基于Kirkpatrick-Baez镜聚焦的X射线小角散射显微层析成像

X射线小角散射显微层析成像(SAXS-CT)是一种无损的结构表征技术,用于研究非均匀物质纳米结构信息及其空间分布;在上海同步辐射光源(SSRF)设计并搭建了基于Kirkpatrick-Baez(KB)镜聚焦的SAXS-CT成像系统,并选取毛竹和注塑聚乳酸样品进行实验验证。结果表明:该SAXS-CT成像系统的聚焦光斑尺寸可以达到20μm以下;对于毛竹样品,得到了其内部维管束和薄壁细胞的位置分布及散射差异,同时获取了内部纳米纤维的取向特点;对于注塑聚乳酸样品,发现其内部片晶结构具有分层分布特征,获取了片晶结构的分布图像以及长周期分布图像;实验结果验证了该SAXS-CT成像系统的可靠性及实用性。

基于全局低分辨率CT扫描的合成层析成像技术(英文)

合成层析成像可由有限几个投影数据重建三维物体,与传统CT相比,该方法所需的射线剂量少得多。由于投影数据不完备,导致的重建图像伪影是合成层析成像的一个主要问题。本文提出一种对感兴趣区域进行合成层析成像方法,和其他方法相比可以得到更好的重建图像质量。该方法首先对目标进行低分辨率全局扫描,然后对感兴趣区域进行高分辨率局部扫描,最后,利用两次扫描的投影数据集合重建感兴趣区域的图像。数值仿真结果表明,用本方法重建感兴趣区域图像,要明显好于没有使用全局扫描信息的方法。

基于X射线显微CT的PBX热冲击损伤特征

为研究小尺寸高聚物黏结炸药(polymer bonded explosive,PBX)半球的热冲击损伤特征,针对Φ10 mm TATB基和HNS基PBX半球样品开展了0~100℃水浴温度冲击实验,利用X射线显微层析成像(Micro‐computed tomography,μCT)技术研究了样品损伤的三维形态和分布特征,并采用热弹塑性二维轴对称模型对样品温度冲击过程的热传导和热应力进行了模拟分析。CT结果表明温度冲击后2种样品均由边角起裂,其中TATB基PBX半球沿边部环向扩展,形态曲折,具有撕裂和脆断特征;HNS基PBX半球沿轴向基本贯穿,形态平直,具有脆断特征。数字模拟结果表明温度冲击过程中TATB基PBX半球内部产生较强的拉应力,由边角区域至中心区域拉应力先后超过其拉伸强度,导致主裂纹由半球边角区域萌生并向内扩展。样品损伤形态与温度冲击作用下的应力分布特征、黏结剂温度特性吻合。本研究为TATB基和HNS基PBX温度冲击损伤机理分析奠定了基础。

汽车油箱漏油的X射线成像分析方法

汽车金属油箱由薄不锈钢板经电阻焊工艺焊接而成,焊缝质量直接影响油箱的安全性和可靠性。本研究提出一种基于X射线成像的油箱焊缝漏油快速分析方法,即先采用微焦点射线数字成像(DR)对油箱焊缝漏油进行初步筛选,确定是否存在缺陷,再对含缺陷的焊缝进行显微计算机层析成像(CT),最后依据三维重建结果评估缺陷贯穿性。对2个汽车油箱电阻焊焊缝试样进行漏油分析,DR检测出2个焊缝试样分别含9、7处缺陷;显微CT的切片图像显示,试样缺陷中分别有6、1处贯穿型裂纹缺陷,这些裂纹均可能是油箱漏油点。对CT重建的缺陷进行三维分割和尺寸测量,试样缺陷尺寸分别为1.0~2.4、0.6~2.5 mm。对三维分割的缺陷进行内部可视化处理,结果与切片图像分析结果一致。本文所提方法可有效减少高精度CT检测资源的浪费,缩短漏油分析所需的时间,对于焊缝质量分析具有可靠性和安全性。

增材制造流道多余物X射线成像检出能力研究

采用激光选区熔化工艺增材制造了含复杂流道的燃烧室模拟件,流道内部预制了不同尺寸的凸出立方体多余物,并放置一组标准尺寸金属丝模拟线形多余物。采用计算机射线照相(Computed radiology,CR)和显微计算机层析成像(Computed tomography,CT)对试样进行检测,研究X射线成像方法对增材制件内部流道多余物的检测能力,并采用显微CT对流道壁厚进行分析与评估。结果表明,CR可检出最小设计尺寸为0.15 mm的凸出立方体多余物和最小丝径为0.1 mm的线形多余物;显微CT可检出最小设计尺寸为0.08 mm的凸出立方体多余物和最小丝径为0.1 mm的线形多余物。显微CT尺寸测量结果显示,线形多余物测量尺寸与标准尺寸一致,凸出立方体多余物测量尺寸普遍大于设计尺寸,最大绝对误差不超过50μm。通过显微CT壁厚分析发现,宽段流道均匀性良好。

基于CT图像序列的围压TATB基PBX冲击损伤特性

为研究高聚物黏结炸药(PBX)在冲击载荷作用下损伤特性,以分离式霍普金森压杆(SHPB)对TATB基PBX进行了动态冲击实验,利用X射线显微层析成像(X?ray Micro?computed tomography,X?μCT)进行了损伤观测表征,基于CT图像序列并结合数字图像处理算法,对损伤裂纹进行了提取与三维重构,并提出一种基于CT图像序列的缺陷体积占比的损伤变量评价方法,对不同子弹冲击速度作用下的损伤变量值进行了计算。结果表明,损伤裂纹沿着与端面约为60°方向由两端向中间延展,裂纹整体呈"沙漏"分布特征,且随着子弹冲击速度增加,裂纹延伸方向基本保持不变,由于炸药初始损伤的存在,损伤变量值并不一直增大,而是先减小再增大,后呈急剧增大趋势。