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时变热辐射环境下高温合金蜂窝板三维热变形测量

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北京航空航天大学学报 2015年第6期41卷 969-975页

作者：潘兵江天云吴大方北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191

轻质、高强和隔热性能优良的蜂窝合金板结构已广泛用于航空航天领域,其在模拟瞬态气动热环境下的热变形是高速飞行器热防护结构设计的重要参数之一.首先,用自行研制的红外辐射瞬态气动热实验模拟系统模拟与其服役环境类似的时变热辐射环... 详细信息

轻质、高强和隔热性能优良的蜂窝合金板结构已广泛用于航空航天领域,其在模拟瞬态气动热环境下的热变形是高速飞行器热防护结构设计的重要参数之一.首先,用自行研制的红外辐射瞬态气动热实验模拟系统模拟与其服役环境类似的时变热辐射环境,用新型"主动成像"三维数字图像相关(3D-DIC)测量方法对高温合金蜂窝板结构试件在时变热辐射环境下不同时刻的三维热变形进行了测量.其次,为保证三维数字图像相关测量方法能有效实施,提出一种制作稳定的大面积高温散斑新方法,该方法制作的高温散斑能在整个实验过程中保持稳定,可作为高温变形的有效载体.最后,用Hoff等效刚度理论计算高温合金蜂窝板在稳态时的最大翘曲位移.研究结果表明:210 mm×210 mm的高温合金蜂窝板在单侧面辐射加热条件下其面内变形为均匀热变形,而离面变形为轴对称的翘曲变形,在900℃时其最大离面翘曲位移约为1.6 mm;Hoff等效刚度理论计算结果与实验结果相吻合.

关键词：高温合金蜂窝板三维数字图像相关三维热变形高温散斑 Hoff等效刚度理论

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基于数字图像相关方法的SiCf/SiC陶瓷基复合材料力学行为表征

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航空材料学报 2023年第3期43卷 60-71页

作者：罗雅煊董亚丽李露郑瑞晓顾轶卓杨景兴北京航空航天大学前沿科学技术创新研究院北京100191 北京航空航天大学材料科学与工程学院北京100191 航天材料及工艺研究所先进功能复合材料技术重点实验室北京100076

SiCf/SiC陶瓷基复合材料具有低密度、耐高温、高比强度等优异特性,是新一代先进航空发动机热端部件的理想材料。为实现SiCf/SiC复合材料在服役环境下的可靠应用,亟须开展复合材料力学行为表征研究。与引伸计、应变片等其他测试方法相比... 详细信息

SiCf/SiC陶瓷基复合材料具有低密度、耐高温、高比强度等优异特性,是新一代先进航空发动机热端部件的理想材料。为实现SiCf/SiC复合材料在服役环境下的可靠应用,亟须开展复合材料力学行为表征研究。与引伸计、应变片等其他测试方法相比,数字图像相关方法(digital image correlation,DIC)具有非接触式、全场测量和可操作性强等优点,能够实现对复杂耦合环境下复合材料损伤断裂等力学行为的原位表征,因而受到广泛关注。本文系统梳理和总结DIC在SiCf/SiC复合材料室温拉伸、弯曲、爆破等力学测试中的应用进展,介绍DIC在SiCf/SiC复合材料力学加载过程的高温测量,最后对应用于SiCf/SiC复合材料的DIC表征技术进行了总结及展望。

关键词： SiCf/SiC陶瓷基复合材料数字图像相关方法(DIC) 力学性能高温测量高温散斑

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面向飞行器的高温数字图像相关方法研究现状及展望

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强度与环境 2023年第5期50卷 43-53页

作者：宫文然丁可欣王晓晖邵新星高飞北京强度环境研究所北京100076 东南大学土木工程学院南京211189

飞行器在服役中面临着严酷的高温环境,飞行器构件高温力学性能的研究对于其结构设计与可靠性保障十分重要。数字图像相关方法作为一种常用的非接触式光学测量方法,具有测量精度高、环境要求低、全场测量等优势,但在高温环境下的测量仍... 详细信息

飞行器在服役中面临着严酷的高温环境,飞行器构件高温力学性能的研究对于其结构设计与可靠性保障十分重要。数字图像相关方法作为一种常用的非接触式光学测量方法,具有测量精度高、环境要求低、全场测量等优势,但在高温环境下的测量仍存在诸多技术难题。本文针对高温导致的退相关现象、热流扰动消除、高温散斑制备技术、力热解耦困难及特殊场景下光路遮挡受限等问题技术难题介绍了对应的改进方法,总结了国内外研究人员的优化思路与解决方案,最后针对飞行器力热参数测量需求,对高温数字图像相关方法的技术发展趋势进行展望。

关键词：数字图像相关方法高温环境退相关热流扰动高温散斑

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基于数字图像相关法的材料焊接变形动态测量方法研究

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基于数字图像相关法的材料焊接变形动态测量方法研究

作者：田锦华新疆大学

学位级别：硕士

材料焊接在航空工业、汽车工业、船舶工业中的应用占据着重要的位置,材料在焊接高温下的力学性能研究是保证焊接结构在工业或生活中正常运用的关键,焊接变形场检测是材料成形力学中重要的基础研究之一,目前材料在焊接中的变形动态测量... 详细信息

材料焊接在航空工业、汽车工业、船舶工业中的应用占据着重要的位置,材料在焊接高温下的力学性能研究是保证焊接结构在工业或生活中正常运用的关键,焊接变形场检测是材料成形力学中重要的基础研究之一,目前材料在焊接中的变形动态测量是研究的瓶颈,通常需要进行多次反复测量才能满足要求,且传统的测量方法（如应变片等）在焊接高温下可靠性及可行性无法保证,测量效率较低,不能获得全场应变结果,还难以应用到焊接件的测量中。本文结合基于数字图像相关法的视觉动态测量方法和数值模拟方法分析的方式,对视觉动态测量方法进行研究和改进,提出能够满足材料焊变形的视觉动态测量要求的技术方案,该技术方案取得的测量结果可以有效指导材料焊接的设计与生产,提高产品的研发效率。其主要研究工作及内容有:（1）制备出了一种克服材料焊接变形视觉动态测量中散斑图像“弱相关现象”问题的耐高温数字图像散斑试样。设计了不同的耐高温散斑图案的方案,研究了高温散斑制备工艺,着重研究了不同散斑间距和高温胶配比对散斑质量的影响规律,实验结果表明:当白色散斑点间距为4.5mm时,由散斑图像计算得到的变形云图无“空洞”;当无机硅酸盐粉末与高温无机胶按1ml:1.5g比例配制时,耐高温散斑在焊接高温环境下无脱落,并有效克服了散斑图像“弱相关”问题。（2）针对材料焊接变形视觉动态测量中散斑图像降噪问题,提出了一套降低高温散斑图像噪音的方法。分析普朗克辐射定律和分析相机接受波长范围,研究了焊接温度对辐射能量的影响规律;采用不同波段的光学滤波片进行了对比试验,研究了热辐射对散斑图像的影响规律;分析了光学性质及局部强光原理,采用光学偏振片方法,降低了强光噪音,改善图像质量,实验结果表明:在相机波段400nm-700nm范围内,随着温度从100K上升至1800K,辐射能量随之增加,造成对图像质量的影响,采用波段为420nm-450nm的光学滤波片可有效消除,同时采用光学偏正片能有效消除图像上的强光。（3）为了测试材料焊接变形视觉动态测量方法的有效性,采用基于simufact软件的焊接数值模拟方法建立了材料焊接变形位移的理论值及温度变化规律。建立焊接模型与焊接热源模型,设置不同的焊接参数,得到材料在不同焊接参数时的温度变化规律与材料应变位移变化量规律及理论值。（4）研究设计了一套适用于动态测量材料高温焊接变形的视觉动态测量实验装置,进行了材料焊接变形视觉动态测量的实验研究。基于simufact软件的材料焊接模拟实验结果与本文提出的视觉动态测量系统的实验结果对比显示:视觉动态测量方法的测量值与模拟实验研究建立的参考理论值变化规律基本一致;视觉动态测量方法中,材料焊缝处设置单点的变形位移最大值分别为0.148mm与0.144mm,对应点参考理论值分别为0.165mm与0.221mm,误差分别为0.017mm与0.077mm。本文提出的材料焊接的应变视觉动态测量技术是可行有效的。

关键词：焊接视觉动态测量高温散斑数值模拟图像降噪