碳化硅颗粒增强铝基复合材料弹性常数测量

为研究粉末冶金制备的碳化硅颗粒增强铝基复合材料(SiCp/Al)中SiCp含量对材料机械性能的影响,使用弹性波法测量了SiCp含量不同的标准试样的弹性常数矩阵.利用Christoffel方程建立了横观各向同性材料波速与弹性常数之间的关系,介绍了水浸斜入射法测量准横波和准纵波波速的基本原理和测量过程,基于上述原理进行了试验,计算出了被测试件的弹性常数.结果表明,SiCp/Al沿挤压方向的机械性能最高,并且随着SiCp含量的增加,弹性常数变大,材料的强度升高.     

基于TIRP法的铝基复合材料均匀性检测

为检测碳化硅颗粒增强铝基复合材料的均匀性,利用与厚度无关声反射板(TIRP,Thickness Independent Reflector Plate)法对材料声速进行成像,排除了材料厚度的影响,提高了检测精度.介绍了TIRP法的基本原理和试验系统的结构,提出了一种基于双次扫描方式的TIRP实时成像方法,进一步提高了精度.利用底面反射回波法、单次扫描TIRP法和双次扫描TIRP法进行了试验,并对成像结果进行了比较,能够看出基于双次扫描的TIRP法可获得更准确清晰的声速图像.最后对误差来源进行了分析,指出了改进的方向.     

乳液冷冻干燥法制备壳聚糖/聚乳酸复合材料

亲水性细胞外基质聚糖和疏水性脂肪族聚酯材料之间的复合是生物材料研究面临的巨大挑战。本研究以亲水性壳聚糖(CS)的醋酸溶液为水相,疏水性聚乳酸(PLA)的CHCl3溶液为油相,Tween80为表面活性剂,采用乳液冷冻干燥法制备了CS/PLA复合材料。FTIR分析发现,复合材料中CS和PLA组分间存在强烈的氢键相互作用。SEM观察表明,控制PLA的体积分数不高于50%,则复合材料的孔隙结构相互贯通,CS和PLA分布均匀。CS/PLA复合材料的孔隙率介于85%~90%,并且随PLA用量的增加,孔隙率略有下降。当PLA用量体积分数由25%增加到75%时,复合材料的力学性能介于CS和PLA的力学性能之间,其压缩强度由0.20 MPa增加到0.33 MPa,压缩模量由2.84 MPa增加到4.83 MPa。这种CS/PLA两亲复合体系为新型生物材料的设计和构建提供了新方法。     

预测纳米多孔铜弹性模量的随机分布单胞模型

纳米多孔铜的弹性模量实测值远低于分子动力学的模拟结果,且实际韧带尺寸远大于分子动力学模拟结果。通过Python平台在ABAQUS中构建纳米多孔材料的随机分布单胞模型,基于热应力比拟方法,用多尺度均匀化方法求出均匀化弹性参数。首先,利用所提模型预测纳米多孔金的弹性模量并与实测结果进行了对比,两者的高度吻合说明所提模型的有效性。其次,预测并分析了不同体积分数下纳米多孔铜的均匀化弹性模量,发现了纳米多孔铜均匀化弹性模量随着体积分数变化的阈值现象,并从力学角度对其机理进行了解释,分析了预测结果大于实测结果的影响因素。      

合成孔径聚焦在水浸超声缺陷定量中的应用

针对水浸超声检测常用缺陷定量方法存在成本高或缺陷定量误差较大的问题,提出一种将原始检测数据经频域合成孔径聚焦技术（FSAFT）处理后再运用半波高法进行缺陷定量评价（FSAFT-DQM）的新方法。建立了水浸超声点聚焦探头FSAFT成像方法,制备了横通孔和平底孔试样,开展了FSAFT-DQM缺陷定量评价试验研究。试验结果表明:FSAFT-DQM缺陷定量精度受检测深度影响不明显;当扫描步距不大于探头中心频率对应的半波长时,与半波高法相比,平底孔试样FSAFT-DQM缺陷定量误差由71.9%降低到10.0%以内;扫描步距在探头中心频率对应的半波长到波长之间时,图像频域插值算法将平底孔试样FSAFT-DQM缺陷定量误差由17.2%降低到5.6%。研究结果表明:FSAFT-DQM能有效提高缺陷定量精度。      

在轨加注用超声波流量计的设计与试验

针对航天器在轨加注对推进剂流量的精确测量要求,研制了在轨加注用超声波流量计。在对传播时间法研究的基础上,提出流量计管路布局的设计要求,采用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)的方法模拟4种不同管路布局(直角型、45°锐角型、直线型和圆弧型)对流体速度分布的影响,对比得到了优化的管路布局。信号处理电路使用斩波稳定比较器,通过阈值比较法,保证了传播时间的测量精度。流量计经标定后,在量程（0～150g/s）范围内可达到0.1%的测量精度。为了验证在轨加注过程中流量计的作用,在地面环境下进行了在轨加注地面模拟试验,试验表明超声波流量计在推进剂在轨加注中使用是可行的和必要的。     

汽油机进气歧管流通性和均匀性数值模拟

进气歧管的流通性和均匀性对发动机性能产生重要影响.建立了某四缸汽油发动机的GT-power仿真模型,对进气歧管的气体流速进行了仿真计算;利用STAR-CD软件模拟计算了进气歧管不同进气角度时各支管内的气体压力和流速分布,分析了各支管的进气均匀性和充气系数.计算和分析结果表明,通过改变进气口方向和稳压腔容积等几何参数,可以提高进气歧管的气体流通性,改善进气歧管各支管内气体流动质量,使各支管内气体流量趋于均匀.计算结果为该进气歧管的改性设计提供了理论依据.      

基于光场成像的燃烧颗粒粒径与速度测量方法

为实现固体推进剂中金属燃料动态燃烧的精细化表征,提出一种基于光场成像的固体推进剂中燃烧颗粒粒径与速度三维动态同步测量方法。构建固体推进剂燃烧光场成像测量系统,获得金属颗粒动态燃烧过程的光场图像,通过重聚焦算法得到燃烧颗粒场的重聚焦图像;进一步开展光场相机标定实验,获取深度与最佳重聚焦参数的关系曲线;利用图像分割算法对重聚焦图像中的颗粒进行识别和定位,获取燃烧颗粒的粒径大小,并结合三维粒子跟踪技术对颗粒的轨迹和速度进行重构;开展推进剂药条燃烧实验验证研究。结果表明：光场成像技术能够获得不同深度的颗粒信息,跟踪颗粒的动态燃烧过程,并实现对燃烧金属颗粒粒径与三维速度的同步测量。     

基于液滴参数检测的涡街湿气过读预测模型

为提高两相涡街湿气测量精度,针对传统涡街过读公式预测精度差、适用范围受限问题,提出基于夹带液滴参数（夹带率和粒径）的涡街过读预测模型。为进行不同夹带液滴工况的实验研究,建立基于雾化混合的可调压环雾状流实验装置,并建立光学图像法测量系统,获得液滴直径及其分布信息。结合环雾状流型及涡街过读机制,考虑液滴-液膜传质和液滴-旋涡耦合作用,提出影响涡街过读的无量纲尺度参数。建立基于液相加载量、韦伯数和斯托克斯数的涡街过读预测模型,将夹带液滴参数和载气参数（密度和速度）的影响考虑在内,理论上可拓展公式适用范围。最后,评估现有过读关联式的预测性能,并结合实验和模型假设中夹带液滴参数的差异进行详细分析,进一步确认了夹带率和粒径对涡街过读特性的重要影响。结果表明：所提模型在不同液滴夹带条件下都给出了很好的预测,相对偏差在±1.0%以内,预测精度和可拓展性较其他公式有了较大提高。     

基于波动光学的显微光场成像点扩散函数

光场Micro-PIV通过Lucy-Richardson（L-R）算法对光场图片进行反卷积重建,从而获得示踪粒子的三维坐标信息,准确的点扩散函数（PSF）是L-R算法完成重建的前提,而现有PSF模型不适用于光场Micro-PIV系统。为此,建立了基于波动光学的显微光场成像PSF模型,进行了数值仿真,获得了模拟PSF图像,并通过结构相似性算法计算了模拟PSF图像与实际PSF图像的相似度,进一步利用L-R算法结合PSF对单个粒子和不同浓度下示踪粒子的流场进行了三维重建。结果表明:模拟PSF图像与实际PSF图像相似度大于0.94,表明PSF模型具有较高的准确性;单个粒子的三维坐标误差在一个像素以内,并可准确地获得不同浓度下示踪粒子的三维坐标信息,进一步验证了模型的准确性,为光场Micro-PIV实现瞬时三维速度场测量奠定了基础。      

纳米复合材料分散相分散均匀性的分形表征

针对传统的纳米复合材料分散相分散均匀性评价方法的不足,提出了一种以分形理论为数学模型基础,以纳米复合材料的透射电镜(TEM,Transmission Electron Microscope)图像为评价对象的分散相分散均匀性的定量评价方法.运用离散对象构成的自然分形体的分形维数建立了分散相分散均匀性的数学模型.将纳米复合材料TEM图像进行图像处理,以纳米复合材料TEM图像的中心为圆心以不同的半径做圆,提取不同的圆内的粒子数与回转半径,并在双对数坐标中直线拟合.该直线的斜率的倒数即为分散均匀性参数,并以此作为评价分散相分散均匀性的指标.将该方法实际应用于聚合物基纳米填充复合材料分散相分散均匀性的描述,验证了该评价方法的可行性.