值信噪比最大,因此该方法可用于热波检测图像的增强处理中。

基于超声红外热成像技术的复合材料损伤检测

采用超声红外热成像技术,对某飞行器的复合材料壳体损伤进行了检测研究。采用数值分析模拟了超声激励下复合材料损伤处的摩擦生热及热传导过程,分析了裂纹处的温度分布及裂纹尺寸对检测结果的影响;利用超声波发生器对含分层损伤复合材料试件进行了试验,根据表面温度的分布实现了对损伤的定量识别。结果表明,超声红外热成像技术能够快速准确地检测到复合材料表面及浅表面的界面贴合型损伤(如分层,疲劳裂纹等);对损伤的定位准确、检测结果直观、不存在加热非均匀等问题;选择恰当的耦合材料能有效消除"驻波"现象的产生,并提高损伤检测效果。

导弹发动机壳体粘接质量红外热波检测

发动机壳体粘接质量检测对确保整个导弹武器系统的安全可靠具有重要的意义。采用平底洞和预埋聚四氟乙烯薄膜层模拟各种类型壳体与绝热层的粘接缺陷,基于主动式脉冲加热的红外热波方法进行了检测研究,采用图像序列微分增强算法提高缺陷的检测能力,并与超声C扫检测结果进行了对比,实现了缺陷大小和深度的定量识别。结果表明:红外热波方法的检测速度远远快于超声C扫,其检测效率较高;该方法适用于复杂结构及任意形状的缺陷,便于实现在线检测,具有较强的工程应用价值。最后,给出了热波方法在导弹发动机壳体粘接质量检测中的适用范围及检测策略。

尖点突变理论在红外热波检测图像分割中的应用

图像分割是实现热波检测缺陷定量识别的关键。根据有缺陷区域与无缺陷区域图像灰度值不连续变化的特点,提出一种基于尖点突变理论的分割方法,在计算图像幅值和相位的基础上,通过建立尖点突变模型及相应的坐标变换,将系统变量进行归一化处理,根据处理后的尖点突变模型的判决式标记热波图像中像素值突变的点,提取突变点的骨架,对其膨胀和填充运算实现缺陷的分割。最后通过试验验证了该方法的可行性。

红外热波方法检测壳状结构脱粘缺陷

根据某型固体火箭发动机钢壳体/橡胶绝热层的实际结构特点,制作了含6个脱粘缺陷的壳状实验样本,基于脉冲式红外热波方法进行了检测研究。针对实验获取的红外热图存在"非均匀受热、表面反射、噪音大、对比度低"等问题,采用去除背景和高频强调滤波等方法对原始热图进行非均匀性校正和图像增强处理,基于数学形态学的分水岭方法实现了缺陷位置和大小的识别。结果表明:红外热波技术能够有效检测壳状结构的缺陷,非常适用于实际火箭发动机壳体/绝热层结构的检测;其检测效率较高、检测结果直观、对缺陷的定位准确;缺陷直径16 mm时,钢壳体的检测深度达到4 mm,基本能够满足固体火箭发动机的工程检测需求。

小曲率壳状粘接结构脱粘缺陷热波定量检测

采用热波无损检测方法,对某型导弹发动机壳状钢壳体/绝热层试件的脱粘缺陷进行实验研究。针对实验获取的热图存在"非均匀性、噪音大、缺陷显示对比度低"等问题,基于自适应滤波和分水岭方法对热图进行增强和分割处理,实现了缺陷位置、大小及深度的定量评估。结果表明:热波技术能快速地发现缺陷(几秒钟);对缺陷的定位比较准确,检测结果直观;特别适用于复杂壳状结构的检测,很容易检测出深度4mm、直径15mm的脱粘缺陷,能够满足固体火箭发动机壳体粘接结构的检测需求;并且脱粘面积越大越容易检测,对缺陷直径、深度等参数的估算误差也越小。

超声红外热波检测多模式激励的数值仿真

针对超声红外热波检测中出现的驻波问题,提出了多模式激励方式消除驻波影响的方法.建立了含裂纹缺陷的复合材料构件有限元模型,并采用双源激励超声热波检测方法进行了检测仿真分析.结果表明:多模式激励方法能够使构件的响应波形中产生更为丰富的次谐波和高次谐波,可有效消除驻波的影响,提高超声热波技术的检测能力,并且可以避免对材料造成二次损伤.

煤层底板隔水层阻抗高压水侵入机理及其控制因素

通过专门设计的物理模型,模拟了不同水文地质与工程地质性质的阻水岩层对其底板高压水侵入过程的阻抗能力,以及不同水压条件下高压水侵入导升过程中的水头损耗。得出了高压水在侵入导升带内的水头损耗分布特点及数量特征;研究了高压水在其上覆阻水岩层中的侵入高度及其最终驻点的残余水头压力;重新评价和改进了突水系数的计算方法。结果表明:隔水层的原始导高带对含水层水头具有较大的消减作用,作用于有效隔水层的实际水头压力远小于含水层的水头压力。

支持向量机方法在热波检测图像分割中的应用

作为热波无损检测技术中的关键环节,热波图像分割对结构损伤的有效识别与准确评估具有重要影响。为克服红外热波图像背景噪声大,对比度低等因素对损伤识别的影响,提出了一种基于支持向量机的热波图像分割方法。该方法首先采用Wiener滤波对热波图像进行预处理,然后随机选取目标区域和背景区域内多个像素点的像素值组成目标向量与背景向量,对基于多项式核函数的支持向量机进行训练,最后将训练好的分类器应用于不同的热波图像,实现热波图像的分割。试验结果表明:该方法可有效克服热波图像背景噪声大的问题,较好地保留了缺陷区域分割的完整性;与基于硬阈值的图像分割方法相比,该方法能更好地抑制背景区域的噪声干扰,更有利于损伤的识别与评估。

基于超声热波技术的复合材料冲击损伤检测研究

采用超声热波技术对复合材料冲击损伤进行了检测研究。采用数值分析模拟了超声激励下复合材料冲击损伤部位的摩擦生热及热传导过程,分析了不同类型损伤的生热情况。在制作试件并进行低速冲击试验的基础上,利用超声热波检测系统对其进行检测,并对检测结果的影响因素进行了分析。结果表明,超声热波技术可快速有效地检测到复合材料冲击损伤;加载接触力为200 N,加载幅值为100%时检测效果最好;冲击损伤类型基体开裂、纤维断裂及分层在红外热图中具有不同的表现形式。

SVM方法在火箭发动机故障预测中的应用研究

为了实时、准确、可靠地预测液体火箭发动机故障,在分析标准支持向量机回归方法(SVR)和最小二乘支持向量机回归估计法(LS-SVR)特点的基础上,建立了液体火箭发动机故障预测模型,并分别将其应用于液体火箭发动机参数预测问题。研究结果表明:SVR和LS-SVR两种方法都能有效解决液体火箭发动机故障预测过程中的非线性、高维数、小样本、局部极小等问题。

我国煤矿水害类型及其防治对策

分析了近年来我国煤矿水害的基本特点,通过对全国不同地域主要开采煤层赋存地质与水文地质条件的分析,将我国煤矿水害类型划分为4大主要类型。初步分析了不同水害类型的基本特点、形成条件和发展趋势,提出了有效防治不同类型煤矿水害的技术路线及适用条件,对目前制约煤矿水害防治技术的关键问题进行了探讨。

基于支持向量机的涡轮泵故障诊断方法研究

针对涡轮泵的几种典型常见故障,应用支持向量机(SVM)构造多元分类器,解决故障诊断等多分类问题,在此基础上建立了基于支持向量机的故障诊断模型。试验结果表明,与神经网络相比,采用支持向量机进行故障诊断可得到更高的精度,表现出较好的分类和抗噪能力,而且效率高于神经网络,说明该方法是有效、可行的。

复合材料热波检测影响因素的数值仿真

针对传统无损检测方法的缺陷,采用热波技术对导弹发动机复合材料的典型缺陷进行检测。利用数值仿真手段,模拟了热波在含缺陷复合材料中的热传导过程,并深入分析了缺陷大小、深度、厚度及热扩散系数等因素对热波检测灵敏度的影响。仿真结果表明:热波技术能够快速高效地识别缺陷的位置、大小和深度,而缺陷深度和缺陷的热扩散系数是影响热波检测的最重要因素。

基于超声热波方法的铝合金应力腐蚀裂纹检测与识别

针对飞行器结构中应力腐蚀裂纹的快速高效检测需求,采用超声红外热波方法进行了检测试验研究。在改进WOL铝合金材料应力腐蚀裂纹试件上,改变超声激励位置在裂纹尖端延伸方向并沿裂纹接触面的切线方向上、在裂纹尖端延伸方向并垂直于裂纹接触面上以及在试件开口延伸方向并垂直于裂纹接触面上,获得了不同激励位置下试件的表面温度场分布,通过提取裂纹方向上的线温,实现了对裂纹的定量识别。结果表明:超声红外热波技术能够快速准确地检测到铝合金应力腐蚀裂纹,将超声波激励源布置在裂纹尖端延伸方向并垂直于裂纹接触面上时,能够更好地激发裂纹缺陷。