激光冲击强化对镍基单晶高温合金SRR99组织及性能的影响

目的解决镍基单晶高温合金航空发动机涡轮叶片在服役时发生表面损伤的问题,探究激光冲击强化对镍基单晶高温合金SRR99的强化变形机制。方法采用高功率(8J)短脉冲激光分别对试样进行1、2、3次表面强化,使用白光干涉仪、显微硬度仪、X射线分析仪对强化前后的镍基单晶高温合金试样表面形貌、粗糙度、显微硬度、残余应力进行测试,通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线衍射仪分析激光冲击强化对镍基单晶高温合金微观组织和物相组成的影响。结果经过1、2、3次激光冲击后,单晶高温合金试样表面发生了塑性变形,表面凹坑随着冲击次数的增加逐渐加深,表面粗糙度分别为1.566、1.868、2.265μm,显微硬度分别增加了15.3%、25.8%、32.1%,表面残余压应力分别提高为–790、–870、–917MPa。经强化后,试样表层形成了畸变层,γ′相的面积和体积分数均增大,合金未发生相变,但两相发生了严重的晶格畸变,晶格常数和晶面间距的变化导致两相晶格发生失配,经强化后在试样表层γ′强化相、γ通道、γ/γ′界面观察到大量位错结构,此外还观察到贯穿γ′相、γ相的位错滑移带和致密的位错网络。结论激光冲击强化技术可使镍基单晶高温合金SRR99发生塑性变形,在其表层内部形成高密度位错网络结构,加工硬化效果显著,提高了基体表面的显微硬度和残余应力。

基于PSO-LSSVR的机器人磨抛材料去除模型

为了建立磨抛工艺参数与材料去除深度的关系,建立一种基于最小二乘法支持向量回归机(LSSVR)的材料去除深度预测模型,并引入粒子群优化(PSO)算法来优化LSSVR的超参数,可提高LSSVR模型的预测准确性和全局优寻能力。搭建叶片机器人砂带磨抛实验平台,设计并进行多工艺参数实验,考虑工艺参数:砂带粒度、砂带转速、进给速度、接触力和叶片表面曲率半径,获得叶片表面的材料去除深度,最终利用实验数据建立了PSO-LSSVR叶片材料去除深度预测模型。结果表明,PSO-LSSVR模型的预测准确率为95.37%,平均预测误差为0.003463,说明PSO-LSSVR模型具有较高的预测精度,并结合实际加工情况进行实验验证可行性,证明PSO-LSSVR模型可以有效合理地建立工艺参数与材料去除深度的关系。

基于改进灰度重心法的线结构光中心提取算法

针对传统算法无法准确提取线结构光条中曲率变化较大区域中心线的缺陷,提出了一种基于改进灰度重心法的线结构光中心线提取算法。基于阈值法提取感兴趣区域和开闭运算滤除图像中的噪声点,获取质量相对较高的待处理图像;利用灰度重心法提取光条中心点,得到初始坐标并设置一个矩形计算区域,根据最小二乘法计算每个初始点的方向向量和法向量;在设定的矩形区域内计算初始点在其法线方向上的偏移量,得到精确的中心点坐标。实验结果表明:提出的算法能在线结构光中心中曲率变化较大区域精确提取中心线,提取精度均值为0.096 pixels,精度比率为44.2%,平均提取速度为0.082 s。

整体叶盘叶片加工补偿策略及实验研究

目的降低航天发动机整体叶盘的加工误差,实现产品高精度化。方法建立整体叶盘叶片加工变形量全局分布有限元模型,考虑补偿加工时刀具修正量与变形误差的耦合效应,采用多次迭代法计算叶片变形补偿量;提出反向重构几何模型补偿策略,利用补偿量对叶片几何轮廓进行重构,重新生成包含叶片变形误差信息的刀轨程序。通过某型号航空发动机整体叶盘叶片铣削加工实验和型面精度测量实验,对变形分布预测模型及所提出的反向重构模型补偿策略进行验证。结果预测结果与实验结果有很好的吻合度,平均误差为7.96%;新的补偿策略数据嵌入方式高效,可显著降低加工过程中产生的变形误差,将成品精度控制在设计的许用公差范围以内。结论所提方法可以明显提高整体叶盘叶片铣削加工质量,可为后续磨削加工提供更高型面精度的叶片零件。

国产自动垂直钻井系统技术突破与现场应用

自动垂直钻井系统是集机、电、液一体的智能闭环钻井工具,具有主动防斜、解放钻压、提高井筒质量的技术优势,已成为高陡构造等易斜井段钻井防斜打快的核心装备之一。西部钻探公司自2010年研发成功三翼推靠式自动垂直钻井系统以来,通过试验应用逐步完善,在控制理论、系统结构设计上已经有所突破,但没有实现规模产业化应用,主要问题在于工具系统工作寿命低、近钻头井斜测不准、质量不稳定等。近两年,针对这些问题,西部钻探公司通过系统分析与现场试验,进行机械零部件结构改进、控制程序优化等,使得工具工作寿命、质量稳定性等大幅提升。在塔里木油田、新疆油田、青海油田等现场应用验证,工具寿命稳定突破至150 h以上,为国产自动垂直钻井系统的成熟应用与推广提供技术价值。

基于Preston-PSO算法的多方向机器人磨抛轨迹生成方法

针对机器人磨抛加工过程中的纹理现象,提出一种基于Preston公式和粒子群优化算法的多方向性机器人磨抛加工轨迹生成方法,获得能自适应曲面模型的光顺无拐角、覆盖均匀且具有多方向性的磨抛加工轨迹。仿真与实验证明,与方向平行轨迹的加工效果相比,此算法生成的轨迹能有效抑制表面条形加工纹理的产生,减小加工表面粗糙度,提高表面质量,获得良好的镜面加工效果。

TC4激光沉积的成形效率与精度的工艺影响特性研究

采用单因素控制变量法,在不同激光功率、扫描速度、送粉速度、单层抬升量下进行TC4合金粉末的激光沉积试验,以成形区质量、成形区高度和翘曲变形量的比值分别作为成形效率、成形精度的评价依据,分析各因素对钛合金的沉积成形效率和精度的变化规律。结果表明,成形区质量越大,成形效率越高;成形区高度与翘曲变形的比值越大,成形精度越高。随激光功率的增大,成形区质量增大,精度下降;随抬升量的增加,成形区质量先增大后减小,成形精度先变差再变高;随扫描速度的增大,成形效率减小,精度变差;随送粉速度的增大,成形效率增大,精度变高。当激光功率为3000 W、单层抬升量为0.6 mm、扫描速度为6~10 mm/s,送粉速度为1.2~1.8 g/min时,成形效率和精度综合达到最优。

考虑扶正器作用下连续油管摩阻计算模型与下入能力分析

超长水平段连续油管作业过程中,连续油管由于质量轻、刚度小、挠度大、径向尺寸小,在上提、下放过程中容易发生屈曲甚至自锁,下放摩阻大,制约了超长水平段连续油管作业效率。为此,开展了考虑扶正器影响的水平井连续油管受力分析及摩阻计算研究。基于纵横弯曲连续梁理论,建立了三维空间内考虑扶正器作用的连续油管侧向力及摩阻计算模型,并以某油田J-3井开展了验证试验。结果表明:安放扶正器后,连续油管的下入能力增加,表现在管柱屈曲消失、下放井口轴向力增加、下放摩阻降低;同时,连续油管的安全性也有所提升,表现在上提井口轴向力降低、最大Mises应力降低。本文所建立的考虑扶正器作用下的连续油管受力数学模型和研究结果可为水平井连续油管作业扶正器安放及优化设计提供理论依据和设计参考。

GPS基带SoC中软硬协同设计

针对ARM公司的ARM926EJ-S型号硬核形式固化处理器构建的全球定位系统(GPS)L1波段(中心频率为1575.42MHz)信号基带处理的片上系统(SoC)功耗高、成本高的问题,提出一种基于Cortex-M3开源软核处理器构建的GPS基带SoC系统,以实现处理器核的系统移植:针对软件实现和硬件实现的特点,完成基带处理的软硬件功能划分与协同设计;硬件部分选用Cortex-M3软核和高级微处理器总线架构2.0(AMBA2.0)片上总线为核心进行基带处理SoC架构设计,通过修改ARM公司提供的总线功能模块的软知识产权核(IP core),构建高级高性能总线(AHB)和外围总线(APB)的总体结构,设计若干符合AMBA2.0协议的IP核,并完成基带等相关IP核的挂接,实现SoC系统功能的扩充;软件部分通过C语言完成对系统的初始化、启动等相关配置,并编写卫星导航基带电路的特定测试信号,实现软件对基带IP的灵活配置。仿真结果表明,该系统能够实现对基带IP的灵活配置,满足对器件的低功耗、微集成要求。

基于光栅投影测量的蒙皮对缝检测技术研究

针对飞机蒙皮对缝阶差与间隙的数字化检测问题,以光栅投影测量技术为基础,对阶差与间隙的测量技术进行了研究,提出了一种新的阶差与间隙的测量方法。首先采用光栅投影测量技术,获取待测面的稠密点云数据;然后从图像中对接缝区域进行定位,根据点云与图像之间的对应性,获得对缝区域的点云数据;对对缝区域点云数据进行分析,确定对缝两侧直线段的终点和对缝的边缘点,从而计算出对缝的阶差与间隙。相对于线结构光扫描,所提方法获得的数据更加密集,并且一次测量即可完成视场内所有对缝的分析,效率较高。试验分析表明,所提方法检测结果均值误差小于0.03mm,最大误差小于0.05mm,可以满足飞机蒙皮对缝检测的要求。

整体叶盘研磨抛光机器人接触力阻抗控制方法研究

针对整体叶盘机器人自动化研磨抛光接触力控制的技术难点,对磨抛过程磨抛工具与叶片之间接触力进行分析,将负载静态标定与传感器零点在线补偿相结合,提出了基于零点漂移的机器人磨抛加工负载标定与补偿算法,并将其与基于位置的阻抗控制结合应用于整体叶盘的自动化磨抛加工。负载标定与补偿试验表明,加工过程中采用基本的标定与补偿算法的接触力和力矩的平均误差值从–0.12853N和0.0055N·m增加至–1.9826N和–0.1680N·m,而采用基于零点漂移的标定与补偿算法可将接触力和力矩的平均误差降低至–0.1532N和0.0083N·m,证明了该算法能够有效降低传感器零点漂移对接触力实现计算的影响。同时,力控试验表明,该算法与基于位置的阻抗控制结合能够有效实现对期望接触力的跟踪控制,从而明显提高整体叶盘磨抛加工的表面质量。

邻井随钻磁测距防碰系统的研制和应用

随着同一井台井数的增加,井口间的距离越来越小,定向钻井工程对井眼防碰技术的要求越来越高。为高效地实现邻井防碰,根据已钻井井下管柱周围空间的磁场分布规律,研制了兼具测距和测斜2种功能的随钻磁测距防碰系统样机,进行了样机的地面磁测距过程模拟试验和现场试验。地面模拟试验结果表明,邻井间距小于等于15.31 m时,探管到套管径向距离的计算误差小于±4%,方向计算误差小于±4°。现场试验结果表明,随钻磁测距防碰系统测距计算结果可靠,能够用于丛式井防碰作业。研究结果可为邻井防碰技术研究提供参考。

输水盾构隧洞管片环缝抗剪机制试验研究——以三门核电站取排水隧洞为例

为研究三门核电站2期输水盾构隧洞管片环缝的力学性能,开展环缝径向抗剪试验和切向抗剪试验。对于径向抗剪试验,设置理想拼装和凹凸榫搭接2种工况,并测试每种工况下不同环间残余荷载时环缝的抗剪性能;对于切向抗剪试验,仅对理想拼装工况开展试验。试验结果表明:1)当拼装理想时,环缝首先由静摩擦力单独承担剪切力,再由摩擦力和凹凸榫共同承担剪切力;而当拼装导致凹凸榫搭接时,环缝直接由摩擦力和凹凸榫共同承担剪切力。2)环缝切向抗剪分为摩擦力单独作用、摩擦力与螺栓共同作用及摩擦力、螺栓与凹凸榫混凝土三者共同作用3个阶段。3)在环缝错动之前,环缝径向剪切刚度为4.67×10^(8)~1.42×10^(9) N/m,切向剪切刚度可取为4.23×10^(8)~8.43×10^(8) N/m。4)纵向力越大,剪切刚度越大。

激光熔化沉积制备2A50锻造铝合金组织性能

工艺参数的协同调控决定了沉积工件的组织与性能,在锻造铝合金零件激光增材修复工程应用方面具有重要研究价值。 采用 OM、SEM、XRD 等试验方法,研究能量密度对激光沉积成形 2A50 铝合金构件组织与性能的影响规律。结果表明:当能量密度低于 200 J / mm^(2)时,成形效果较差且产生粉末球化、未熔合等凝固缺陷;随着能量密度的提高,沉积试样底部和顶部一次枝晶间距均明显缩短、平均硬度由 85.7 HV 提高至 92.1 HV;过高的能量密度输入会导致熔池内部分低熔点合金元素蒸发形成气孔缺陷、同时削弱了合金元素的固溶强化效果。在优化的能量密度(333 J / mm^(2) )条件下,激光沉积成形 2A50 锻造铝合金构件获得了较优的综合力学性能,其屈服强度、抗拉强度和延伸率分别为 85 MPa、207 MPa 和 14%。为航空重大装备关键零部件的激光增材修复探索出一条行之有效的技术途径。

由彩色3D打印路径实现乐高模型体素化

介绍了一种从3D彩色打印轨迹转换为大型乐高模型体素化的算法。首先,考虑三维模型的颜色可能非常多,但并不是任何颜色乐高颗粒都能提供,因此对乐高模型的颜色进行精简。其次,由路径穿过乐高单元块所包围的面积及单元块内的路径长度,确定单元块的有效位置及颜色。进而,通过角度判断方法,对层与层之间的空隙进行填充,以实现乐高模型体素化的"水密性"特征。最后,提供复杂的模型来证明所提方法的有效性:与传统体素法相比,所提出的算法仅消耗接近20%的计算时间。所提出的方法突破了传统体素法需要在模型上采样大量点进行颜色计算,且模型内外结构的判断存在计算量大等缺陷,仅通过彩色打印轨迹就实现了模型体素化的快速转换,针对大型模型的快速体素化需求具有良好的应用前景。

增材制造薄壁零件分层轮廓直骨架填充算法

针对增材制造薄壁件采用传统轮廓填充算法易导致内部缺陷的问题,研究了增材制造薄壁件分层轮廓直骨架填充算法。该算法首先对截面分层轮廓进行简化、平滑等预处理,然后对预处理之后的多边形轮廓进行直骨架计算,并提取直骨架半边数据结构中由所有内等分线构成的直骨架主线串。在对直骨架主线串进行膨胀操作和多边形合并操作之后,最后应用轮廓平行偏置算法获得薄壁件分层轮廓直骨架偏置填充轨迹。提出的算法较好解决了薄壁零件增材制造由于轨迹填充不合理导致的内部缺陷。

激光束位姿对激光熔化沉积层截面形貌的影响

在不同激光束位姿下进行多个基体倾斜角度(0°、15°、30°、45°)激光熔化沉积试验研究。分析了沉积层外观与形貌特征,以获得两种不同激光束位姿状态下基体倾斜角度对沉积层形貌的影响机制。结果表明:在小倾斜角度(0~30°)范围内,两种激光束位姿沉积层外观质量差距不大;在大倾斜角度(30°以上)范围内,激光束与基体面相对垂直的位姿状态,其沉积层外观质量更好,更有利于界面冶金结合。

温辅助激光冲击强化技术原理与应用研究

介绍了温辅助激光冲击强化技术原理与特征,针对目前工程应用存在的问题,通过总结国内外研究现状与学术成果,从高温交变载荷作用下残余应力释放和组织失稳两方面,分析激光冲击强化诱导组织应力失稳机制。分析了激光冲去强化基础上辅助热源(WLSP),可促进激光冲击强化(LSP)过程中发生动态应变时效和动态析出,在致密位错周围析出弥散分布的强化相,而强化相进一步钉扎位错形成气团,显著提高材料的高温组织稳定性和抗蠕变性能,并对温辅激光冲击强化未来的发展趋势进行了展望。

激光诱导等离子体声波信号实时采集分析软件系统

为实现激光冲击强化在线检测,针对激光诱导等离子体声波现象,采用SIA-AEDAC-01型声发射数据采集卡采集声波信号,研究并设计了一种激光诱导等离子体声波信号实时采集分析软件系统。设计了该系统的可行性和准确性测试实验,首先用激光冲击强化在线检测系统采集传播在空气中的激光诱导等离子体声波信号,并从中提取等离子体声波信号能量;利用X射线应力分析仪测量试件强化后的残余应力以验证激光冲击强化实验的可靠性。实验结果表明,本文设计开发的软件系统能实时采集分析激光冲击强化过程中的等离子体声波信号,并能准确提取每一次冲击强化产生的声波信号能量;且随着激光冲击能量的增加,等离子体声波信号能量和试件表面残余压应力都增大,且二者曲线线型一致,说明该软件系统准确可靠,满足激光冲击强化在线检测的需求。

选择性完井管柱设计及应用

针对现有选择性完井技术存在的容易出现密封失效、滑套无法开启以及射孔枪射孔造成套管损伤等问题,设计了选择性完井管柱。该管柱采用长胶筒裸眼封隔器配合球座可溶性滑套与液体承留滑套的工艺方式,实现了层间封隔,可有效避免层间干扰;滑套与球均由可溶材料制成,在生产过程中滑套与球座会自动溶解,无需特种施工作业即可实现全通径井筒,不影响后期的生产及修井作业,减少了对套管和井筒的损害与污染,降低了作业费用与作业风险,节约了施工时间,延长了井筒寿命。现场应用结果表明:选择性完井管柱能很好地适应现场需求,解决了井底高温、高压、井眼不规则和出水严重需进行产层封隔等多项技术难题,提高了单井产量。