基于有限元仿真的钛合金喷丸技术应用综述

喷丸强化工艺作为一种常用的表面强化技术,在钛合金相关零部件的表面强化中起到重要作用,有限元技术在探究喷丸强化工艺机理和强化效果中应用广泛。目前,多数喷丸仿真研究都是以钢和铝合金为材料,以钛合金为材料的喷丸仿真研究相对较少。本文总结了国内外学者关于钛合金传统喷丸仿真技术、钛合金新型喷丸仿真技术以及钛合金传统喷丸技术与新型喷丸仿真技术的联系,并对钛合金喷丸仿真方面的发展趋势进行展望。

基于激光热成像的薄膜面向导热系数测试方法

提出一种基于激光热成像的薄膜面向导热系数测试方法。仿真论证了激光加热相较于常规电加热方案的热损失差异;分析了激光加热功率、表面换热系数、测温模型增益系数等关键参数标定问题,并设计了相应的方案。基于15个不同材料或厚度的薄膜和薄片样品进行了实验,测试结果和参考值相对偏差均<6%,其中导热系数<3 W/(m·K)的样品测试误差显著优于常规方法,这表明该方法可有效改善热流环路积分法对低导热薄膜的测试精度。

大肠杆菌肌苷酸节点代谢优化高效合成肌苷

该研究以产肌苷的大肠杆菌INO4-5为出发菌,针对其发酵过程中副产物含量高、肌苷产量低以及需要额外添加腺嘌呤等问题,对肌苷酸节点代谢流进行了优化。首先使用不同启动子和核糖体结合位点对枯草芽孢杆菌来源的purA_(bsu)基因进行了表达,以强化腺苷合成支路,使菌株5 L发酵罐上的肌苷产量达到了29.5 g/L,且无需额外添加腺嘌呤。接着通过替换guaB基因的原有启动子以弱化鸟苷合成支路,并过表达guaC基因促使鸟苷酸回流至肌苷酸,使菌株副产物含量显著降低且肌苷产量提升至35.1 g/L;最后对不同5′-核苷酸酶进行了筛选和强化,发现引入来自酿酒酵母的特异性5′-核苷酸酶基因(introduction of specific 5′-nucleotidase gene,ISN1)可有效促进肌苷生产。最终所得菌株INO7-6在5 L发酵罐上发酵,肌苷产量为41.2 g/L,转化率为0.17 g/g葡萄糖,生产强度为0.86 g/(L·h),为目前报道的基因工程菌株的最高产量。

面向脉冲涡流热成像的激励电源特性研究

激励电源性能直接影响脉冲涡流热成像的信号特性提取、检测灵敏度和缺陷检出率,针对常规水冷铜管式感应加热电源存在电磁耦合效率低、加热均匀性差等问题,提出了一种含U型磁轭探头的新型脉冲激励电源。基于脉冲涡流热成像检测理论和电磁热耦合方程,提出了一种将激励线圈缠绕在U型磁轭上的探头结构,进一步分析了加热时间对试样裂纹区域温度场的影响;给出了脉冲激励电源整体系统方案,通过对电压源型全桥逆变电路换流过程进行分析,为合理设置IGBT开通、关断控制信号提供参考;为实现快速搜索负载谐振频率并实时跟踪谐振频率,提出了一种改进型全数字定角频率跟踪技术,并详细阐述了该技术的实现过程;对研制的脉冲激励电源性能进行测试以验证理论分析的正确性,并将其应用于脉冲涡流热成像金属表面裂纹的检测。

基于线激光正交扫描的电感微裂纹热成像检测

在检测铁氧体电感表面微裂纹时,传统机器视觉检测存在裂纹成像信噪比不高、准确率低等问题。为此文中搭建了一套基于线激光正交扫描的微裂纹热成像检测系统。通过热像仪记录试样表面温度变化并成像;采用次最大值滤波消除热成像图的非均匀性和边缘轮廓干扰,再利用多方向扇形滤波得到试样在不同方向上的灰度图;最后通过BP神经网络和形态学处理实现对电感表面微裂纹的定性检测。结果表明:基于两种规格共610个样品测试,所有裂纹和隐裂均正确成像;自动识别算法误检率5%,裂纹漏检率6%,隐裂漏检率10%。系统每5 s检测20~35个电感,可应用于生产中自动化品质检测。

基于方向调制原理的涡流热成像漆层下裂纹检测技术

针对传统技术检测漆层下金属表面裂纹信噪比低的问题,提出了一种基于方向调制原理的涡流热成像检测技术。首先介绍了方向调制的原理,通过推导方向调制的数学模型,从理论上证明了方法的可行性,根据理论公式与实际情况选择了调制频率,根据该方法搭建了实验平台;分析了涡流无法完整旋转的问题,并提出了一种基于驱动PWM驱动信号翻转的改进方法;针对加热可能导致的谐振频率漂移问题,提出了一种双通道频率跟踪策略;最后对不同漆层厚度下45#钢的人工裂纹与0.517 mm漆层厚度下20#钢磨平焊缝裂纹进行检测并与磁粉法的结果对比。实验结果表明:方向调制方法可检测出0.902 mm漆层下的人工裂纹与0.517 mm漆层下的模拟自然裂纹;对比0.486 mm漆层下人工裂纹与0.451 mm漆层下模拟自然裂纹的磁粉法检测结果,方向调制方法有效提升了漆层下裂纹的检测能力。

圆柱铁氧体微裂纹的激光扫描热成像检测

针对用激光局部加热试样引起的横向热流检测裂纹,对低热导率材料表面的微小裂纹成像信噪比较低的问题,提出基于相邻热信号比较的圆柱铁氧体表面微裂纹检测算法。基于几何模型重构运动的圆周表面各点热信号,以激光扫描方向相邻点热信号的欧氏距离作为特征进行成像。仿真分析确定热信号裁剪区间、参考信号位置等算法参数。对6个具有5～35μm宽度自然裂纹的样品进行实验,结果表明,在线激光2.66 mm/s的扫描速度下,裂纹成像信噪比相比常规方法提高1～2倍,可清晰成像出裂纹的形状。

基于热成像的背胶石墨膜面向热导率测试方法

导热石墨膜广泛用于电子设备中的发热器件散热,面向热导率是反映其传热性能的关键参数,但目前行业中一般只提供裸材数据,无法对背胶石墨膜进行测试,给石墨膜用户的热设计和产品质量管理带来不便。提出一种基于热成像的背胶石墨膜面向热导率稳态测试方法,样品直接黏附于平整台面测试,通过温度梯度环路积分消除热流不均匀的影响,通过热损失标定减小表面换热和旁路传热带来的测试误差。基于多种规格石墨膜产品和具有参考数据的金属薄片进行实验,结果证明了方法的有效性。背胶石墨膜测试数据和裸材参数的比较表明二者有很大偏差,表明石墨膜产品标称参数和实际参数可能有较大偏差,应用中需直接测试背胶石墨膜参数。

基于储热释放的方形锂电池内部热参数测试

方形锂电池是卷芯和外壳组成的非均质结构,卷芯导热系数及其与外壳换热系数是影响散热的关键参数,目前缺乏直接测试方法。提出利用电池储热构造热源,通过冷却面温度变化触发非稳态传热,使用热成像记录外壳温度沿传热方向空间分布及其时间演变,代入三维非稳态传热反演模型,同时计算卷芯面向、纵向导热系数,以及卷芯与外壳底部、最大面换热系数。搭建测试装置,对两种方形锂电池进行多次实验检验重复性,卷芯导热系数测试相对标准差在5%~10%之间,对3种非均质标准样品测试检验准确性,相对偏差小于5%。该方法提供一种适用于非均质样品传热特性实验评估的手段,修改样品模型后也可用于圆柱形锂电池等其他非均质样品。

基于分水岭算法的电感激光热成像图像分割

激光热成像是一种检测电感微裂纹的新方法,但批量自动检测时电感彼此靠近易导致定位错误和误检。根据激光扫描和热成像检测过程分析图像特征,提出求取温度梯度图并利用次大值滤波消除其激励非均匀性,采用形态学操作断开样品粘连处并去除干扰噪声点;通过距离变换结合分水岭算法得到电感图像分割结果。实验结果表明:该方法实现了对批量铁氧体电感图像的自动分割提取,为后续铁氧体电感试样的分选打下良好基础。

基于热成像的钢管混凝土脱空检测技术研究

钢管混凝土结构因受施工工艺、混凝土收缩、超负荷承载等因素而产生脱空缺陷,使结构的承载能力下降。本文利用主动热成像技术对钢管混凝土的脱空缺陷进行了研究,并针对当前热成像脱空检测技术存在检测深度小,处理算法呈现效果不佳,无法定量检测,检测效率低等问题,提出了设计专用感应加热电源和线盘提高检测深度,热源反演算法消除加热非均匀性干扰,建立无缺陷仿真模型预测钢管混凝土表面的温度分布,取同一时刻的实验数据和仿真预测数据作差来提取脱空缺陷特征,以及检测参数优化实现定量检测的解决方法。通过多次重复实验表明,可检出壁厚为20 mm钢管混凝土内的脱空缺陷,并能确定缺陷形状和大小,有效提高了检测深度和检测效率。

便携式脉冲涡流热成像电源系统设计

为实现脉冲涡流热成像技术应用于现场检测,针对锂电池单独供电存在功率低、电压小等问题,设计了一种基于“锂电池+超级电容”复合电源技术的便携式电源系统方案。通过超级电容的充放电实现功率变换,采用DC/DC变换器实现电压转换,实现锂电池的高效利用。首先分析了脉冲涡流热成像电源需求,介绍了电源拓扑结构并搭建了便携式电源系统,之后详细分析了系统开关控制策略,最后对其性能进行测试并通过裂纹检测实验验证了便携式电源的实用性。结果表明:该便携式电源系统额定功率可达1.5 kW,重量在10 kg以内,满足脉冲涡流热成像对便携式电源的初步需求。

单DC/DC升压型便携式PECT电源系统设计

为进一步满足脉冲涡流热成像(PECT)现场检测的应用需求,提出一种改进型“锂电池+超级电容”复合结构供电的便携式脉冲涡流热成像电源系统。通过分析两种串联式拓扑结构,采用“单DC/DC升压”结构来提升系统功率输出能力,同时搭建便携式检测系统,并详细介绍了激励电源控制策略,对便携式系统样机实验平台进行实验验证。实验表明,便携式电源系统的最大输出功率为1.9 kW,连续工作时间为1.1 h,系统样机净重为8.4 kg,该系统设计可较好地满足现场检测的需求。

圆柱面任意方向裂纹的双线阵激光热像检测

圆柱铁氧体磁芯为黑色柱体,裂纹对比度不高,传统机器视觉裂纹成像效果不佳。激光红外热成像技术根据试样表面的温度分布情况检出裂纹缺陷,可用于解决低对比度微小裂纹的检测问题。常用的线激光、点激光在检测裂纹时,平行于激光扫描方向裂纹往往因两侧热流较小而无法检出。双线阵激光热成像检测系统,线阵激光错位排布,营造多方向热流,可实现任意方向裂纹检测。为验证双线阵激光对任意方向裂纹的检测可行性,仿真模拟了0°、45°、90°裂纹的双线阵激光扫描过程。线阵激光由于各点光斑功率分布存在较大的非均匀性,不同参数设计对裂纹检测效果影响大。因此,优化点光斑半径、点光斑中心距、线阵激光错位间距、线阵激光间距、运动速度等设计参数实现裂纹检测信噪比提升。裂纹成像算法根据温度空间梯度成像裂纹,由于光斑的非均匀性,裂纹在两束激光间不同相对位置的梯度大小各不相同。算法选取裂纹在两束激光间具有较大相对梯度的位置,通过多幅梯度图像融合,实现任意方向裂纹检测。对4个具有水平、垂直、倾斜自然裂纹的铁氧体样品进行实验,成像结果清晰直观地显示出所有裂纹。

数据预处理对BP神经网络拟合铁氧体导热系数的影响

目的:解决BP神经网络拟合铁氧体导热系数时,低导热系数数据预测相对误差较大的问题。方法:分析原因及样本数据预处理的必要性,提出对目标输出进行非线性处理的数据预处理方法。对适合本问题的三种非线性函数进行比较分析,采用对目标输出进行对数运算后再对输入数据与目标输出归一化的数据预处理方法,并进行实验验证。结果:用此方法得到的模型比常规方法得到的模型预测精度更高,其预测相对误差最大值从45%降低到10%,平均相对误差从5%降低到3%。结论:采用本文非线性处理方法能有效降低低导热系数数据预测相对误差。

Surface crack imaging based on delayed temperature difference at symmetric points by laser spot thermography

Laser spot thermography is a novel technique for the detection of surface cracks with a laser to heat sample locally and with an IR camera to record the surface temperature distribution. Common methods to characterize cracks are only suitable for the situation that the laser scanning path is vertical to the crack. But due to the randomness of cracks,when the scanning path is parallel to the crack,surface cracks cannot be detected by these methods. To tackle this problem,a method is presented which is suitable for the situation that the scanning path is parallel to crack. The main idea is to evaluate the crack-caused asymmetries of the surface temperature distribution. The effect of temperature gradient and the maximum scanning interval are analyzed by a 2D simulation. A new crack imaging technique is presented that is based on delayed temperature difference at symmetric points to characterize the crack in the thermal image. Compared well with those obtained by the spatial first derivative method,experimental results are shown to efficiently prove this method.