ARAMIS应变测量系统在铝合金材料拉伸试验中的应用

对5052铝合金板材进行了单向拉伸试验,利用ARAMIS三维光学变形和应变测量分析系统获得了铝合金材料在拉伸过程中的应变场。试验结果表明,利用ARAMIS系统可以动态、准确地测量铝合金板材在拉伸过程中的应变,获得应变云图;通过拉伸过程中各阶段的应变分布云图和不同位置处的应变变化曲线,结合金属学原理,可以深入了解金属拉伸过程屈服阶段吕德斯带的形成以及变化情况,并测量得到铝合金材料发生颈缩失稳现象时的应变集中带,有助于深入了解铝合金材料变形破坏机制。

ARAMIS光学应变测量在QP980钢板成形极限试验中的应用

成形极限曲线(FLC)是由钢板失效时的极限主次应变点描绘成的曲线,采用FLC可以精确评价高强钢QP980成形性能优劣,并可以方便地用在钢板冲压仿真分析中,但是成形极限试验传统的网格分析测量方式过程繁琐。ARAMIS光学应变测量系统配备双相机测量设备,采用数字散斑测量方式,可实现高精度实时测量变形,克服了传统测量方式的缺点。高强钢QP980因为强度高、延伸率较低,采用传统的检测方式不容易观察到临界失稳的状态。试验表明ARAMIS光学应变测量可以方便准确找到颈缩开始时刻,获得QP980试样失稳时的表面应变分布,采用截线法和时间相关法得到FLC。通过试样应变云图,可以进行应变路径分析,进一步观察高强钢变形特点。

基于双斜坡法的光纤应变快速测量方法

为了提高基于布里渊散射的光纤应变测量的实时性,将仅根据两个工作点布里渊增益计算布里渊频移的双斜坡法用于光纤应变测量。介绍双斜坡法的基本原理,基于仿真布里渊谱研究左右两侧工作点选择对布里渊频移计算准确性的影响规律,确定最佳的工作点。基于确定的最佳工作点和不同信噪比的布里渊谱,研究信噪比(signal-to-noise ratio, SNR)对双斜坡法和最小二乘拟合法准确性的影响规律。结果表明:双斜坡法的两个工作点围绕光纤沿线布里渊频移的均值对称时误差最小;随两个工作点频率之差的增加布里渊频移误差先减小后增大。相似准确性下双斜坡法的布里渊谱测量时间仅为最小二乘拟合法的约1/30,布里渊频移的计算时间仅约为后者的1/480。

基于声表面波传感器的转子叶片应变无线测量研究

声表面波传感器可以实现无线无源工作,该特性使其在高速旋转部件测试中有重要的应用前景。利用硅酸镓镧压电晶体设计并制备了谐振型SAW传感器,研究了其应变敏感特性,并成功应用于转子叶片应变的无线测试试验。结果表明,所制备的SAW传感器的谐振频率为217.794 MHz,品质因子达到5807,应变灵敏度为-317 Hz/με。在3000~15000 r/min转速下,无线测试了转子叶片应变,测试结果与电阻应变计测量结果及有限元仿真计算结果基本一致。研究结果可以为SAW传感器在高速旋转设备的无线测试工程应用提供参考。

光纤传感测量软体排变形应变传递效率研究

软体排与传感光纤之间的应变传递效率是应用光纤传感技术监测软体排变形的关键。本文旨在探讨软体排变形时,排体与传感光纤之间的应变传递效率及其对测量准确性的影响。通过理论分析与试验研究表明,在线性拉伸条件下,应变能够高效地从排体传递至光纤,低传递效率线以下的区域主要位于传感光纤的边缘;而在弯曲变形条件下,变形测量误差与相对定点间距R呈线性相关,R=1.2时测量平均误差在-4%以内,而R=2.4~4.8时测量误差范围在-15%~-30%之间。研究成果可为河工模型试验测量技术以及光纤传感监测排体变形的现场应用提供参考。

相衬光学相干弹性成像的超分辨应变测量

相衬光学相干弹性成像的相位分辨率受限于系统的光源带宽,导致层析应变成像质量低。这严重制约了相衬光学相干弹性成像的实际应用与发展。为此,本文提出一种基于数据驱动的超分辨应变测量方法,以解决相位分辨率受限下的应变重构困难问题。首先,根据相衬光学相干弹性成像原理,搭建了层析应变测量模型,用于获取网络训练所需的数据集,解决实际测量过程中超分辨应变标签难以获取的问题。其次,构建深度卷积神经网络,通过带有层析分辨率受限特点的数据驱动方式,让网络学习低分辨相位与高分辨应变之间的映射关系,从而实现相衬光学相干弹性成像的超分辨应变测量。最后,采用数值验证和压缩变形加载实验对本文方法的性能进行验证。实验结果表明本文方法在窄带宽输出下能重构出宽带宽的应变测量效果,并且其信噪比相比于矢量方法和传统应变计算深度神经网络,分别提高了18.4 dB和1.45 dB。本文方法可以突破系统光源的带宽限制,在低分辨相位输入条件下实现超分辨应变测量,从而加快相衬光学相干弹性成像在力学性能表征、内部早期损伤探测等方面的应用前景。

全机静力试验应变测量优化方法

全机静力试验中,每个工况对应不同的应变测量规模,并且静力试验周期长,将所有应变片全部接入到测量设备上,会导致设备利用率极低。针对上述问题,本文提出了一种飞机主体结构应变分组以及飞机主体结构加非主体结构A+B的应变测量优化方法,能够使设备利用率最大化,从而解决型号任务多的时候应变测量设备不够的问题。

基于应力应变法的齿轮拟静态传动误差测量研究

为提升齿轮传动误差的测量技术,提出一种基于应力应变法的直齿圆柱齿轮传动误差测试方法,并通过有限元法和理论计算与测试结果进行相互验证,证明应力应变法的可行性,对理论计算结果与试验测试结果进行分析,结果显示两者所得到的齿轮传动误差变化趋势一致,进一步证明应力应变法的有效性。并且对齿轮啮合过程中齿轮箱体变形情况进行仿真与测试,测试结果表明:齿轮箱体变形对齿轮传动误差影响很小,可忽略不计。通过对应力应变法测量齿轮传动误差的研究,可为测量齿轮传动误差提供一种新的快捷、简便、实用的测量方法。

一种新型液压导管应变测量装置设计与研究

针对飞行器液压导管应变测量环境复杂,传统有线测量设备传感器布置困难、引线多等问题,提出了一种新型液压导管应变测量方法。该方法基于频响函数法建立测量装置与导管的动力学模型,研究了两者之间的应变映射关系,设计了可拆卸式测量装置,实现传感器非接触测量导管应变;结合理论计算和有限元仿真,研究了测量装置对导管模态及应变的影响,优化了装置设计及相关尺寸参数;通过试验验证有限元仿真结果,检验了装置非接触测量液压导管应变方法的有效性。结果表明,测量装置对导管应变影响微弱,300 Hz以下应变重构相对平均偏差为6.2%,证明测量装置能够有效测得导管应变,该方法和装置有望解决复杂测量环境下飞行器液压导管应变的快速准确测量问题。

基于数字图像相关法的应变场测量系统校准技术研究综述

介绍了基于数字图像相关法(Digital Image Correlation,DIC)的应变场测量系统的原理、应用场合及发展现状,阐述了对该系统进行校准的必要性。介绍了四点弯曲校准法、单轴拉伸校准法、垂直加载校准法、散斑变换校准法等具有代表性的DIC应变场测量系统校准方法的原理,从校准维度、校准范围、装置成本、装置复杂性、计量溯源性、测量不确定度等方面对比分析了各校准方法的优势与不足,指出可通过改进传感器性能、优化测量光路、提升散斑质量等手段提升校准准确性。展望了基于DIC的应变场测量系统校准技术的发展方向,指出未来应针对大变形场的可靠产生与复现、散斑图样的三维立体化、多种校准数据的有机融合等开展研究,以进一步拓展应变场校准范围并降低测量不确定度。

非接触应变测量技术在高温应变测试中的应用研究

数字图像相关(DIC)方法作为一种典型的非接触应变测量技术,是一种强大而灵活的表面变形测量工具。该方法的优点是试验设置和试样制备简单,对测量环境的要求较低,测量灵敏度和分辨率范围大。本文主要介绍了DIC方法的基本理论、关键技术以及该方法在工程中的应用进展。

基于蓝牙无线传输技术的液压导管应变测量系统

液压导管应变检测是保证液压系统安全可靠运行和判断系统结构健康状况的关键,针对有线应变测试设备存在的问题,设计了一套基于蓝牙无线传输技术的应变测量系统。系统设计遵循体积小、低功耗的原则,基于蓝牙低功耗、高信号质量的无线传输技术,根据一主多从模式架构设计了主从机电路,设计完成液压导管应变采集和无线通信等功能需求,另外设计配套数据传输与处理软件,在交互界面实现数据实时显示与分析。通过有线采集设备与无线测量系统的应变测量对比实验,证明本文设计的基于蓝牙无线传输技术的应变测量系统能够准确有效测得液压导管应变。

阵列式应变风速仪在测量中的应用研究

流道口气流场均匀度和强度在很多工程场景中具有重要意义,如对于气动学测试、散热器效率等都具有很大影响。研究发现,散热器单位面积气流流速越快,散热速率越高,气体流速越均匀,散热速率也会越稳定;而在气动学测试中,流场截面上各个位置处气流场流速均匀度对测试结果的准确性影响很大,流速不均匀或者流速测定不准可能导致试验的结果失败。提出了一种基于应变的阵列式风速仪,并探讨了其在气体流场测量中的应用。该风速仪采用由多个高精度应变传感器组成的阵列,通过测量气流作用在传感器上的应变变化来计算风速。实验结果表明,该风速仪能够有效地反映出气体流场的动态变化,具有较高的测量精度和稳定性。

基于ARAMIS的铝合金拉伸过程声发射特性分析

对5052铝合金板材进行了单向拉伸试验,利用ARAMIS应变测量系统获得了铝合金材料在拉伸过程中的应变场,并同时用声发射检测仪检测了铝合金拉伸过程中的声发射信号。通过分析试件拉伸过程中各个阶段声发射特征信号,对比同时刻ARAMIS所得的应变云图,结合金属学原理,分析了5052铝合金在拉伸过程中各个阶段声发射信号产生的机制。结果表明:ARAMIS应变测量系统和声发射检测仪均能较好地测得5052铝合金在拉伸过程的变形破坏特征,利用ARAMIS应变测量系统测得试件表面吕德斯带的变化规律可以进一步解释试件在拉伸过程中声发射信号产生原因。

基于响应面法的应变测量精度因子的分析与优化

应变计是诊断结构杆件健康状态的重要传感器,不同应变计其测量精度不同,为研究应变计达到更高测量精度所要求的条件,对应变计敏感栅结构参数及所处的环境温度进行了优化分析。首先,采用有限元计算方法分析了敏感栅栅丝长度、栅丝长宽比以及温度对测量精度的影响;然后,利用design-expert建立了测量精度的响应面模型,并利用评价函数法对响应面模型进行了优化,得到了最优的参数组合;最后,通过格构式杆件的拉压试验进行了优化验证。研究结果表明:敏感栅长宽比存在中间最优值;测量精度不随敏感栅长度的增加而提高;25℃是较佳的测量环境温度;利用评价函数法对响应面模型优化得到了最优参数组合,即L=4 mm,H=2 mm,T=25℃,通过试验验证了优化后的参数组合较优化前使应变计的测量精度有了明显的提高,较优化前提高了3.760%。对建立的应变计测量精度响应面进行优化,可明显降低所研究因子的叠加效应对应变计造成的测量误差,该研究方法为应变计的设计与选择提供了有效依据。

基于轮轴疲劳试验台的ARAMIS光学测量系统的应用

轮轴疲劳裂纹的探伤方法主要包含磁粉探伤、超声波探伤·、渗透探伤等,然而这些方法均不能实现轮轴疲劳试验过程中裂纹的实时监测。ARAMIS(4M型)光学测量系统(简称ARAMIS系统)不仅能对运动工件的裂纹进行实时监测,侦测裂纹萌生的大致时间,还可计算裂纹长度和扩展速率。本文以轮轴疲劳试验为例,介绍了ARAMIS系统实时车轴疲劳裂纹检测的整个过程。同时对该系统存在的不足,提出解决方案。

结构疲劳试验中应变数据测量模式研究

在疲劳试验过程中,数据测量至关重要。文章通过研究3种模式的疲劳试验应变数据测量,对比不同的测量设备及应变片粘贴及连接方式,给出结构疲劳试验中应变数据测量最为稳定的测量方式,保证了试验运行的安全。

提高钢轨应变灵敏度的测量方法研究

本文基于剪力测试法仿真分析计算了6种不同布片组桥方案在恒定荷载作用下的应变灵敏度响应输出。仿真分析结果表明:单组桥方案中应变灵敏度响应随着测量范围的缩小而增大,不能同时实现应变灵敏度响应和测量范围的最大化。而通过将紧邻轨枕边的2组桥路应变灵敏度响应输出进行线性叠加,能显著提高近似恒定的应变灵敏度响应输出,同时能实现测量范围的最大化。这为准确获取并识别轮轨力应变信号并判断列车的运行状态和推算轮轨间作用力大小提供了有利条件,是一种切实可行的提高灵敏度的测量方法。

新方法解决超高温极端环境应变场测量难题

据报道,北京航空航天大学李宜彬教授团队首次利用自主研发的紫外-数字图像(UV-DIC)系统,实现了3 000℃超高温极端环境应变场测量。相关研究成果近日发表于国际无损检测领域权威杂志《无损检测与评价》上。此前,在超高温极端环境应变场测量领域一直缺乏有效测量表征手段。其主要难点包括:1)超高温热辐射导致测量图像过度曝光,无法表征;2)使用中性密度、蓝光和偏振等多组滤光片,导致测量步骤繁琐,表征成像效果欠佳;3)作为变形信息载体的散斑在超高温中容易脱落,导致测量失败,无法表征。

基于无线静态应变测量技术的人字闸门背拉杆预应力调整研究

为研究无线静态应变测量技术在大型船闸金属结构件应变检测中的应用,利用无线静态应变测量技术开展工程实践,探讨了无线静态应变测量技术在船闸人字闸门背拉杆预应力调整应用中的可行性,并在2022年实施的某大型船闸计划性停航检修中,对下游两扇人字闸门背拉杆进行了改造及预应力调整。结果表明:经过通航之后运行检查,闸门使用效果良好。该技术能够提高检测的精度和传输可靠性,具有高效、便捷的优点,研究成果可为船闸人字闸门背拉杆静态应变测量提供新的解决方案,同时能够为人字闸门的检修提供可靠的数据支持。