高等教育实验教学改革与探索

二十一世纪的大学教育重视学生综合能力的培养,传统的教学模式已经不能满足当前社会对高素质、应用型人才的需要,因此实验教学改革成了解决这一问题的突破口。本文阐述了实验教学改革的必要和长期性,论述了实验教学在培养高素质人才中的重要作用,对实验教学改革的模式进行了探讨。     

铝合金薄壁圆筒纵直缝焊接残余应力数值模拟

利用热弹塑性有限元方法对薄壁铝筒纵直焊缝TIG焊进行了数值模拟计算,建立了分析模型,定量地描述了准稳态温度场和残余应力场计算数值以及在整个圆筒上的分布情况,并进行了试验验证.结果表明,焊接时热源周围极窄区域温度高、梯度大,离开热源,温度峰值急剧下降;纵向残余应力在焊缝及热影响区为拉应力,最大值位于焊缝长度中心截面上;纵向残余应力在圆周上表现出拉压区交替变化的趋势.利用应力释放法对焊接件进行应力测量,测量结果与模拟计算结果吻合良好.     

预置横向挤压载荷法防止铝合金薄板焊接热裂纹

提出采用横向预置挤压载荷进行随焊同步防止铝合金薄板焊接热裂纹的新方法.对处于脆性温度区间的焊缝金属施加一适当的横向挤压载荷,可以减小焊缝金属凝固收缩时产生的横向拉伸应力和应变,使其总应变被限制在最低延性值范围内,改变了热裂纹产生的力学条件.建立横向预置压应力模型、采用弹塑性有限元方法阐明横向预置应力法防止热裂纹的原理,在自制的装置上对常规焊和横向预置压应力工艺条件下焊接试件裂纹率进行比较分析.鱼骨状裂纹试验结果表明:在加载宽度一定时,随着预置载荷的增加,在焊缝处产生的挤压应力也随之增加,裂纹率和裂纹长度逐渐降低,当横向预置压应力达到一定数值(0.3σ0.2)后,能够完全防止焊接热裂纹的产生.     

热源偏移对钢/铝异种材料等离子弧焊接接头温度场和残余应力的影响

采用有限元模拟方法研究了热源偏离钢铝界面的距离(热源偏移距离)对钢/铝异种材料等离子弧焊接接头温度场和残余应力的影响,并进行了试验验证。结果表明:钢/铝异种材料焊接接头温度场呈非对称分布,钢侧温度梯度小于铝侧的;随着热源偏移距离的增加,接头钢侧温度升高、熔宽增大,铝侧则相反;接头铝侧残余应力主要为拉应力,钢侧近界面处的残余拉应力随着热源偏移距离的增大而减小,最后变为压应力,远离界面处的残余应力主要为压应力;实测残余应力与模拟结果的相对误差小于8%,且残余应力状态与模拟结果相符。     

基于紫铜填充中间层的黄铜激光焊接气孔控制

采用中间过渡层的新方法研究了黄铜焊接气孔的控制,对比分析了以紫铜为中间层的黄铜激光焊接和常规激光焊接获得的焊缝的气孔率,结果表明:在中间层条件下,焊缝表面和内部的气孔率均大幅降低;随着焊接速率增大,气孔率逐渐减小,当焊接速率为2.2 mm/s时,气孔率几乎为零;当焊接参数相同时,中间层条件下的焊缝气孔率仅为常规激光焊接的1/3,焊接接头的力学性能优于常规激光焊接。在焊缝成形良好的前提下,验证了采用紫铜为中间层的焊接方法控制黄铜激光焊接气孔缺陷的有效性。     

基于带约束人工蜂群算法和平均Hausdorff距离的重力匹配方法

重力匹配算法是实现重力辅助惯性导航系统的关键技术之一。但是,传统重力匹配方法存在复杂度高、应用范围小等缺陷,一般很难实现精确、快速匹配的效果。将人工蜂群算法用于重力匹配的搜索过程,并将多普勒测速仪提供的速度信息作为限制条件对蜂群搜索过程进行约束。在此基础上,利用平均Hausdorff距离对匹配结果进行筛选,在重力数据库中重力异常精度一定的条件下,可降低误配率。仿真结果表明,该匹配算法在重力特征显著的区域具有较高的匹配率,可以达到精确、快速的匹配定位,从而实现重力辅助导航。     

随焊超声波激振法控制铝合金薄板焊接应力及变形

从力学角度出发提出随焊超声波激振控制高强硬铝合金薄板焊接变形的新方法,阐明其控制焊接应力及变形的机理。基于数值模拟分析,利用Marc建立铝合金薄板的随焊超声波激振热力耦合模型,找出最优焊接参数以及加载冲击与热源的最佳距离。利用自行研制的随焊超声波激振装置进行焊接试验。结果表明:激振距离为22 mm时,板长方向中截面残余拉应力峰值由常规焊的248 MPa下降到63 MPa,压应力峰值从-77 MPa降低到-27 MPa,低于薄板的临界失稳应力,薄板挠曲变形完全消失,且板边最大挠度由8.66 mm下降到0.9 mm。试验结果与模拟结果吻合较好。     

光纤捷联惯导系统加速度计内杆臂标定方法

惯性测量单元测量敏感点与载体坐标系原点不重合,标定和使用过程中存在角运动,从而引入杆臂效应误差。针对这一问题,该文提出基于卡尔曼滤波算法的杆臂标定方法。根据杆臂效应误差模型,分析了内、外杆臂效应之间联系。以线速度误差为观测量,建立卡尔曼滤波方程,通过对系统的可观测性分析,设计了两轴联动式的误差激励方式。以五级海况摇摆实验为例,动态时系统的线速度误差较未补偿杆臂效应时降低73%。     

基于电化学方法5Cr钢熔化焊接头CO2腐蚀行为

为了获得5Cr钢熔化焊焊接接头的动态腐蚀特性,采用基于电极电位的电化学方法进行5Cr钢焊接接头耐CO₂腐蚀行为的研究,建立了基于极化曲线下的腐蚀模型,研究了不同填充材料的焊接接头的耐腐蚀性. 研究发现,在温度为40 ℃,CO₂分压为10个大气压等加速腐蚀条件下,低铬焊丝的焊缝区域的自腐蚀电位最正,腐蚀速率最小,高铬焊丝的焊缝区域的自腐蚀电位较正,腐蚀速率较小,无铬焊丝的焊缝自腐蚀电位最负,腐蚀速率最大. 对比只反应腐蚀前后质量变化的失重法,电化学方法反映了腐蚀周期任一时刻的动态腐蚀速率,基于电化学腐蚀模型下的腐蚀速率与失重法测量结果相吻合. 验证了电化学腐蚀模型的正确性. 结果表明,低铬钢匹配适当的低铬焊丝可使得焊接接头具有较强的耐CO₂腐蚀性能.     

新的两位置组合对准方法研究

以速度作为观测量,设计了一种新的两位置组合对准方法.在精对准过程中,改变载体的航向,使载体处于2个不同位置.卡尔曼滤波器在这2个位置进行估计,利用陀螺漂移估计值之间的关系,并经数据处理,得到水平方向上的陀螺漂移,同时实现高精度的初始对准.这种方法解决了静基座条件下东向陀螺漂移的不可观测和由此导致的方位失准角精度不高的问题.