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含裂纹损伤结构强度的多源数据融合方法研究

工程力学 2023年第9期40卷 20-28页

作者：代彤彤贾子光任亮李宏男大连理工大学建设工程学部辽宁大连116024 大连理工大学海洋科学与技术学院辽宁盘锦124221

海洋结构在服役期间,不可避免地受到复杂的环境载荷和操作载荷的作用。对于金属材料的海洋结构,断裂是其失效的主要形式,所以,及时、准确地监测裂纹的萌生和扩展是很有必要的。而应力强度因子(SIF)是判断裂纹失稳扩展的一个重要指标。... 详细信息

海洋结构在服役期间,不可避免地受到复杂的环境载荷和操作载荷的作用。对于金属材料的海洋结构,断裂是其失效的主要形式,所以,及时、准确地监测裂纹的萌生和扩展是很有必要的。而应力强度因子(SIF)是判断裂纹失稳扩展的一个重要指标。该文在现有研究的基础上,将基于单应变片(SSG)和最大张口位移(CMOD)的SIF的确定方法相结合,提出了一种基于数据融合的SIF的估计方法。对该方法进行了数值模拟和实验验证,结果表明,该方法适用于多种配置的裂纹试件,且与基于单应变片和最大张口位移的方法相比,所提方法可以获得更精确的结果,相对误差(RE)不超过1.2%。

关键词： SIF 卡尔曼滤波应变片裂纹张口位移海洋结构

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谐波齿轮内嵌力矩传感器设计

华中科技大学学报（自然科学版） 2023年第10期51卷 19-24页

作者：向馗刘长城彭达坤唐必伟武汉理工大学自动化学院湖北武汉430074

为获取关节级精确输出力矩值,方便实现机器人关节力控,提出一种内嵌于谐波齿轮的力矩传感器设计方案,可有效减少关节模组设计尺寸及质量.采用四对对称分布的应变片粘贴于柔轮底部,提出一种基于激光打点的精确定位方式,以提高应变片定位... 详细信息

为获取关节级精确输出力矩值,方便实现机器人关节力控,提出一种内嵌于谐波齿轮的力矩传感器设计方案,可有效减少关节模组设计尺寸及质量.采用四对对称分布的应变片粘贴于柔轮底部,提出一种基于激光打点的精确定位方式,以提高应变片定位精度;同时利用卡尔曼滤波方法降低应变片输出信号中转矩脉动干扰;最后,通过样机试制获得试验测试结果,并推导出柔轮力矩与关节输出力矩关系.经优化设计后,内嵌式力矩传感器静态时均方根误差为1.04%,动态时均方根误差为1.27%,具备测量关节模组末端输出力矩的能力.

关键词：关节模组谐波齿轮力矩传感器应变片卡尔曼滤波

应变片位置的应变水平对旋转弯曲疲劳试验的影响

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机床与液压 2023年第17期51卷 135-140页

作者：张凌云傅垚何建冬田笑添刘泗栋沈阳航空航天大学航空制造工艺数字化国防重点学科实验室辽宁沈阳110136 大连长之琳科技有限公司辽宁大连116602

旋转弯曲疲劳试验是检测航空导管合格率的重要手段之一。在无扩口导管旋转弯曲疲劳试验中,通常将应变片粘贴在靠近导管承受最大应力处,但二者之间难以避免地存在误差,影响试验结果。针对此问题,基于应力-应变的理论分析,采用Abaqus软件... 详细信息

旋转弯曲疲劳试验是检测航空导管合格率的重要手段之一。在无扩口导管旋转弯曲疲劳试验中,通常将应变片粘贴在靠近导管承受最大应力处,但二者之间难以避免地存在误差,影响试验结果。针对此问题,基于应力-应变的理论分析,采用Abaqus软件对7种常见规格的TA18无扩口导管进行有限元仿真模拟,得到其应变片位置处的应变值及导管最大应变值,并进行试验验证。结果表明:导管实际产生的最大应变与应变片位置处所测得的应变值的相对误差在7%左右。参照航标,采用以应变片读数低于理论应变值5%的修正方法来进行试验,对确保试验结果的准确性具有一定的指导意义。

关键词：应变片无扩口导管旋转弯曲疲劳试验应力-应变分析有限元仿真

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应变片排布位置对柱式力传感器输出影响

仪器仪表学报 2019年第5期40卷 132-143页

作者：梁伟韦铁平杨晓翔赖征创姚进辉福州大学机械工程及自动化学院福州350116 福建省计量科学研究院福州350003 福建工程学院机械与汽车工程学院福州350118

研究偏心、倾斜载荷作用下,应变片排布位置对柱式力传感器输出的影响,对提高传感器抗偏心、倾斜载荷能力具有重要作用。采用弹性理论建立了偏心、倾斜载荷作用下,考虑应变片位置偏差、角度偏差、高度位置影响的柱式传感器输出模型。基... 详细信息

研究偏心、倾斜载荷作用下,应变片排布位置对柱式力传感器输出的影响,对提高传感器抗偏心、倾斜载荷能力具有重要作用。采用弹性理论建立了偏心、倾斜载荷作用下,考虑应变片位置偏差、角度偏差、高度位置影响的柱式传感器输出模型。基于该模型,分别讨论了应变片位置偏差、角度偏差和高度位置对传感器示值误差和方位误差的影响,并进行实验验证。研究结果表明,当应变片之间存在位置偏差或应变片存在角度偏差,传感器在偏心、倾斜载荷作用下,将产生较大示值误差和方位误差,且误差随位置偏差或角度偏差的增大而迅速增大。应变片粘贴时,如果位置偏差和角度偏差均不大于1°,则即使传感器在0.1°倾斜载荷作用下,示值误差也可以控制在±0.15%以内。贴片高度位置变化对传感器输出的影响较小。该力传感器输出模型分析结果准确可靠,对控制传感器生产工艺水平具有一定指导作用。

关键词：应变片力传感器寄生分量示值误差

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应变片外观缺陷检测方法

科学技术与工程 2023年第23期23卷 9973-9978页

作者：郝志浪卫保国赵晓波中煤航测遥感集团有限公司西安710199 西北工业大学电子信息学院西安710129

应变片是用于测量应变的关键元件,在实际中应用广泛,其外观缺陷检测在工业生产中具有重要意义。针对应变片图像缺陷检测存在的难点和人工目视检测应变片外观缺陷存在的成本高、检测结果不稳定、效率低等问题,提出了一种自动检测应变片... 详细信息

应变片是用于测量应变的关键元件,在实际中应用广泛,其外观缺陷检测在工业生产中具有重要意义。针对应变片图像缺陷检测存在的难点和人工目视检测应变片外观缺陷存在的成本高、检测结果不稳定、效率低等问题,提出了一种自动检测应变片外观缺陷的方法。其中提出了方向Canny边缘检测算法,在准确检测出应变片图像边缘的同时,有效解决了传统Canny边缘检测算法的耗时问题。针对应变片图像灰度分布不均、光照剧烈变化等情况,提出了动态阈值法来分割丝栅区和焊接区。首先,对应变片图像采用双边滤波进行预处理,在去除噪声干扰的同时保留边缘信息;然后,根据方向Canny算子分割出感兴趣区域;其次,根据动态阈值法分割出丝栅区和焊接区;最后,采用形态学操作的方法,检测应变片存在的缺陷。实验结果表明,本文所提检测方法能够准确有效地检测出应变片外观缺陷,算法稳定性高,满足实时性要求;同时系统人工干预少,检测效率高,能实现自动检测。

关键词：应变片缺陷检测方向Canny算子动态阈值投影分析法

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应变片表面缺陷检测与标记装置控制系统研究

应变片表面缺陷检测与标记装置控制系统研究

作者：郭声琨山东大学

学位级别：硕士

应变片是一种广泛用于测量应力变化的工业传感元件。应变片表面缺陷检测与标记是应变片加工生产中的重要工序,长期以来的人工检测方式极大地限制了应变片生产效率。近年来,随着运动控制、嵌入式操作系统、机器视觉等技术的不断发展,应... 详细信息

应变片是一种广泛用于测量应力变化的工业传感元件。应变片表面缺陷检测与标记是应变片加工生产中的重要工序,长期以来的人工检测方式极大地限制了应变片生产效率。近年来,随着运动控制、嵌入式操作系统、机器视觉等技术的不断发展,应变片表面缺陷检测与标记自动化实现的条件逐渐成熟。本文基于应变片表面缺陷人工检测与标记工序流程搭建自动化装置,研究并实现应变片表面缺陷检测与标记装置控制系统。具体工作如下。分析应变片表面缺陷人工检测与标记流程,为工序流程自动化设计运动控制平台;其次针对运动控制方案低成本、高精度的需求,以STM32为主控CPU,输出可控个数的变频脉冲以控制步进电机运行;为实现平台的基本功能和运动控制方案,依次设计平台控制器的硬件PCB电路及软件功能模块,并移植嵌入式实时操作系统实现运动控制的多轴协同运动;最后进行了平台功能测试实验,实验结果表明,平台达到了微米级运动控制精度,能够实现单片检测与标记的多轴运动控制逻辑。为实现多版型应变片单片高质量图像采集,通过分析应变片机器视觉检测需求,结合实际的安装条件限制,设计并搭建了适用于应变片单片成像的照明系统;将应变片图像质量与图像梯度信息相联系,在图像Tenengrad函数的基础上,提出一种按面积等比例滤除聚酰亚胺干扰的有效梯度评价方法,将该方法与Tenengrad函数相融合,设计曝光评价函数,并应用曝光时间记录表和爬山算法设计了曝光的自动调整机制。最后进行不同版型的应变片图像采集实验,实验结果表明,本文设计的检测成像系统,能够清晰呈现应变片单片的不同缺陷,有效弥补传统曝光算法下针孔类型缺陷不易识别的不足。为进一步提高应变片表面缺陷检测与标记装置的运行效率,分析检测与标记工序中整板标记耗时过长的问题,提出一种整板标记与检测相分离的工序实现方案;为实现该方案,提出一种将有向边抽象为点的方法,与ATSP(Asymmetric travelling salesman problem)转化为经典TSP(Travelling salesman problem)实例转化方法相融合,设计了整板标记的路径规划问题转化为经典TSP实例的方法。可将整板标记的路径规划问题转化为经典TSP实例,通过高性能求解器进行求解。为验证转化方法的可靠性,本文将转化方法用于LKH和Concorde求解器进行验证,实验结果表明,转化后的经典TSP实例,通过先进TSP求解器的求解结果一定对应转化前问题实例的解,且解的最优性不降低。最后通过比较不同的整板标记方案,验证本文提出的整板标记方案明显提高了装置的运行效率。根据应变片表面缺陷检测与标记装置的功能需求和设计要求,设计并开发了应变片表面缺陷检测与标记控制软件。面向操作人员和研发人员,提供电机调速参数设定、平台运行状态监测与控制、整板检测与标记等功能,运行测试展示了应变片表面缺陷检测与标记装置控制软件的有效性。

关键词：应变片运动控制曝光算法整板标记 TSP路径规划

无封装FBG应变传感器在桩基试验中的标定研究

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传感技术学报 2023年第12期36卷 1871-1877页

作者：朱怀龙刘俊杰朱碧堂江西交通职业技术学院建筑工程学院江西南昌330013 华东交通大学江西省岩土工程基础设施安全与控制重点实验室江西南昌330013 江西省地下空间技术开发工程研究中心江西南昌330013

针对海上风电桩基的沉桩模型试验,采用无封装分布式光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)应变传感器对模型桩的沉桩过程进行应变监测,为提高FBG应变传感器的测量精度,通过采用自主设计并研制出的标定装置,提出了一种用于桩基试验的无封装... 详细信息

针对海上风电桩基的沉桩模型试验,采用无封装分布式光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)应变传感器对模型桩的沉桩过程进行应变监测,为提高FBG应变传感器的测量精度,通过采用自主设计并研制出的标定装置,提出了一种用于桩基试验的无封装FBG应变传感器灵敏度系数的标定方法,并将标定结果与理论值进行对比。随后,在模型桩的桩顶、桩中和桩底位置安装电阻式应变片进行加载试验,将FBG应变传感器的测量应变数据与电阻应变片测量数据进行对比分析。研究结果表明:标定后的FBG应变传感器的灵敏度系数与理论值相比存在较大差异,最大误差为6.76%,这是由于标定后的FBG应变传感器测量结果更为准确,并且FBG传感器的测量精度要高于应变片。该标定试验为后续沉桩试验模型桩应变、应力及桩侧阻力的监测提供了可靠的数据支撑。

关键词：光纤光栅应变片沉桩试验标定试验灵敏度系数

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应变片用于斯特林发动机活塞位移的动态测量

振动．测试与诊断 2017年第2期37卷 372-376页

作者：李薇牟健洪国同中国科学院理化技术研究所北京100190 中国科学院大学北京100049

结合自由活塞斯特林发动机的结构特点,提出了采用应变片响应板弹簧变形来动态测量活塞位移的方法。根据应变片的电阻应变效应与应变仪的电桥原理,建立了一套应变片测量位移的动态标定试验系统,将动态标定数据与静态标定数据进行了比较... 详细信息

结合自由活塞斯特林发动机的结构特点,提出了采用应变片响应板弹簧变形来动态测量活塞位移的方法。根据应变片的电阻应变效应与应变仪的电桥原理,建立了一套应变片测量位移的动态标定试验系统,将动态标定数据与静态标定数据进行了比较分析。试验结果表明,应变片测量位移的方法存在一定的正反向、动静态差异,应变片的粘贴位置也会直接影响测量准确性。基于应变片传感器体积小,与板弹簧结合粘贴无需占用专门的空间,通过标定校准和合理的安装位置,仍然是一种较好的位移测量传感器。

关键词：自由活塞斯特林发动机动态位移测量应变片板弹簧

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复合材料固化残余应变应变片原位检测方法

复合材料学报 2024年

作者：孟波孙小巍刘凯刘振东王鹏沈阳建筑大学材料科学与工程学院北京理工大学唐山研究院北京理工大学宇航学院西安航天复合材料研究所

复合材料固化残余应变是导致复合材料固化变形的主要原因，残余应变也会导致复合材料产生裂纹、分层等缺陷，影响复合材料构件装配与构件性能，因此，复合材料固化残余应变原位检测方法研究具有重要意义。本文建立了一种复合材料固化残... 详细信息

复合材料固化残余应变是导致复合材料固化变形的主要原因，残余应变也会导致复合材料产生裂纹、分层等缺陷，影响复合材料构件装配与构件性能，因此，复合材料固化残余应变原位检测方法研究具有重要意义。本文建立了一种复合材料固化残余应变应变片原位检测方法，根据复合材料凝胶点将复合材料固化分橡胶态和玻璃态两个阶段，针对这两个阶段分段式处理应变片原位检测复合材料固化残余应变数据，对应变片原位检测数据分别采取去除应变片热膨胀和不去除热膨胀的处理方法。基于分段式处理方法，测试了碳纤维热固性复合材料真空袋固化成型0°和90°方向上的应变变化，并与光纤光栅(FBG)原位检测结果进行对比分析，揭示了复合材料固化残余应变的形成机理。研究结果表明，应变片原位检测数据分段式处理结果与FBG结果基本吻合，可以有效分析复合材料固化过程残余应变的演化规律。

关键词：碳纤维增强复合材料固化残余应变原位检测应变片光纤光栅