数据驱动下的在线课程持续改进与实践研究

近几年,各高校积极开展了在线教学。如何利用好在线教学平台中的数据,是准确评估学生学习状态以及衡量课堂教学效果的关键。通过互换性与技术测量课程教学实践,对学习通平台中产生的原始数据进行归纳分析,结合各类图表数据优化教学方案,构建“数据—指标—策略”三层次课程持续改进体系,促进教学效果提升。

应用型本科院校三维CAD课程教学改革方法研究

随着机械产品设计多元化及数字化发展,三维建模软件学习已成为应用型本科院校机械类专业的必修课之一。文章以机械专业三维CAD上机课程为例,基于工程认证理念,分析了传统教学中存在的问题,并结合课程特点,以能力培养为目标,分别从教学环节、教学内容、教学方法及考核方式几个方面提出优化思路。改革后经教学实践发现学生的学习主动性、操作熟练度及创新意识得到显著提高,或可为其他同类实践性课程提供理论指导。

基于磁探针检测的压力管道内壁缺陷评估研究

压力管道由于长期工作于高温、高压等恶劣工作环境下,其内壁容易产生腐蚀、开裂、凹坑等类型缺陷,因此对压力管道内壁实施无损检测非常重要。为了提升检测效率和便捷性,本文采用磁探针法从压力管道外部对内壁缺陷实施评估研究;首先通过仿真分析,探究了管道内壁缺陷处与无缺陷处的理论感应电压信号差异,发现缺陷处的感应电压信号幅值较低;然后通过实验检测评估了预制不同长度内壁缺陷的压力管道感应电压信号分布规律;结果表明,感应电压信号幅值在缺陷位置会突然降低形成波谷特征,并且波谷宽度与实际的内壁缺陷尺寸具有良好的一致性;将波谷的半峰宽高度HFWHM作为判断管道内壁有无缺陷的特征阈值,其准确性达到88.52%,对于压力管道内壁缺陷的定量化评估具有重要意义。

基于MBN技术的AISI1045钢材料磨损损伤评价研究

采用磁巴克豪森噪声(MBN)检测技术,评估AISI1045钢材料的磨损程度。通过摩擦磨损和MBN检测实验,提取了磁巴克豪森噪声信号特征值。发现随着磨损程度的增加,MBN有效值总体呈下降趋势,MBN信号事件分布越来越分散,并建立了MBN有效值与粗糙度、磨损量和残余压应力的拟合关系。实验结果表明,磁巴克豪森噪声检测技术可以对磨粒磨损、黏附磨损、疲劳磨损阶段进行明确地分类评价。

铁磁性材料拉/压疲劳磁记忆信号研究

为探索金属磁记忆信号变化的物理本质,研究不同类型的疲劳载荷对磁信号的影响,首先利用金属磁记忆的基本原理对磁信号的产生过程进行分析和预测,然后对低碳钢Q345分别进行拉伸和压缩疲劳试验,比较不同循环周次下的磁信号法向分量曲线;分析不同检测点在拉伸、压缩疲劳循环中的磁记忆信号变化规律;并从磁畴和位错的角度解释了磁信号在整个疲劳阶段的变化情况。结果表明:在1个循环周次的作用下,检测线的磁信号发生了很大变化;随着加载循环周次的增加,磁信号法向分量Hp(y)整体上保持顺时针旋转,拉伸试件在接近断裂时的磁信号幅值急剧增大;对拉伸及压缩疲劳试件,均可通过磁信号法向分量平均值Hp(y)ave表征应力集中和疲劳损伤程度大小,并且损伤积累参数ΔHN可以用来判断试样所处的损伤阶段。

零件表面损伤对再制造修复件承载能力影响的超声相控阵检测研究

零件使用过程中出现的表面损伤会影响其再制造修复时的界面结合质量,从而降低承载能力。为得到零件表面损伤大小对修复件承载能力的影响,对表面预制不同宽度损伤的基体材料进行等离子喷焊再制造修复,采用超声相控阵对施加三点弯曲载荷的修复件进行检测。根据检测结果,提取A扫波形图中二次底波声程,得到不同载荷下二次底波声程变化曲线,根据曲线转折点得出修复件界面裂纹萌生时的载荷F_A;通过定量化处理C扫俯视图中缺陷并计算其面积占比,得到不同载荷下缺陷面积占比的变化曲线,根据曲线转折点得出界面初始缺陷演化时的载荷F_C。结果表明,F_A和F_C都能够反映修复件承载能力与基体表面损伤的线性关系;在误差小于5%的前提下,表面损伤宽度每增加1 mm,修复件承载能力约下降0.1 kN;并且相较于F_A,F_C的大小降低了11.12%,从而能够建立表面损伤对修复件承载能力的影响规律,为评定表面损伤零件的再制造质量提供了及时有效的途径。

等离子喷焊熔覆层的磁记忆应力评价

运用金属磁记忆检测技术对等离子喷焊熔覆层进行应力评价。对标准等离子喷焊熔覆层试样进行静载拉伸试验,检测不同拉伸应力下熔覆层表面的磁记忆信号法向分量H_p(y)和切向分量H_p(x),分析H_p(y)梯度值K及H_p(x)均值H_p(x)_(avg)随拉伸应力的变化。结果表明:在弹性阶段,H_p(y)曲线随着拉伸应力的增大逆时针旋转,K值随着拉伸应力的增大呈指数增加;同时H_p(x)_(avg)随着拉伸应力的增大而线性增加。在塑性阶段,H_p(y)曲线随着拉伸应力的继续增大而顺时针旋转且K值减小;同时H_p(x)_(avg)随着拉伸应力的增大而线性减小。基于等离子喷焊熔覆层微观组织和磁机械效应探讨了熔覆层应力的磁记忆评价机理。

激励磁场对力磁耦合作用的强化机制研究

力磁耦合作用是金属磁记忆检测等电磁无损检测技术的基础。为了探明外加激励磁场在不同应力水平下对力磁耦合作用的影响机制,从磁导率与应力及环境磁场变化关系的角度,在理论上计算了外加激励磁场下力磁耦合作用下与力和磁单独作用下的表面磁场强度之差ΔH,并推导出该差值随着拉应力的增大而增大的结论。用预制缺陷的45钢试样进行对照试验,发现激励磁场对力磁耦合作用的影响ΔH是随着应力的增大而呈类似指数形式递增的。经设计的正交试验验证,激励磁场与应力对磁信号的交互耦合作用显著,且在受力过程中激励磁场对信号的作用水平最大,这与理论分析结果吻合。说明外加激励磁场对力磁耦合作用起到了一定的强化作用。

再制造毛坯损伤周围剩磁信号分布可视化研究

对再制造毛坯的损伤程度开展无损检测评估具有重要意义,直接影响后续的再制造工艺制定与修复质量。文章基于金属磁记忆无损检测技术,提出了一种剩磁扫描方法,可以将再制造毛坯伤周围的剩磁信号分布换成更加直观的二维图像。剩磁扫描检测结果表明,损伤周围的剩余磁场畸变程度会随着缺陷尺寸的增大而增大;孔状缺陷附近的磁场梯度脊线呈45°相交,通过对钻头切削的受力分析,表明钻孔过程中材料的位错滑移带及其残余应力主要沿着45°方向分布;通过设置阈值,可以从分布图中提取出剩磁信号较高的区域轮廓。经计算,剩磁信号大于阈值的区域尺寸与实际损伤尺寸误差不超过10%。

面向再制造的中心裂纹扩展磁记忆试验研究

为了研究铁磁材料裂纹扩展过程磁记忆信号变化规律,探索零件再制造修复的最佳时间点,对预制中心裂纹的Q235钢M(T)试件进行疲劳裂纹扩展试验,比较不同检测线上的磁信号法向分量H_p(y)和切向分量H_p(x)随循环周次的变化情况。结果表明:切口处的H_p(y)过零且出现波峰波谷,而H_p(x)在切口处仅呈现波谷形状;提取磁信号法向分量最大梯度值K_(max)和切向分量波谷值ΔH_p(x),发现特征值大小从切口中心往外随着应力集中程度的减小而减小;此外各检测线上的特征值K_(max)和ΔH_p(x)都在6.5万循环周次时迅速增大产生突变,说明切口处的裂纹已由萌生阶段进入到扩展阶段,而此时正是再制造修复的最佳时间点。

曲轴再制造耐磨熔覆层工艺参数优化

为了利用等离子喷焊技术对磨损曲轴进行再制造修复,采用正交试验优化等离子喷焊制备耐磨熔覆层的工艺参数。在45钢样件表面制备了Ni60耐磨熔覆层,研究了多因素作用下喷焊电流、喷焊速度和送粉流量对熔覆层显微硬度、磨损体积的影响规律;采用单因素试验对最优工艺参数下制备的熔覆层性能进行了验证与表征,并成功应用到磨损曲轴的再制造修复中。结果表明:在一定范围内,送粉流量是影响熔覆层显微硬度和磨损体积的最显著因素,且随着送粉流量的增加,熔覆层显微组织由柱状晶向树枝晶、等轴晶转变,组织性能得到改善,显微硬度和耐磨性也显著提升;最优工艺参数为喷焊电流100A,喷焊速度70mm/min,送粉流量22g/min;使用最优工艺参数再制造修复的曲轴主轴颈表面质量良好。

基于铁磁性材料表面弱磁信号反演内部损伤程度的研究

针对锅炉、管道等压力容器内表面损伤检测与监测需求,基于弱磁检测技术,利用外部磁信号反演内部损伤程度。对预制缺陷的Q235钢进行拉伸试验,研究内外侧磁信号变化规律,定义磁特性参数以表征缺陷位置和应力情况。结果表明:内外两侧的磁信号及其梯度均表现出相似的变化规律,磁信号梯度值具备更明显与稳定的特征,为表征内部缺陷信息提供了可能;磁信号切向分量梯度曲线中反映峰-谷变化范围的外侧磁参数Xt-l、Xt-r、Wt-rl能够较好地实现对内侧缺陷定位;内外侧切向分量梯度峰-谷幅值差At-pp随施加载荷的变化均为二次函数关系,且内外侧二次函数的导数相近,可用于定量评估内侧应力情况。研究结果可为弱磁检测技术运用于压力容器等内部缺陷定量识别及应力评估提供依据。

产教融合背景下的机械类专业虚拟教研室建设模式研究

虚拟教研室作为一种虚实结合的新型教学组织,具有信息化、跨学科、跨校际、动态开放的特征。分析了虚拟教研室的基本特征,阐述了虚拟教研室建设的基本原则;基于产教融合的理念,重点阐述了虚拟教研室的建设路径,并通过案例介绍了虚拟教研室的建设成果,对于高校建设虚拟教研室具有理论指导意义。

基于小波神经网络的煤矿提升机轴承故障诊断

轴承故障严重地影响设备的使用寿命、效率及安全性。以某型煤矿提升机轴承为研究对象,采集煤矿提升机轴承实时数据,基于小波神经网络建立煤矿提升机轴承故障诊断模型,运用MATLAB对煤矿提升机小波神经网络模型进行数值计算,对煤矿提升机轴承故障进行诊断。诊断结果表明,不同运行时间下,煤矿提升机轴承振动信号不同;基于小波神经网络可以精确、高效对煤矿提升机轴承故障进行诊断。该研究为煤矿提升机轴承故障诊断、维修等方面提供理论依据。

产教深度融合的机械系统设计课程项目化教学探索与实践

机械系统设计课程是机械设计制造及其自动化专业的核心课程之一,具有工程实践性强、涵盖知识面广等特点。探索了项目化教学模式,分析了产教融合的基本原则,阐述了项目化教学背景下教师角色的转变,制定了涵盖讨论、项目设计等非形成性评价的课程知识体系和考核评价体系。研究成果将为高端装备制造领域卓越工程师的人才培养提供理论和实践参考。

基于磁探针技术的结构钢背部缺陷检测

压力容器内壁长期承受高温、高压、腐蚀性介质的作用,易产生裂纹、气孔、腐蚀等缺陷,因此需要对其内壁缺陷开展无损检测与评估。采用磁探针方法,在外加励磁场的作用下,对含有不同尺寸背部缺陷的结构钢试样进行检测,分析检测线上不同区域的磁滞回线,初步提取剩磁B_(r)和矫顽力H_(c)来反映缺陷大小。结果表明,缺陷附近的信号会产生明显的波谷特征,并且波谷宽度随着缺陷尺寸的增加而增加。为了进一步准确检测结构钢背部缺陷,笔者提出面积比S_(r)这一特征值,并与背部缺陷尺寸大小建立了较好的线性关系。该研究结果可以为磁探针法检测压力容器内部缺陷提供指导。

面向再制造的金属磁记忆检测技术研究综述及工程应用案例

再制造工程作为一项战略性新兴产业,已经得到社会越来越多的重视;而再制造毛坯损伤检测与评估技术是制约再制造产业发展的瓶颈之一。磁记忆检测技术因其具有的金属材料早期损伤评价优势,在再制造检测与质量控制的研究与工程应用方面得到了较多关注。概述了金属磁记忆检测技术的理论研究现状,并总结其在再制造工程中的应用;结合车桥桥壳和液压油缸等典型结构件的再制造工程实例,详细介绍磁记忆检测技术在铁磁性结构件损伤程度判定和修复质量评价方面所发挥的关键作用;在此基础上指出该技术目前仍存在的一些问题和难点,并对面向再制造应用的金属磁记忆检测技术发展前景进行展望。

等离子喷焊热残余应力磁信号仿真

金属磁记忆检测作为一种新型无损检测方式，在热残余应力检测方面有良好的应用潜质。以传热学、电磁学、热弹塑性有限元分析法及力-磁效应为理论基础，采用ANSYS分析软件建立“热-力-磁”耦合模型，利用该耦合模型得到熔覆层附近基体材料的热残余应力分布以及其相应磁信号。结果表明热残余应力与其磁信号都主要集中在温度梯度变化较大的熔覆层附近，距离熔覆层越近数值越大，并且磁信号的方向随应力性质变化。此外增大热源输入会增大磁信号的数值但并不影响其分布规律。仿真结果符合热残余应力形成机理以及力-磁效应原理。通过相同工艺参数下的试验验证，发现仿真磁信号与实测磁信号的变化规律基本相同，证明上述分析与实际情况基本吻合。研究结果为磁记忆技术在热残余应力检测的深入研究提供了借鉴意义与参考价值。