基于DBSCAN算法与GMM理论的铝合金板孔边疲劳裂纹萌生监测

针对航空结构中多孔铝合金板在疲劳载荷作用下的孔边裂纹萌生监测问题,以光纤传感系统为基础结合小波分解、含噪声的密度空间聚类以及高斯混合模型,提出了一种孔边裂纹萌生监测方法。首先以光纤光栅传感系统采集循环加载条件下多孔铝合金板孔边裂纹萌生至结构断裂全程中孔边微应变并构建孔边微应变曲线。对孔边微应变曲线进行小波分解,得到微应变曲线的低频分量与高频分量,并以低频分量最小值及高频分量突变作为孔边裂纹萌生特征。在分析裂纹萌生时引入DBSCAN算法与GMM理论用于计算孔边裂纹萌生时的疲劳加载循环数并进行比较与分析得到多孔铝合金板孔边主裂纹的萌生位置以及孔边主裂纹裂纹萌生时的疲劳加载循环数。试验结果表明:此监测方法能够准确定位出孔边主裂纹的萌生位置,计算孔边主裂纹萌生时的疲劳加载循环数,且疲劳加载循环数计算误差在5%以内。在未来可应用于全机地面疲劳试验、结构健康监测等多种场景。

预腐蚀条件下不同孔数冷挤压强化7075-T6铝合金板件疲劳寿命退化规律

目的研究腐蚀环境下单孔和多孔冷挤压强化铝合金板件的疲劳寿命退化规律和损伤机理。方法针对2种不同孔距的三孔冷挤压强化7075-T6铝合金板件,采用模拟热带海洋大气环境的实验室加速腐蚀谱,开展不同腐蚀时间下的预腐蚀疲劳试验。结果获得了3倍孔距的三孔挤压强化铝板以及单孔挤压强化铝板的C(t)曲线、疲劳S-N曲线和损伤形貌特征,分析了腐蚀后挤压强化试件的腐蚀机理及挤压强化作用。同时,将不同孔数试件的试验结果进行比较,探明了孔数对挤压强化铝板腐蚀和疲劳性能的影响。结论腐蚀后挤压强化铝合金板件的疲劳性能发生显著退化,腐蚀损伤主要为剥蚀,疲劳裂纹萌生位置由孔边转移至表面。挤压孔数量对挤压强化铝合金板件的疲劳和腐蚀疲劳性能的影响较小。

多孔铝合金的压缩应力-应变特征及能量吸收性能

研究了多孔ZL10 1铝合金 (AlSi7Mg0 .4 5 )的压缩应力 应变曲线与孔结构的关系。随孔径的减小 ,它的弹性模量从 2 70MPa增加到 5 5 0MPa ;屈服强度 (σc)从 3MPa增加到 2 0MPa ;随孔隙率的减小 ,屈服强度增加。多孔铝合金具有高的比强度 ,其σ2 /3 c / ρ(梁 )及σ1/2c / ρ(板 )分别为2 .5～ 7.0和 1.6～ 4 .1,与钢和Al合金相当 ,而密度只有Al合金的 4 0 % ,可用作轻质结构材料 ;它的吸能能力 (C)可达到 3～ 7MJ/m3 ,又可用作吸能缓冲材料使用。

孔结构周期调制通孔多孔铝合金及其吸声性能

采用铝熔体在周期多孔介质间渗流凝固方法制备了孔结构周期调制多孔铝合金,在试验范围内吸声系数的实验测量值与模型计算基本吻合,基于模型研究了调制周期数、调制顺序及同一周期单元内不同孔径层的厚度比与吸声性能的关系,表明孔径的调制分布对2 kHz以上的宽频声波吸收有较大影响,对低频吸收未发现明显改善.

小孔径通孔多孔铝合金的防风降噪性能

以降低语音系统气流噪声为目标,制备小孔径(d0.1～0.5mm)多孔铝合金,采用自制设备研究多孔铝合金的厚度、孔径及气流速度等因素对气流噪声的影响。结果表明:相对于孔的气流噪声,多孔铝合金的气流噪声在低频段下降18dB,降幅随频率增加而减小;材料厚度越大、孔径越小、气流速度越大,多孔铝合金的防风降噪性能越好。

铸造多孔铝合金的吸声性能

采用加压铸造工艺成功地制备了多孔铝合金，孔隙尺寸为０．５～１．６ｍｍ，孔隙率为６０％～８０％，通孔率为８５％～１００％，最大制品尺寸为ｄ１００ｍｍ×１００ｍｍ。扫描电镜观察表明，在焙烧期间预制块颗粒形状由尖角形变为圆形，颗粒之间的搭接面积变大且过渡平缓；所得多孔金属孔隙形状圆滑，互相连通，呈三维网状结构。对多孔金属进行的吸声性能测试表明，多孔金属具有较大的吸声系数，不同的多孔铝合金其吸声系数随频率的变化趋势基本相同，当声波频率增加时，多孔铝合金的吸声系数增大。另外降低多孔铝合金的孔隙尺寸和增加其孔隙率，均会使多孔铝合金的吸声系数增大。在实验测试频率范围内，当声波频率在３．５ｋＨｚ时。

多孔铝合金的铸造工艺研究

采用加压铸造工艺，制备出了多孔铝合金。系统地研究了预制块的制备工艺过程及影响因素。利用所制备的预制块，研究了多孔铝合金的加压铸造工艺。研究表明，预制块孔隙大小及其初始温度、金属液浇注温度、外加压力等影响了金属液在预制块中的充型长度。采用合理的工艺，就可以获得大尺寸的多孔制品。

烧结多孔铝合金的孔隙参数分析

本文采用粉末冶金法制备了多孔铝合金 ,讨论了影响多孔铝合金密度、孔隙率等的因素 ,并用Matlab软件所编写的程序 。

梯度孔径通孔多孔铝合金的空气吸声性能

为了克服现有多孔铝合金的吸声性能在不同频率下存在较大波动的问题,采用渗流法制备了可控孔径的梯度孔径多孔铝合金,分析了孔径梯度、试样厚度对吸声性能的影响。结果表明:梯度孔径多孔铝合金的吸声性能较现有多孔铝合金提高约55%,其宽频吸声性能优异。

梯度孔径多孔铝合金的压缩及吸能性能

采用渗流法制备了具有梯度孔径结构的多孔铝合金,通过压缩试验对具有不同相对密度的多孔铝合金的压缩屈服强度及能量吸收性能进行了研究。结果表明:梯度孔径多孔铝合金的压缩应力-应变曲线包含两个阶段,即弹性变形阶段和塑性屈服阶段;其压缩屈服强度与Ashby-Gibson模型吻合良好;此多孔铝合金的压缩屈服强度、能量吸收能力均随相对密度的增加而提高。

多孔铝合金的孔隙率梯度及控制

应用图像识别与处理技术,描述了多孔铝合金的面孔隙率及体孔隙率;研究了渗流法制备的多孔铝合金沿长度方向的孔隙率梯度,并对整体孔隙率的均匀度进行了估计。研究结果表明:多孔铝合金的中上部孔隙率最高,顶端次之,底端最低。多孔铝合金的孔隙率梯度主要是由渗流驱动压力梯度与凝固顺序所决定,而颗粒的自然堆积密度影响相对较小。但通过振动控制方法,调整颗粒堆积密度,可以有效地改善多孔铝合金的孔隙率梯度,使孔隙率梯度绝对值平均由6.5%降至2.2%。

高比强多孔铝合金的压缩变形性能

采用渗流法制备了新型多组元、高比强多孔铝合金,研究了合金的单向压缩变形特征和能量吸收性能,讨论了孔壁厚度均匀性、孔隙率和强化热处理对性能的影响。结果表明;提高多孔铝合金的孔壁厚度的均匀度和强化热处理都显著提高多孔铝合金的压缩吸能性能;随着孔隙率的降低多孔铝合金的压缩强度增加。

铸造多孔铝合金的探讨

本文对多孔铝合金的制造原理、铸造工艺及该类合金的性能进行了探讨,并对今后的应用前景提出了看法。

热处理对多孔铝合金压缩吸能性能的影响

采用渗流铸造工艺 ,制备了Al Si系多孔铝合金 ,讨论了其压缩变形特征及能量吸收性能 ,分别对ZL10 1、ZL111两种多孔铝合金进行T6热处理 ,研究了热处理对这两种多孔铝合金压缩吸能性能的影响。研究结果表明 ,热处理能够提高多孔铝合金的能量吸收能力 ,对屈服强度及能量吸收效率也有显著的影响 ,为提高多孔铝合金的压缩性能 。

多孔铝合金连通孔对压缩性能的影响

根据多孔铝渗流制备过程中孔结构的形成规律建立了单元模型,其中改变渗流压力引起的通孔度变化所产生的孔隙率变化规律符合物理模型.通过对不同孔隙率的孔结构单元模型计算,结合实验研究了孔隙率变化引起的孔结构变化,并计算了通孔多孔铝力学性能的影响规律.结果表明,模型计算得到的材料弹性模量、塑性变形平台应力与实验结果基本相符,孔与孔之间通孔度的变化决定了通孔多孔铝的孔隙率变化,受压缩时在连通孔处的应力集中是其力学性能对孔隙率敏感的直接因素.

高比强度多孔铝合金的压缩性能和能量吸收特性

采用渗流法制备了具有通孔结构的ZL111基多孔铝合金,研究了固溶时效热处理和孔结构参数对多孔铝合金压缩性能和能量吸收特性的影响。结果表明:固溶时效热处理可以有效提高ZL111基多孔铝合金的表观杨氏模量、屈服强度和压缩吸能能力;固溶时效热处理使压缩吸能能力随着孔隙率的增大而呈现规律性减小,并使能量吸收效率对孔隙率和孔径的敏感程度减小。

多孔铝合金的压缩吸能性能

在Al Si合金基础上 ,加入合金元素采用渗流法制备了高比强度的新型多孔铝合金 ,研究了孔结构参数、固溶时效处理对新型多孔铝合金的压缩吸能性能的影响。结果表明 ,不同的孔结构参数以及固溶时效处理对多孔铝合金的压缩吸能性能有着显著的影响。

熔融碳酸盐燃料电池阳极用多孔铜镍铝合金的制备及其压缩性能

采用雾化法制得铜镍铝粉体,并对其进行热压烧结,制备了熔融碳酸盐燃料电池阳极用多孔铜镍铝烧结体,研究了铜镍铝雾化粉的形貌及其烧结体的显微组织、压缩性能,并对多孔烧结体孔隙形貌进行了有限元模拟。结果表明:采用雾化法制得的铜镍铝粉体颗粒为近球形,平均粒径为39μm,其粒度变化区域较小且比较集中,主要由铜相和AlNi相组成;烧结体的成形完整,抗压强度为10MPa,粉体颗粒之间结合紧密,孔洞为通孔和开孔;孔隙形貌对多孔铜镍铝合金烧结体的结构影响很大,孔的边数越多,多孔铜镍铝合金的结构越不稳定;在相同的载荷下,三角形孔的压缩量最小,圆形孔的压缩量最大。

高比强多孔铝合金中空层合圆管的压缩性能

研制了高比强多孔铝合金中空层合圆管,测试了层合圆管的压缩应力—应变曲线,并研究了其性能。结果表明:层合圆管的压缩形变过程经历3个阶段,即线弹性阶段、屈服平台阶段和紧实阶段;紧实应变可用多孔铝合金的紧实应变表示;由应力—应变曲线计算出层合圆管的能量吸收性能,发现其吸收能量超过铝合金空管和中空多孔铝合金吸收能量之和;同时其吸能效率高于60%。

中孔隙率通孔多孔铝合金的压缩性能研究

在采用复模铸造工艺制备孔径3.5~4.0 mm、孔隙率65.8%~87.3%的通孔多孔铝合金基础上,通过单轴压缩试验,研究通孔多孔铝合金的压缩性能和吸能能力。通孔多孔铝合金单轴压缩应力应变曲线,呈现线弹性变形、塑性平台段和压缩紧实阶段3个阶段。通孔泡沫铝合金的压缩屈服强度、吸能能力随孔隙率增大而减小,通孔多孔铝合金的压缩屈服强度与Gibson-Ashby的模型拟合结果吻合。