检索结果-南通市图书馆

作者：郭学伟江苏大学

学位级别：硕士

在无人机的研发制造上,机翼是无人机无法缺少的传力和承力组件,对整机的性能影响及其重要,且其结构质量的减重研究是一项重大难题。无人机机翼结构上复合材料的应用,不仅能达到显著的结构减重效果,还能有效提高无人机机翼结构的整体性... 详细信息

在无人机的研发制造上,机翼是无人机无法缺少的传力和承力组件,对整机的性能影响及其重要,且其结构质量的减重研究是一项重大难题。无人机机翼结构上复合材料的应用,不仅能达到显著的结构减重效果,还能有效提高无人机机翼结构的整体性能。本文采用单目标驱动多变量综合作用的优化方法对机翼结构进行优化设计,采用分步式方法对复合材料机翼部件进行铺层结构优化设计,以期达到机翼结构减重及提高机翼整体性能的目标。本文主要的研究工作及成果如下:(1)通过对复合材料结构设计特点、机翼结构形式、机翼设计原则以及机翼结构外载情况的分析,进行了机翼结构的总体布局、机翼翼型的选取和初始设计参数的确立,建立了NACA2412翼型、薄蒙皮、双翼梁多肋板式机翼结构模型。(2)在ANSYS Workbench的平台上,采用目标驱动优化设计方法,对机翼结构进行了优化设计,分析了各设计变量对优化目标及机翼性能的影响。结果表明:初始机翼符合设计要求,但存在很大的优化空间;蒙皮厚度、前后翼梁的宽度及其厚度对机翼结构质量和整体性能影响程度较大;优化后的机翼相比于优化前的设计方案,机翼结构质量减轻了64%,结构效率提高了79%,达到了很好的优化效果。(3)采用分步式方法对碳纤维机翼部件进行铺层结构优化设计。采用单因素分析方法对蒙皮夹芯结构的上下面板厚度和蜂窝芯层厚度进行优化设计分析,继而对蒙皮上下面板的铺层角度进行优化设计;采用遗传算法对翼梁和肋板层合板结构的铺层顺序进行优化设计,继而对翼梁和肋板层合板结构的任意角度铺层进行优化设计。结果表明:优化后的机翼符合设计要求;相比于优化前的机翼,机翼结构质量减轻了33%、机翼结构强度增强28%,机翼结构刚度增强17%,机翼最大Tsai-Wu失效因子降低38%,优化效果极好,提高了机翼结构的整体性能。通过对机翼的结构优化设计及机翼部件铺层结构优化设计,机翼结构质量总共减重高达76%,且相比于结构优化设计后的机翼,有效提高了机翼结构的整体性能,为工程应用提供了实则性的指导。

关键词：机翼结构复合材料轻量化优化设计有限元分析

基于冲击层数的铝合金紧固孔激光冲击强化抗疲劳研究

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基于冲击层数的铝合金紧固孔激光冲击强化抗疲劳研究

作者：余江江苏大学

学位级别：硕士

飞机结构中存在大量的小孔结构是飞机的薄弱环节,激光冲击强化技术能有效延长小孔的使用寿命,然而单层冲击存在应力分布不合理、疲劳增益不稳定的问题,为解决这一问题增加冲击层数对紧固孔的残余应力场进行调控,达到稳定提高紧固孔疲劳... 详细信息

飞机结构中存在大量的小孔结构是飞机的薄弱环节,激光冲击强化技术能有效延长小孔的使用寿命,然而单层冲击存在应力分布不合理、疲劳增益不稳定的问题,为解决这一问题增加冲击层数对紧固孔的残余应力场进行调控,达到稳定提高紧固孔疲劳寿命的目的。在满足疲劳增益稳定性的前提下,对冲击层数进行优化可以起到简化工艺、节约成本的作用。本文首先分析激光冲击层数研究现状,借助ABAQUS软件分析冲击层数等参数对紧固孔残余应力的影响,并对冲击层数等参数进行优化处理,设计了不同冲击层数的激光冲击试验,最后进行疲劳验证试验。本文的主要研究工作与成果如下:(1)从应力波角度分析了单次激光冲击残余应力形成和估算,从弹性极限和材料硬化的角度分析多次冲击残余应力场的叠加,最后根据残余应力对紧固孔应力强度因子的影响规律,揭示激光冲击处理延长紧固孔服役周期的机理。结果表明:冲击层数的增加可以提高残余应力,但每次增加幅度会减小;残余压应力能有效降低紧固孔的应力强度因子幅度。(2)利用ABAQUS软件分析冲击层数等参数对紧固孔残余应力的影响。结果表明:冲击层数的累加造成残余应力增大,但每次增加比例减小,双层、三层的结果相差不大,中间孔壁拉应力区不断压缩;与载荷半高宽和冲击层数相比,峰值压力对残余应力的影响更为显著;峰值压力较小时,载荷半高宽和冲击层数可以弥补峰值压力的不足,但峰值压力较大时,这种弥补作用不明显。(3)计算均匀拉伸下紧固孔的应力强度因子,在仿真残余应力的基础上,计算均匀拉伸和残余应力场综合作用下紧固孔的应力强度因子,分析激光冲击处理对应力强度因子的修改。结果表明:激光冲击处理能有效降低紧固孔附近的应力强度因子。均匀拉伸下三维无量纲和有量纲应力强度因子趋势一致,随着θ角的增大先减小后增大,θ=00和900时应力强度因子最大;裂纹沿任意方向扩展时应力强度因子不断增大。(4)结合断口与残余应力结果,分析不同冲击层数对紧固孔疲劳寿命、裂纹源与裂纹扩展速率的影响;最后通过分析激光冲击层数对韧窝微观特征的影响,分析激光冲击对铝合金塑性的影响规律。结果表明:单层冲击疲劳增益较小,双层和三层冲击疲劳增益为单层的两倍,双层、三层强化端寿命相等。未强化试样是单点角裂纹,强化试样是孔壁多点疲劳源,冲击层数的累加导致裂纹源沿厚度方向转移。相比于未处理试样,强化端疲劳辉纹间距明显变窄,冲击层数的累加导致辉纹间距变窄,双层和三层的疲劳辉纹间距基本相等。强化层数的累加效应使韧窝更大、更深,说明激光冲击处理能提高试样的塑性变形能力。建立了冲击层数-残余应力-疲劳寿命三者之间的关系,激光冲击对应力强度因子幅度的修改是裂纹扩展寿命增大的原因,冲击层数对拉应力区的压缩是疲劳源转移的诱因,研究冲击层数对紧固孔疲劳寿命的影响,为工程实际应用提供参考。

关键词：激光冲击强化紧固孔冲击层数残余应力应力强度因子疲劳寿命疲劳断口

基于管道超声导波检测的信号处理及识别方法研究

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基于管道超声导波检测的信号处理及识别方法研究

作者：胡华健江苏大学

学位级别：硕士

管道运输在国防工业和国民经济中扮演着十分重要的角色,管道老化造成的裂纹、孔洞等缺陷容易引发特大安全事故,严重威胁人民生命财产安全,采用一种快速精准的无损检测技术能有效降低安全事故的风险。相比传统无损检测技术,超声导波检测... 详细信息

管道运输在国防工业和国民经济中扮演着十分重要的角色,管道老化造成的裂纹、孔洞等缺陷容易引发特大安全事故,严重威胁人民生命财产安全,采用一种快速精准的无损检测技术能有效降低安全事故的风险。相比传统无损检测技术,超声导波检测技术具有独特的优势。研究超声导波检测技术中回波信号处理、特征参数提取以及模式识别三个方面有益于管道缺陷快速精准的识别,对管道的安全维护有着十分重要的意义。本文研究了回波信号处理算法、特征参数提取及模式识别算法,结合研究内容搭建管道超声导波检测实验系统,运用该实验系统实现对管道特征与缺陷的准确识别。主要研究内容如下:（1）研究了短时傅里叶变换不同窗长对信号时频分析的影响并选用最佳的窗长对回波信号进行短时傅里叶变换处理;设计了一种基于人工鱼群优化小波阈值降噪算法,通过分析选择合适的小波基函数和分解层数,利用人工鱼群算法寻最优阈值实现对小波阈值降噪的优化并使用该方法对回波信号进行处理;设计了一种基于小波阈值-EMD的方法对回波信号进行处理;分析对比了三种方法处理回波信号的效果以及识别管道特征与缺陷位置的精度。研究了不同回波信号处理方法对特征参数的影响并选择合适的信号处理方法对回波信号进行预处理。以管道焊缝、端面、裂纹、孔洞四种常见的特征与缺陷作为研究对象,提取每类管道的特征参数,包括峰度系数、偏度系数、离散系数、熵值、小波系数能量值和小波系数方差值,绘制了特征参数曲线,分析了不同类别管道特征参数曲线的差异性和规律性。（2）结合特征参数构建BP神经网络,分析了各层神经元之间不同传递函数对管道特征与缺陷识别率的影响,并进一步优化BP神经网络;结合特征参数构建LVQ神经网络,分析了神经元不同节点数对管道特征与缺陷识别率的影响,并进一步优化LVQ神经网络;提出了一种遗传算法结合神经网络的方法实现对管道特征与缺陷的识别,利用遗传算法对特征参数进行优化筛选,从而降低特征参数之间的相关性,筛选后的特征参数结合优化后的BP、LVQ神经网络分别对管道特征与缺陷进行识别。结果表明:遗传算法结合优化后的BP、LVQ神经网络方法对管道特征与缺陷的识别率明显高于单独使用BP或LVQ神经网络,并且识别率高达80%以上。（3）基于以上研究成果,设计了超声导波检测的硬件系统和软件平台,建立了不同类别管道特征参数样本库,搭建了管道超声导波检测实验系统并使用该系统对人工预制的管道特征与缺陷进行实验研究。实验结果表明:当激励频率为95kHz时,实验系统对管道特征与缺陷的识别率最高,其中对管道特征与缺陷位置的识别误差均小于10cm,对管道特征与缺陷类别的识别率高于90%以上,验证了管道超声导波信号处理算法、特征参数提取及模式识别算法能够很好的完成管道特征与缺陷的识别。

关键词：管道超声导波信号处理特征参数提取模式识别神经网络

基于激光冲击的钛合金小孔构件残余应力分布及疲劳性能研究

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基于激光冲击的钛合金小孔构件残余应力分布及疲劳性能研究

作者：李振江苏大学

学位级别：硕士

孔结构往往是金属零部件上的应力集中环节,在外载荷的作用下孔角处极易萌生疲劳裂纹源,进而发生断裂,因此需要对孔结构进行强化处理。与传统的强化方式相比,激光冲击可以大幅度提高小孔构件的疲劳强度,在提高金属材料疲劳寿命方面具有... 详细信息

孔结构往往是金属零部件上的应力集中环节,在外载荷的作用下孔角处极易萌生疲劳裂纹源,进而发生断裂,因此需要对孔结构进行强化处理。与传统的强化方式相比,激光冲击可以大幅度提高小孔构件的疲劳强度,在提高金属材料疲劳寿命方面具有重要的作用。然而,针对在不同的应力水平下进行疲劳试验时,激光冲击后小孔构件的疲劳性能仍需进行一步研究。本文采用数值模拟与试验相结合的方法,研究激光冲击对TC4-DT钛合金小孔构件残余应力场分布及疲劳寿命的影响,并从断裂力学的角度入手,探索应力水平对强化后小孔构件疲劳损伤机制的影响。本文的主要研究内容及成果如下:(1)对激光冲击能够提高小孔构件疲劳性能的作用机制进行了理论分析,从残余应力场的角度出发,对小孔构件疲劳寿命提高的深层原因进行了研究,结果表明:激光冲击诱导的残余压应力能够有效地降低小孔构件孔角处的应力强度因子幅以及裂纹张开的可能性,并且残余压应力的产生使得小孔构件的疲劳强度得以提高;(2)以ABAQUS有限元分析软件为平台,研究小孔构件经不同激光参数冲击后残余应力场的分布规律。仿真结果表明,激光冲击层数、峰值压力以及激光脉宽的增大均可以有效地增加残余压应力影响层深度。以上三个因素在小孔构件的残余应力分布方面存在着相互协同的关系,在实际的激光冲击试验中需要兼顾考虑它们之间的关系。(3)对3mm厚度的TC4-DT钛合金小孔构构件进行激光冲击强化试验,并且在不同的应力水平下对其进行疲劳拉伸试验。试验结果表明,激光冲击后试样的疲劳寿命得到显著地提高。但是疲劳试验中应力水平的不同,对强化前后双联试样的疲劳寿命产生一定的影响,随着应力水平的增大,激光冲击前后试样的疲劳寿命均出现下降的趋势,并且激光冲击后试样的疲劳寿命增益也出现下降趋势。(4)通过对疲劳断口的微观形貌分析发现:试样未强化端断口上疲劳源出现在孔角处,在低应力水平下试样强化端断口上的疲劳源出现在孔壁中间部位,而在高应力水平下,试样强化端断口的孔壁方向上出现两个疲劳源;激光冲击能够有效地减小疲劳条带之间的间距。并且在应力水平不同的情况下,相同测量位置处激光强化端与未强化端断口上疲劳条带间距的比值也会有所差异,随着应力水平的增加,疲劳条带间距的比值不断增大,即裂纹扩展速率的比值不断增大。本文采用数值模拟与试验相结合的方法,研究了激光冲击对小孔构件疲劳性能的影响,得到以下结论:选择合理的激光冲击参数可以有效地提高小孔构件的疲劳寿命;在不同的应力水平下,小孔构件的疲劳寿命会有所不同,并且强化后试样疲劳寿命提高的幅度也会出现差异。研究小孔构件在不同应力水平下的疲劳行为,对于提高钛合金小孔件的抗疲劳性能具有重要的意义。

关键词：激光冲击强化应力水平 TC4-DT钛合金小孔构件残余应力场疲劳寿命

小孔构件激光冲击与芯棒挤压复合强化方法及疲劳特性研究

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小孔构件激光冲击与芯棒挤压复合强化方法及疲劳特性研究

作者：刘委江苏大学

学位级别：硕士

孔是结构件上易产生疲劳断裂的地方之一,飞机上存在着相当数量的孔构件,为提高其疲劳寿命,激光冲击强化技术及冷挤压强化技术都是较为高效的强化方法,本文尝试将这两者结合起来,实现全新的复合强化。本文通过理论分析、数值计算方法,研... 详细信息

孔是结构件上易产生疲劳断裂的地方之一,飞机上存在着相当数量的孔构件,为提高其疲劳寿命,激光冲击强化技术及冷挤压强化技术都是较为高效的强化方法,本文尝试将这两者结合起来,实现全新的复合强化。本文通过理论分析、数值计算方法,研究了复合与非复合强化方式对孔结构件应力分布及疲劳寿命的影响,探索了超声振动辅助传统芯棒挤压强化过程的力学特性,并进行了复合挤压强化相关试验。本文的主要研究工作及成果如下:（1）从理论上分析了激光冲击强化、冷挤压强化机理及其影响因素,分析了强化处理后的残余应力的分布,及其对疲劳寿命的影响,提出采用复合强化实现激光冲击与芯棒挤压强化的互补,分析了复合强化对疲劳裂纹的抑制作用。（2）基于ABAQUS软件进行复合与非复合强化数值模拟,分析了不同工艺参数对其残余应力分布的影响规律。结果显示,激光冲击强化时峰值压力高、作用时间长,其强化效果好;冷挤压强化时挤入端与挤出端的应力分布不一致,3%%左右的挤压量较为合理;复合强化时,先激光冲击强化后芯棒挤压强化产生了激光冲击作用完全被芯棒挤压强化所覆盖,但其强化效果稍优于单芯棒挤压强化;先冷挤压后激光冲击强化工艺顺序,可以有效改善冷挤压引起的挤入端与挤出端的差异,同时有效解决激光冲击强化造成孔壁中部残余拉应力问题,实现了激光冲击强化与芯棒挤压强化的相互补充。试验结果表明,7050-T7451试样经过复合强化后,其疲劳寿命有很大的提高。（3）芯棒挤压强化采用超声振动辅助芯棒挤压强化,降低了拉拔力,有效防止芯棒的断裂;超声挤压强化的呼吸振动和纵向振动模态比较研究,结果认为采用呼吸式超声振动挤压形式,其效果更好,在工程实际中可优先采用呼吸式超声振动;不同挤压量下,随着超声频率的增加拉拔力降低幅度明显;芯棒挤压强化后激光冲击复合强化过程中,加入防变形芯棒能够有效降低孔角的变形情况的发生。

关键词：复合强化结构孔激光冲击强化芯棒挤压强化残余应力疲劳寿命

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汽车连续变截面横梁板厚优化及回弹研究

汽车连续变截面横梁板厚优化及回弹研究

作者：王红伟江苏大学

学位级别：硕士

车身轻量化逐渐成为汽车工业发展的趋势之一,成为今后汽车工业发展中的一项关键性研究课题。连续变截面板由于其厚度分布能够随载荷分布连续变化的特点,具有等厚度板和拼焊板无可比拟的优势,是目前汽车轻量化的重要途径之一。尽管连续... 详细信息

车身轻量化逐渐成为汽车工业发展的趋势之一,成为今后汽车工业发展中的一项关键性研究课题。连续变截面板由于其厚度分布能够随载荷分布连续变化的特点,具有等厚度板和拼焊板无可比拟的优势,是目前汽车轻量化的重要途径之一。尽管连续变截面板具有很大优势,但在实际生产中也存在一些问题需要解决。一是如何根据零件所受的载荷求出其厚度分布,即连续变截面板零件的厚度优化问题。其次,连续变截面板由于各处厚度不同,冲压成形后各处的回弹量也有很大差异,将给后续的装配带来很大的问题;如何减小其回弹以及如何使其各处回弹量趋于平衡,即连续变截面板的回弹控制问题。首先从理论上分析U形件弯曲成形时在压边力作用下的应力应变特点,研究了U型件卸载后的回弹原理,并结合变截面板,对影响回弹的主要因素压边力进行了分析。汽车车身有大量受力大且受力复杂的粱类零件,特别适合用连续变截面板来制造,可以极大的减轻零件的重量,并节约材料和制造成本。针对目前科研和生产中的问题,以典型的汽车前排座椅下横梁为研究对象,利用大型通用有限元软件ANSYS及其参数优化设计语言APDL,通过编程建立横梁的变截面板有限元模型;根据其所受载荷,利用厚度函数对其沿长度方向的厚度分布进行优化。结果表明,与等厚度板相比,连续变截面板具有很好的减重效果。通过对比减重效果并结合实际生产情况,从而确定了汽车横梁的优化厚度分布。利用大型通用软件ANSYS/LS-DAYNA对连续变截面横梁的冲压成形及其卸载后的回弹进行了数值模拟,通过对等厚度板和连续变截面板的成形数值模拟分析可知,等厚板的冲压后减薄分布较为均匀,而变截面板由于存在厚度差,其薄处和厚处减薄率较大,中间过渡区减薄率较小。对于变截面板,由于变形时其厚处与薄处材料的相互制约,变截面板回弹量介于薄板和厚板回弹量之间。利用压边力控制技术,研究了整块压边力以及不同位置分块压边力作用下对回弹的控制效果;与整块压边圈相比,采用分块压边圈技术,可以使横梁的回弹量趋于平衡,同时整体回弹量有所下降。根据连续变截面横梁的成形及回弹的规律,在分块压边圈的基础上,采用随行程及位置不同压边力的控制方法,即在成形的前一阶段用小压边力,在成形的后一阶段采用大压边力,可以从整体上极大的减小回弹量,且各处的回弹量差别也更小,达到了很好的控制回弹效果。此外,对比分析表明,后一阶段的压边力太大太小对回弹控制都不利,在适度压边力下,可以使横梁的回弹量控制到最小。

关键词：连续变截面板(TRB) 轻量化汽车横梁厚度优化压边力回弹控制

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曲面翻边成形性及工艺参数优化研究

曲面翻边成形性及工艺参数优化研究

作者：宋什娟江苏大学

学位级别：硕士

由于焊接和装配的需要，大部分汽车覆盖件都要进行翻边成形。翻边成形精度的高低直接影响汽车覆盖件的最终成形精度。因此，合理确定翻边工艺参数提高翻边成形性能，对汽车覆盖件的设计及生产具有重要的指导意义。本论文在前人研究的基... 详细信息

由于焊接和装配的需要，大部分汽车覆盖件都要进行翻边成形。翻边成形精度的高低直接影响汽车覆盖件的最终成形精度。因此，合理确定翻边工艺参数提高翻边成形性能，对汽车覆盖件的设计及生产具有重要的指导意义。本论文在前人研究的基础上，对影响翻边成形质量的因素进行了深入的研究。目前国内外对于翻边研究仅限于平面翻边过程中翻边几何工具以及修边线位置对于翻边成形性能的影响，而对曲面翻边成形的研究却极少。首先从理论上分析了曲面翻边成形的成形工艺及变形特点及产生起皱和破裂缺陷的原因，然后以DYNAFORM为平台，对影响曲面翻边成形质量的因素进行了大量研究。重点分析了工艺参数如压边力、模具间隙、摩擦润滑条件及凸模圆角半径对于曲面翻边成形的影响，并揭示了它们的影响规律，并运用正交试验进行工艺参数优化。最后针对后轮罩封板利用正交实验对翻边工艺参数进行优化从而达到提高产品的翻边成形性能的目的。本文主要研究：1)对翻边成形时应力应变进行分析并讨论了翻边成形时产生起皱和破裂缺陷的原因;2)分析不同工艺参数对翻边成形质量的影响并揭示了它们的影响趋势;3)利用正交实验对工艺参数进行筛选以达到优化翻边成形质量的要求。针对以上内容，设计多种方案，通过对大量模拟数据的分析，利用正交实验确定了后轮罩封板的翻边工艺方案及主要的工艺参数，并通过实验证明，利用优化的翻边工艺参数基本消除了翻边工序中的起皱和破裂现象，提高了产品的成形性能。

关键词：汽车覆盖件曲面翻边工艺参数优化正交实验

基于驰豫单晶的压电导波换能器的研制及接收试验研究

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基于驰豫单晶的压电导波换能器的研制及接收试验研究

作者：陈凯歌江苏大学

学位级别：硕士

管道超声导波检测具有传播距离远、检测效率高和无需大面积去除包覆层等优点,成为了管道无损检测领域的研究热点。超声换能器作为检测系统的主要组成部分,其性能的优劣直接影响检测的效果。目前通常采用压电陶瓷作为超声换能器的致动材... 详细信息

管道超声导波检测具有传播距离远、检测效率高和无需大面积去除包覆层等优点,成为了管道无损检测领域的研究热点。超声换能器作为检测系统的主要组成部分,其性能的优劣直接影响检测的效果。目前通常采用压电陶瓷作为超声换能器的致动材料,但新型的驰豫单晶材料具有更高的压电性能,具有很大的发展潜力。因此研制驰豫单晶超声换能器对于提高管道缺陷的检出率和检测效率具有很大的现实意义。本文主要通过试验研究了驰豫单晶换能器结构中的匹配层、背衬层及换能器的封装方法等对接收信号回波系数、信噪比和始波拖尾时间等性能的影响。通过Matlab数值模拟研究了换能器的输入阻抗随频率的变化关系。并对比了传统压电陶瓷换能器和驰豫单晶换能器的接收效果。本文的主要研究工作和成果包括:(1)建立了管道导波检测系统,根据频散曲线确定换能器激励的导波模态,并制定了驰豫单晶换能器性能的评定标准。通过Ansys模拟研究了不同尺寸下驰豫单晶片的接收幅值,结果表明,当驰豫单晶长度达到20mm后,随着驰豫单晶长度的增加,接收信号幅值增长缓慢,综合分析后采用20mm驰豫单晶作为最终尺寸。(2)根据推导的声强透射率公式研究了不同材料声阻抗和不同材料厚度作为匹配层时的声强透射率变化规律。结果表明,声强透射率随匹配层声阻抗的增大而增大,随匹配层厚度的增大而呈现周期性变化。在匹配层厚度较小(<1mm),声阻抗大于5×106Pa·s/m时,匹配层的材料和厚度对声强透射率的影响较小。考虑声波在匹配层中的衰减,通过试验研究了不同匹配层厚度对焊缝回波系数、信噪比和拖尾时间的影响。结果表明,在低频区,匹配层厚度的增加有益于回波系数的提高;在高频区,回波系数随匹配层的增大而先增大后减小;匹配层厚度增大会降低信噪比,但对拖尾时间无明显影响。(3)通过对碳化硅、环氧树脂和聚硫橡胶的不同配比,制作了四种不同的匹配层材料,并通过脉冲回波法测得了四种背衬的声阻抗;通过试验,研究了不同声阻抗材料对回波系数、信噪比和拖尾时间的影响。结果表明,当背衬层声阻抗较小时,随着背衬层声阻抗的增大,回波系数越来越小,信噪比有所提高,拖尾时间无明显变化。(4)根据驰豫单晶的三端等效网络模型和无源器件的二端等效网络模型,以及驰豫单晶的等效电路,推导了换能器输入阻抗的数值计算方法,并采用Matlab软件研究了换能器输入阻抗随激励频率和匹配层及背衬层厚度的变化规律。结果表明,输入阻抗受匹配层和背衬层厚度的变化较小,但随着激励频率的变化逐渐减小。本文采用理论分析和试验的方式研究了驰豫单晶换能器的设计,并通过试验验证了驰豫单晶换能器的整体检测性能。研究工作对于高性能驰豫单晶换能器的研制起到了有益的参考作用。

关键词：超声换能器驰豫单晶背衬层匹配层等效电路接收试验

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激光冲击金属板料残余应力场及边界效应研究

激光冲击金属板料残余应力场及边界效应研究

作者：刘赤荣江苏大学

学位级别：硕士

激光冲击处理技术是利用高功率密度、短脉冲激光束辐射金属材料,使材料表面涂层迅速汽化形成等离子体并膨胀爆炸产生高压冲击波,该冲击波使材料表层形成高残余压应力,从而提高金属板料抗磨损、抗腐蚀和抗疲劳等力学性能的一种新型的表... 详细信息

激光冲击处理技术是利用高功率密度、短脉冲激光束辐射金属材料,使材料表面涂层迅速汽化形成等离子体并膨胀爆炸产生高压冲击波,该冲击波使材料表层形成高残余压应力,从而提高金属板料抗磨损、抗腐蚀和抗疲劳等力学性能的一种新型的表面改性处理技术。本文从激光冲击波诱导残余应力场的机理出发,通过仿真和实验研究了激光冲击金属板料残余应力场及边界效应,主要取得如下研究成果:分析了激光诱导冲击波的形成机理及冲击波在材料中传播和衰减规律。研究了激光冲击过程中冲击波作用下材料内残余应力的形成过程。讨论了影响残余应力大小和分布的主要因素。提出了激光冲击处理数值仿真建模方法。根据激光冲击的特点,结合有限元理论,以ABAQUS为平台,利用显式动态分析与隐式静态分析相结合的方法,建立激光冲击波的加载数值模型。基于能量变化趋势,确定显式分析时间。对单点激光冲击进行了仿真研究。研究表明,提高激光功率密度可以增加板料表层残余应力场,但是功率密度较大时会产生“残余应力洞”现象。冲击次数对单点激光冲击影响表明同一位置,多次冲击后,残余应力会趋于饱和,最佳冲击次数为2-3次。另外,提出了“残余应力洞”产生机理,是由于冲击区域的边界效应产生的稀疏波向中心传播,引起中心区域发生反向塑性变形,从而降低此处残余压应力。采用对冲工艺或采用椭圆形或方形光斑可以减弱冲击中心残余应力缺乏。仿真研究了两点搭接和多点搭接在不同搭接率下搭接区和冲击区边界处残余应力的分布。研究发现:搭接冲击可以在工件表面获得比较均匀的残余应力场,搭接冲击区残余压应力比单点冲击区要大;对于一定工艺参数下激光搭接冲击,必须合理选择搭接率,并不是搭接率越大越好;由于边界效应,冲击光斑边界残余压应力比较薄弱,但是增加激光搭接率可以降低边界效应。试验研究了单面和双面搭接冲击处理板料表面残余应力场。与单面冲击相比,双面冲击的正面残余应力分布较为均匀,残余压应力较大;在冲击区的侧面,由于边缘效应的作用残余压应力很小,甚至为拉应力。对冲击件的疲劳试验表明:搭接冲击处理能有效的提高工件的疲劳寿命;此外,由于边界效应,在冲击区边界处容易产生裂纹。

关键词：激光冲击处理残余应力场数值仿真边界效应

海上转载平台设备钢结构过载与数据采集分析系统研究

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海上转载平台设备钢结构过载与数据采集分析系统研究

作者：刘桥振江苏大学

学位级别：硕士

由于大型船只载重量大,吃水深度深,船只无法驶入内河或靠岸进行物料卸载,因此设计了一种海上转载平台也称移动式码头来解决这个问题。转载平台的装卸设备大,集成度高,作业环境也比较复杂、恶劣,作业时的安全问题尤为重要。本文从理论、... 详细信息

由于大型船只载重量大,吃水深度深,船只无法驶入内河或靠岸进行物料卸载,因此设计了一种海上转载平台也称移动式码头来解决这个问题。转载平台的装卸设备大,集成度高,作业环境也比较复杂、恶劣,作业时的安全问题尤为重要。本文从理论、仿真以及实验方面,针对海上转载平台设备钢结构应力状态进行实时在线监测与数据分析系统进行研究,实现设备钢结构应力的实时监测,并通过BP神经网络专家系统的分析给出具体结果与相应指令,确保整个平台安全、高效的转载作业,具体研究工作如下:针对转载平台装卸设备工作环境、运转方式、设备结构等进行研究分析,制定了整个转载平台系统的监测与分析方案,并运用Pro/E三维软件建立了平台上卸船机、装船机的三维模型。研究分析了卸船机钢结构的风载荷分布与大小,运用ANSYS有限元软件中的线性静态强度分析模块以及模态分析模块对设备钢结构应力、模态振型进行了仿真与分析,找出了设备钢结构的薄弱或是最先出现安全问题的区域,为后续监测系统中传感器的最优布置提供了依据。针对平台设备钢结构应力监测系统中传感器的多个解调技术进行了对比分析,并对监测系统中的信号采集模块进行了硬件和软件方面的设计;针对信号处理模块进行了信号分析部分算法的研究与信号处理部分FIR数字滤波器的设计。对无线数据传输模块(GPRS DTU)进行了研究,解决了整个平台设备多,集成度高,布置数据传输线路会影响机械设备正常运行对的问题。研究工作实现了监测系统中信号的快速采集、处理与无线传输功能。在数据收集和专家经验的基础上,分析了BP神经网络的结构、学习规则,建立了基于BP神经网络技术的专家分析系统的基本结构,并针对系统中的知识库模块、推理机模块、解释器模块进行了设计;通过现场实验验证,对监测与专家分析系统的有效性进行分析。研究工作建立了基于BP神经网络技术的专家分析系统。

关键词：海上转载平台监测与分析信号采集与处理 BP神经网络