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关键词： 铁电薄膜   外延锆钛酸铅   铁电电容器   应力   镧镍氧  

摘要： 钙钛矿结构锆钛酸铅Pb(Zr1-xTix)O3（PZT）铁电薄膜因其具有优异的铁电性、热释电性和压电性等丰富物理性能,一直是铁电领域的研究热点。由于薄膜与衬底之间存在晶格失配,外延薄膜内不可避免地会产生位错,降低了铁电薄膜的物理性能,因此,开展降低外延薄膜内的缺陷密度,提高铁电薄膜物理性能的研究具有重要意义。我们以La Ni O3（LNO）作为PZT铁电电容器电极,研究了PZT厚度、金属间化合物缓冲层的引入等对LNO/PZT/LNO外延铁电电容器结构和物理性能影响的规律。 采用磁控溅射法制备LNO薄膜、溶胶-凝胶法制备PZT薄膜,在（001）LAO基片上构架了LNO/PZT（120 nm）/LNO（40 nm）/LAO异质结,研究发现,PZT和LNO在LAO上均实现了外延生长,外延关系满足[100]PZT‖[100]LNO‖[100]LAO和（001）PZT‖（001）LNO‖（001）LAO。在5 V测试电压下,LNO/PZT/LNO电容器的剩余极化强度为46.6μC/cm2,矫顽电压为1.45 V,LNO/PZT/LNO电容器具有良好的铁电性、脉宽依赖性、保持特性和抗疲劳特性。 构架了PZT厚度分别为40 nm、80 nm、120 nm、160 nm的外延LNO/PZT/LNO/LAO异质结,在425 k V/cm外加电场下,LNO/PZT/LNO铁电电容器的剩余极化强度分别为9.2,36.1,55.4和34.6μC/cm2,矫顽电场分别为76.5,139.4,126.1和115.1 k V/cm,随着PZT厚度的增加,剩余极化强度表现出先增大后减小的规律,当厚度为120 nm时电容器具有最高剩余极化强度以及较小的矫顽电场,LNO/PZT/LNO电容器均具有良好的稳定性能。LNO/PZT/LNO电容器均具有较小的漏电密度,PZT薄膜厚度并不改变电容器的导电机制,在低电场下满足欧姆导电机制、高电场下满足空间电荷限制电流（SCLC）导电机制。 在LNO/PZT/LNO电容器与LAO基片之间引入Ti3Al超薄缓冲层,对比研究了LNO/PZT/LNO/Ti3Al/LAO和LNO/PZT/LNO/LAO的结构及电容器的物理性能。实验发现,引入Ti3Al缓冲层使LNO/PZT/LNO异质结中PZT薄膜矩形度（c/a）从1.024提升到1.031,位错密度从6.454×1010/cm2降低到6.085×1010/cm2,电容器的漏电流密度从1.91×10-5 A/cm2降到5.04×10-6 A/cm2,PZT矩形度的提高和位错密度的降低。Ti3Al缓冲层的引入改善了PZT薄膜的生长质量,提高了LNO/PZT/LNO电容器的物理性能。在5 V测试电压下,Ti3Al超薄缓冲层的引入使得电容器的剩余极化强度从46.6μC/cm2提高到55.0μC/cm2。在引入Ti3Al缓冲层基础上,构架了不同厚度LNO底电极（40 nm、80 nm、120 nm、160 nm）的LNO/PZT/LNO外延电容器,我们发现对应不同LNO厚度的PZT薄膜矩形度分别为1.031、1.032、1.023和1.018,剩余极化强度分别为55.0,60.5,45.1和28.6μC/cm2,随着LNO厚度的增加,剩余极化强度呈现先增大后减小的规律,LNO厚度为80 nm时PZT薄膜具有最大矩形度、最高极化强度,最大介电常数为962,LNO底电极的厚度不会改变LNO/PZT/LNO电容器导电机制。

关键词： 美学区   冠修复体   咬合   应力   三维有限元分析  

摘要： 目的:对比分析在3种咬合方式中树脂陶瓷冠和二氧化锆全瓷冠种植修复体修复上颌中切牙的生物力学差异,旨在为美学区单冠种植修复体的材料选择和咬合设计提供理论依据,为树脂陶瓷冠在美学区种植修复中的应用提供参考。方法:选取1例上颌中切牙行单冠种植修复患者的锥形束CT影像资料,运用Mimics 21.0软件提取上颌骨模型,将模型导入Solid Works 2020软件,并建立冠修复体、粘接剂、修复基台、中央螺丝、种植体模型,装配完成构建出上颌中切牙单冠种植修复模型。在Ansys Workbench 2021 R1软件中赋予模型材料属性参数(冠修复体材料分别为树脂陶瓷复合材料、二氧化锆)后,分别模拟3种咬合方式(对刃牙合、正常牙合、深覆牙合)进行加载,分析树脂陶瓷冠和二氧化锆全瓷冠种植修复模型应力分布情况。结果:(1)树脂陶瓷冠组和二氧化锆全瓷冠组种植修复模型在不同咬合方式中的应力集中区均分布于冠修复体加载点、修复基台与种植体连接处、种植体颈部及周围骨组织处。(2)随着咬合方式由对刃牙合变为正常牙合、深覆牙合,树脂陶瓷冠组和二氧化锆全瓷冠组中修复基台、中央螺丝、种植体、骨组织的等效应力峰值均逐渐减小。在3种咬合方式中,冠修复体在深覆牙合时等效应力峰值最高。二氧化锆全瓷冠组粘接剂层在对刃牙合时等效应力峰值最高,树脂陶瓷冠组粘接剂层在深覆牙合时等效应力峰值最高。(3)在对刃牙合时,树脂陶瓷冠组的粘接剂层、中央螺丝等效应力峰值略小于二氧化锆全瓷冠组,冠修复体、修复基台、种植体、骨组织处的等效应力峰值两组之间无明显差别。在正常牙合时,树脂陶瓷冠组的冠修复体、粘接剂层、中央螺丝应力峰值略小于二氧化锆全瓷冠组,修复基台、种植体、骨组织处的等效应力峰值两组之间无明显差别。在深覆牙合时,树脂陶瓷冠组的粘接剂层、修复基台、中央螺丝应力峰值大于二氧化锆全瓷冠组,冠修复体、种植体、骨组织处的等效应力峰值两组之间无明显差别。结论:(1)冠修复体因素对种植体和骨组织应力分布无明显影响,对冠修复体、粘接剂、修复基台、中央螺丝应力分布有一定影响,但差别不大。咬合方式因素对种植修复体各结构和骨组织的应力分布均有明显影响。(2)树脂陶瓷冠种植修复在对刃牙合和正常牙合时,对应力有一定的缓冲作用。在深覆牙合时,部分结构应力集中较大。

关键词： 全瓷冠   单层   牙体预备   前牙   颜色   有限元   应力   断裂  

摘要： 1、研究背景全冠是牙体缺损的主要修复方式,全瓷冠因出色的美学和生物相容性能等优点现已逐渐成为前牙中重度牙体缺损的首选修复方式。牙体预备是全冠修复时的首要步骤和关键环节,通过打磨牙齿轴面约1/3的牙体组织,去除牙体组织倒凹、为修复体提供必要的修复间隙。但是,不当或不正确的牙体预备会影响基牙的健康,降低基牙的抗折性能,直接影响全冠修复体和患牙的使用寿命。前牙全瓷冠的牙体预备量受到美学和力学两方面因素的影响。但是关于全瓷冠美学和力学性能的研究,多集中在不同冠厚度或冠结构的影响上,关于不同瓷材料或瓷结构全瓷冠牙体预备的报道几乎空白。并且,随着瓷材料和加工工艺的不断进展,单层瓷全冠尤其是数字化设计和制作的单层瓷全冠的应用越来越广泛。尽管很多瓷材料生产商或技工加工中心宣传单层瓷全冠可以用更少的牙体预备量和更薄的修复体厚度获得理想的修复效果,但是目前对于前牙单层瓷全冠的临床牙体预备方式尚缺乏科学和规范的指导,有待实验研究的探讨和验证。2、研究目的本研究构建基于不同“牙体预备量+冠厚度+瓷材料”的前牙单层瓷全冠修复体模型,研究该全冠修复体的颜色性能和实验力学性能及其相关影响因素,为临床前牙单层瓷全冠修复的选择、设计及临床基牙预备提供理论指导,对推进前牙新型单层全瓷冠修复的规范化、普及化,以及提高前牙瓷全冠修复远期成功率具有重要意义。3、主要研究方法3.1借助IPS Nature Die基牙比色系统构建前牙单层瓷全冠的比色研究模型,模型包括不同变色程度(ND2、ND5、ND8)和不同牙体预备量的树脂基牙预备体、与之对应的不同厚度和瓷材料的前牙单层瓷全冠、以及不同颜色的树脂水门汀粘接层。通过全数字化的流程设计制作全瓷冠,制备硅橡胶测色导板,在D60标准光源环境下使用分光光度计比色仪测量各实验组全瓷冠修复体不同部位的颜色并记录L值、a值、b值,计算色差值△E,探讨牙体预备量、基牙颜色、瓷材料和树脂水门汀颜色对前牙单层瓷全冠修复体颜色的影响。3.2借助CBCT扫描,将扫描后上中切牙组织数据导入逆向工程软件(Mimics、Geomagic、Hypermesh)建立包含单层瓷全冠、粘接层、基牙预备体和牙周膜等元素的三维有限元模型,检测模型精确性备用。然后利用三维有限元分析软件(Abaqus)对各部分模型进行赋值、设计接触,最后模拟前牙咬合进行静态加载和设置边界限定,分析不同牙体预备量和瓷材料对前牙单层瓷全冠修复体的应力分布的影响。3.3借助三点弯曲实验测试两种实验基牙树脂的弹性模量和机械性能对其进行力学性能筛选。借助数字化工具设计制作G10树脂中切牙基牙预备体代型。模拟临床粘接流程将单层瓷全冠粘接在基牙代型上,在万能力学实验仪上模拟临床前牙咬合方式,测定不同实验组的全瓷冠和基牙预备体的断裂载荷,借助扫描电子显微镜观察试件断面分析断裂模式,探讨不同牙体预备量和瓷材料对前牙单层瓷全冠修复体的断裂载荷的影响。4、结果与讨论4.1对于玻璃陶瓷冠和高透氧化锆两种材料的单层瓷全冠,双因素方差分析显示牙体预备量、基牙颜色以及两因素间的交互作用对修复体的颜色存在显著影响(p<0.01)。当基牙颜色相同时,单层瓷全冠修复体的色差值随着牙体预备量的增大而减少,可能是因为全瓷冠的厚度随着牙体预备量增大而增大,提升了其遮色性能;当牙体预备量相同时,基牙变色程度越大,单层瓷全冠修复体色差值越大:ND8>ND5>ND2(p<0.05),说明同等厚度的全瓷冠,基牙变色度越高对修复体颜色的影响越大。对于轻、中度变色ND2、ND5的基牙,单层玻璃陶瓷全冠切、中1/3,颈1/3预备厚度达到1.0mm时(预备二、预备三),色差值<3.46,可达到较满意的美学修复效果;单层高透氧化锆全冠切、中、颈预备厚度达到0.5mm(预备一)时,色差值<3.46,可达到较满意的美学修复效果。对于重度变色ND8的基牙,单层玻璃陶瓷全冠各预备组色差值均>3.46,超过肉眼可识别范围;单层高透氧化锆全冠预备厚度切1/3和体1/3-1.0mm(预备三)时,色差值<3.46,可获得临床可接受的美学修复效果,但是4个实验组颈1/3预备厚度最高1.0mm,色差值均>3.46,难以有效遮盖基牙颜色。因此,临床前牙美学区选择单层瓷全冠修复时,应针对不同的基牙颜色以及瓷材料种类,合理选择冠厚度并设计相应的牙体预备量,不能一概而论。4.2瓷材料种类、牙体预备量和树脂水门汀颜色,以及两因素、三因素间的交互作用对前牙单层瓷全冠修复体的色差值存在显著影响(p<0.05)。瓷材料种类和牙体预备量相同时,单层瓷全冠修复体的色差值随着水门汀遮色能力的增强而减小:WO

关键词： 超高速激光熔覆   数值模拟   温度场   应力场   组织结构  

摘要： 超高速激光熔覆作为一种新兴的涂层制造技术,相比于传统激光熔覆技术具有更高的制造效率和更加优异的涂层质量,在替代电镀铬方面表现出强大优势,具有广阔的应用前景。然而,对于超高速激光熔覆过程中的温度演变与涂层组织结构、力学性能之间的关系尚不明确。本文基于Abaqus有限元软件,建立超高速激光熔覆的热力耦合有限元模型,分析超高速激光熔覆过程中的热力变化规律,探究不同工艺参数对温度场的影响规律,对涂层残余应力进行分析并调控,设计实验并验证数值模拟结果的准确性,为构建超高速激光熔覆涂层温度、组织结构和力学性能之间的关系提供基础,为工艺优化提供理论指导。论文主要研究内容和结果如下: 针对超高速激光熔覆431不锈钢涂层的工艺过程,分析超高速激光熔覆技术的基本原理,选取合适的组合热源模型和计算材料参数模型,利用Abaqus软件建立超高速激光熔覆热力耦合有限元模型,针对超高速激光熔覆熔池较浅、热影响区较小的特征进行了较好的模拟。 对超高速激光熔覆过程的温度场进行分析。研究结果表明,超高速激光熔覆过程中熔池前端温度高、温度梯度大,熔池不同区域温度梯度和冷却速率差异明显,最大冷却速率为1.45×10～5℃/s,最大温度梯度为6545℃/mm;熔池峰值温度、熔池大小与激光功率正相关,熔覆速率负相关;在多道熔覆搭接过程中,涂层搭接区域具有明显的二次熔化和热处理现象,前一道熔覆对后一道熔覆具有200℃的预热作用。 对超高速激光熔覆的单道熔覆应力场进行了分析。在单道熔覆过程中,动态热应力随着熔覆过程的进行逐渐增加,最后趋于稳定;熔覆完成后,熔覆涂层表面和底部存在最大残余应力741.1 MPa;激光扫描速度方向上存在最大残余应力分量862MPa,超过了材料的屈服强度,发生了塑性形变。随着基体预热温度增加,熔覆涂层残余应力下降明显,当预热温度为450℃时,残余应力数值降低了约220 MPa,降幅约为34.3%。 进行数值模型的实验验证分析。选用与数值模拟相同的参数进行实验,进行涂层截面与熔池温度场对比,误差小于10%,证明了温度场数值模拟结果的准确性。涂层顶部、中部、底部的显微组织结构与温度场的冷却速率、温度梯度具有良好的对应关系。涂层硬度测试结果显示,在选定工艺参数范围内,激光功率和熔覆速率在一定范围内对涂层硬度具有显著影响。

关键词： 脉冲激光   金刚石砂轮   工艺参数   应力场   裂纹影响规律  

摘要： 激光钎焊具有热流密度高,温升温降快等特点,可通过调节激光工艺参数来控制激光束,在保证金刚石磨粒、结合剂、基体之间高强度冶金结合的同时,获得良好的钎焊效果。脉冲激光钎焊金刚石砂轮作为一种新型砂轮制备工艺,目前研究主要集中于钎焊过程中金刚石的热损伤及钎焊层裂纹形成特征、萌生扩展规律方面,对成型过程中的应力变化及工艺参数对裂纹的影响规律相关研究较少。钎焊制备金刚石砂轮出现裂纹会严重影响钎料与金刚石的结合强度,在后续高速磨削工作中裂纹会进一步扩展,进而导致砂轮的早期失效。由于激光急冷急热的特点,激光制备金刚石砂轮时的裂纹一般由热应力及约束应力等原因引起。因此,研究脉冲激光钎焊金刚石砂轮过程中应力变化规律,优化工艺参数改善钎焊层裂纹,制备成型效果好、磨削性能优良的金刚石砂轮是十分有必要的。 本文从脉冲激光钎焊金刚石砂轮应力场出发,利用仿真手段研究各工艺参数对应力的影响规律,对后续优化工艺参数改善裂纹钎焊试验进行指导。开展激光钎焊单层、多层金刚石砂轮试验,系统研究各工艺参数对裂纹的影响规律,并对试制的金刚石砂轮试块进行残余应力检测、抗弯强度检测、磨削性能检测。具体内容如下: (1)建立脉冲激光3D粉末吸收热源模型,开展Ni60-金刚石应力场仿真研究,通过更改脉冲激光功率、扫描速度、脉冲宽度、脉冲频率、预热基体等方式,探究各工艺参数对应力的影响,总结分析并优选参数为后续试验提供指导。 (2)开展脉冲激光功率、扫描速度、脉冲宽度、脉冲频率正交试验,利用极差分析法研究各参数对裂纹的影响规律。此外,针对正交试验中规律不明显的参数、金刚石混合比例、堆叠层数、铺粉厚度、预热基体温度等做进一步单因素试验。对上述试验结果进行总结分析,系统研究各个参数对裂纹的影响规律。 (3)对制备的单层砂轮试样进行残余应力检测,并与前文应力场仿真进行对比验证,查看铺粉厚度、金刚石比例及预热对残余应力的影响。对制备的多层砂轮试块进行抗弯试验,检测其抗弯强度是否满足磨削基本要求。最后,对多层试块进行磨损试验,查看裂纹对试块磨削性能的影响并分析成因。

关键词： 天然气管道   不均匀沉降   应力分析   变形分析   应力预测  

摘要： 为保障国家能源战略安全和持续稳定供应,近年来,我国不断加快沿海地区LNG接收站建设,以升海上进口天然气能力。然而,沿海地区地基土体多为欠固结状态的软土,其变形持续时间长,往往产生较大不均匀沉降量,给建立其上的天然气分输站管道带来较大附加应力和变形,管道安全受到威胁,一旦发生天然气管道事故,必将引发重大灾害。因此,为切实保障管道安全运行,杜绝事故发生,开展软土不均匀沉降下天然气管道应力变形分析及预测研究,具有重要意义。基于此,本文以某分输站越站管道为研究对象,开展了如下研究工作:(1)管道受载荷作用下应力及变形理论分析。对天然气管道受多种载荷作用下的变形破坏特征、沟埋式管道垂直竖向和侧向土压力、管道与土体之间耦合作用进行了理论研究,计算了管道基本应力,通过简化管道变形模型,推导出沉降区管道变形曲线表达式。(2)越站管道应力监测试验。首先调研了研究对象敷设环境,对该地区土壤进行物理性质指标测定为软土,对越站管道区域土体沉降量及关键测点轴向和环向应变开展为期15个月共16次监测,结果表明:来气管道B和去气管道C测点最大Von-Mises应力分别为168.57MPa、131.31MPa。进行管道应力校核,管道在监测期间满足安全要求。(3)不均匀沉降下越站管道应力变形有限元分析。创建越站管土有限元分析模型,对16次土体沉降工况下的管道变形及应力进行仿真,结果表明:管道最大总变形位于沉降土体正下方管道处;地上直管段应力水平高于弯头处和其他管段,且应力主要集中在管顶和管底。通过对各测点应力模拟结果与监测结果进行比较,平均相对误差均值为4.31%,有限元模型准确有效。最后从相邻土体沉降、管道参数、土体参数三方面对影响越站管道应力及变形的因素进行了分析讨论。(4)越站管道应力预测。基于时间序列模型预测管道下方土体沉降量,建立管道应力与土体沉降量线性回归分析模型,实现对后面3个周期管道应力的精准预测,预测结果与有限元计算结果进行比较,平均相对误差均值为2.67%,预测方法可实际运用。本研究成果可为天然气越站管道的设计、运维和完整性安全评价供参考价值,有助于关口前移,控制风险。

关键词： TC4钛合金选区激光熔化   工艺参数   有限元模拟   温度场   应力场   疲劳寿命  

摘要： 在选区激光熔化增材制造技术中,因为粉末床的局部区域短时间内会经历多次变化剧烈的循环温度梯度,使生产制造的工件内部产生分布复杂、变化剧烈的残余应力。残余应力会引起结构应力腐蚀、疲劳强度降低,对零件的疲劳寿命和承载稳定性有较大影响。因此研究选区激光熔化中由成型工艺引起的热梯度而导致的残余应力对疲劳寿命的影响,对于优化工艺参数,提高零件疲劳性能有重要的意义。故本文采用ABAQUS软件,对TC4(Ti-6Al-4V)钛合金选区激光熔化技术进行“成型工艺-疲劳性能”集成模拟研究。具体如下:(1)改变工艺参数进行多层多道选区激光熔化成型模拟实验。结果表明,熔池的温度随着激光功率和预热温度的增加而增加,随着激光半径、激光扫描间距、激光扫描速度的增大而减小,层间扫描方向和扫描轨迹对温度场影响比较小。(2)将不同工艺参数下的温度场结果作为预定义场,进行应力场计算。结果表明,残余应力随着激光功率、激光扫描间距的增大而增大,随着预热温度、激光半径和激光扫描速度的增大而减小,层间扫描方向和扫描轨迹不改变Mises应力的大小。(3)对选区激光熔化增材制造CT试样进行疲劳裂纹扩展模拟实验并与常规制造的模型进行对比。结果表明,疲劳寿命随着预热温度、激光功率和激光扫描间距的增大而降低,随着激光扫描速度、激光半径的增大而增高。层间扫描方向和扫描轨迹对疲劳寿命有不同的影响。选区激光熔化增材制造的CT试样的疲劳寿命都比常规制造的CT试样低。

关键词： COMSOL仿真   Cu@Sn@Ag焊片   焊接工艺参数   焊片结构   应力场  

摘要： 更高功率密度、更小体积、更高集成度是电力电子器件的发展趋势。第三代功率半导体芯片广泛使用碳化硅和氮化镓芯片,研究满足高功率密度电力电子模块封装条件的芯片互连材料与技术是重要的科研方向。Cu@Sn@Ag(Ag包覆Sn包覆Cu)预置片具有低温焊接可高温服役,且成本较低廉的优势,是未来功率芯片互连材料中最具潜力的焊接材料。本文以Cu@Sn@Ag预置片瞬态液相扩散焊接Si C芯片和基板焊接过程为研究对象,基于Cu@Sn@Ag粉末热物性能测试结果,通过COMSOL有限元分析软件,对接头进行数值模拟,仿真分析了焊接工艺参数及焊接层的结构参数变化对焊接过程应力分布的影响,期望对Cu@Sn@Ag预置片的应用提供数据参考,本文的主要研究结论如下:1)对Cu@Sn@Ag焊料在不同的焊接温度、焊接时间的热-力学仿真结果表明:焊接温度在240℃～260℃时,随着焊接温度的增大,焊后焊层峰值应力逐渐减小,当焊接温度处于260℃～280℃时又略有增加,在260℃时应力最小,为3.5 MPa;焊接保温时间在30 min～120 min内,随着焊接保温时间的延长,焊层的应力变化小,120 min以上焊层处的应力开始明显升高;综合考虑器件服役性能的需求,Cu@Sn@Ag焊片用于回流焊接Si C芯片和DBC板时,焊接温度以260℃为宜,焊接保温时间应控制在60 min。2)焊接保压压力下的热-力学仿真结果表明:当焊接保压压力为1 MPa～5MPa时,随着保压压力的增大,焊层处的应力也逐步增大,从1.76 MPa增大至21.9 MPa,这主要是因为焊接施加的压力越大,焊接的变形量越大,从而增加了焊层瞬态液相扩散焊后的焊接应力,焊接保压压力以1 MPa左右为宜。3)基于COMSOL Multiphysics软件进行不同Cu@Sn@Ag预置片层厚、空洞存在位置对应力分布的影响,结果表明:焊层厚度为150μm时,整体上的焊接应力最小,最大应力值为1.7 MPa,为最佳层厚值。空洞附近处的应力大于边缘处的应力,且中心位置的应力值最大,最大应力值为2.47 MPa。4)不同Cu@Sn@Ag预置片空洞直径、空洞率、随机分布的空洞存在形式对应力分布的影响,结果表明,随着空洞尺寸的增加,应力先呈下降后上升的趋势,当60μm尺寸时的应力最小,焊接层上的最大应力值为11 MPa。随着焊片层上随机分布的空洞率的增加,整体呈逐渐增高的趋势,当随机分布的空洞的空洞率从1%增长到4%时,焊片层上的最大的应力从15.3 MPa增长到37.6MPa,增加了22 MPa。当焊片层中随机分布存在球形、椭球形、圆柱形空洞时,球形空洞的存在对焊接层上的应力最小,椭球居中,圆柱最大,应力值分别为12.4 MPa、60.1 MPa、217 MPa。

关键词： 液压管路   光纤光栅   应力分析   信号滤波   ANSYS  

摘要： 随着社会经济的发展,航空运输业在国民生活中发挥着日益重要的作用。发动机被喻为飞机的心脏,而液压管路系统则被称为航空发动机的血管。由于液压管路系统在恶劣的工作环境下工作,不时会造成管路破损甚至断裂,给飞机飞行带来极大的安全隐患。为了避免机毁人亡的惨剧,如何对液压管路的应力应变状态进行在线检测,就成了科技人员必须关注的重要内容。传统的应变测量方法如电阻应变片式等方法布置复杂,且易受电磁干扰,无法满足复杂管路系统分布式检测的要求。光纤光栅由于其具有应变传感特性,并且可复用进行串接多个传感器,目前在航空航天领域中被广泛应用于飞机机身、机翼以及内部结构的应变检测中。本文提出使用光纤光栅对航空液压管路表面进行应变检测。首先,结合光纤光栅的应变原理分析了光纤光栅传感器的封装方法。其次,研究了不同工况下液压管路的响应特性,为粘贴位置提供参考。最后,对光纤光栅的信号处理方法进行研究,进一步扩充光纤光栅使用数量。本论文的主要研究内容:分析国内外光纤光栅应变传感的研究现状,针对液压管路应变检测存在的问题,提出利用光纤光栅对液压管路应变进行分布式检测。结合液压管道应变检测原理,利用光纤光栅的应变传感特性,提出三层应变传递模型,对光纤光栅的应变传递理论公式进行推导,并对影响应变传递率的因素进行分析,得到了不同因素对应变传递效率的影响。采用ANSYS软件建立光纤光栅传感器测量液压管路应变模型,通过仿真分析来验证应变传递理论,为光纤光栅传感器的封装提供理论参考。建立液压管路系统中广泛使用的液压直管和液压Z型管模型,利用ANSYS软件分析液压管路在流固耦合以及基础激励下的振动响应状态。针对光纤光栅复用过程中,光纤光栅信号掺杂噪声,提出CEEMDAN联合改进阈值的小波滤波算法对光纤光栅信号处理。将过滤后的信号与传统的小波滤波以及EMD滤波的结果进行对比,并且利用信号的信噪比、均方差进行滤波效果的评价。

关键词： 复合离心铸造轧辊   卧式离心铸造   温度场   应力场  

摘要： 复合离心铸造在双层铸件或多层复合铸件的生产中有着广泛应用,目前该技术已经可以成熟的应用于复合钢管、复合轧辊等产品的铸造生产。但在双层及多层铸件的复合铸造工艺过程中,由于中间层与外层金属材料的组成成份不同会造成两金属层之间出现融合质量不良的缺陷,造成铸件破坏、剥落,这给相关的生产带来了很大的经济和材料损耗。所以如何使不同材料间实现良好的冶金结合是一个值得研究的问题。本文计算了复合离心铸造过程的温度场、流场和应力场,优化了离心铸造轧辊生产过程中的部分重要工艺参数,得出使复合离心铸造轧辊外层与中间层实现良好结合的工艺参数。本文的主要内容如下:(1)根据企业生产现场设备尺寸,完成了复合离心铸造轧辊铸造过程模拟所使用模型的三维建模。并使用分段模拟方法模拟了高铬铸铁轧辊复合铸造过程外层金属浇铸,中间层金属浇铸过程中的流场、温度场以及工艺优化后的应力场并模拟了轧辊芯部的重力铸造过程。(2)在轧辊的实际生产现场,在外层和中间层浇铸停转后使用测温枪以每五十秒为间隔测得轧辊外层和中间层实际浇铸过程中的温度,将测得的数据与有限元软件仿真计算出的数据做了对比,以校正模拟时的换热系数,最终得出的仿真计算温度与实测温度最大误差为26℃,验证了模型的准确性。(3)经过仿真计算,当外层铸件内表面温度最低点的温度为1035℃,中间层金属液浇铸温度为1600℃时,中间层金属液浇铸时间为50-60s中间层和外层铸件达到了冶金融合,且两层异质金属间并未产生混流。通过三因素四水平正交实验计算得出,外层铸件内表面温度最低点温度,中间层金属液浇铸温度,中间层金属液浇铸时间对外层铸件温度的影响顺序为:中间层金属液浇铸温度>外层铸件内表面温度最低点温度>中间层金属液浇铸时间,并对优化后的工艺条件做了应力仿真,从仿真结果来看,该过程不会出现应力破坏。