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基于电子散斑的毛坯内应力场在线测量技术分析.pdf

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承诺书本人郑重声明所呈交的学位论文,是本人在导师指导下,独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知,除文中已经注明引用的内容外,本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件,允许论文被查阅和借阅,可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。保密的学位论文在解密后适用本承诺书作者签名醢验诠日 期型望曼墨J’南京航空航天大学硕士学位论文摘要毛坯件在加工后,由于其内应力的释放导致严重的加工变形,成为制约我国航空结构件及各种机械零件生产技术发展的一个主要因素,因此研究毛坯内应力场的测量技术对控制零件加工变形具有重要的意义。本文针对钻孔法测量大型结构件内应力存在的问题,提出一种毛坯不均匀应力场测量和构建的方法,重点研究如何提高钻孔法测量大型结构件内应力的效率。本文具体研究内容如下1针对钻孔法测量深度不够及零件上不能被测量区域的内应力的计算的问题,提出一种将内应力测量融合于零件粗加工过程中的毛坯不均匀应力场测量的新思路,利用插值算法反演二维内应力,然后通过建立自平衡三维应力场的模型计算不能被测量区域的应力分布。2针对钻孔法在测量大型结构件内应力时测量效率低的问题,提出将电子散斑干涉技术与钻孔法相结合测量毛坯内应力的方法。对传统的电子散斑干涉光路进行改进,设计了内应力在线测量系统的总体结构,并规划了内应力自动在线测量流程。3通过研制基于电子散斑的内应力测量装置以及设计散斑图像采集与处理系统,为毛坯内应力场的自动测量奠定了硬件和软件的基础。通过一系列的残余应力测量试验验证该方法的可行性及所设计系统的有效性。关键词大型结构件,内应力,钻孔法,电子散斑干涉术,散斑条纹,在线测量基于电子散斑的毛坯内应力场在线测量技术研究A-bstract11屺rele雒e of int锄a I s晚踮in tlle blanl【c孤ses s甜。鸺def0】mation心er machinj.mg,W11ichrcs仃icts也e pr0Iu州on of aerospace gnmctIl∞s and mechanical parts.The北f0托,stIldying血eme蕊u彻n伽t雠也od of i册er s雠ss is i皿pon删t0 con廿Dl也e胧血inillg de删0n.According tothe problcms existed in inn盱s缸弓ss me签m锄∞nt f.or monohtllic co加pc唧%t llsing hole司rdhngmetho也the pap盯弘叩o∞s a new me觞啦镪nent i如a锄【d a co璐觚妣m酬№d.How to in】prove岫e伍ciency of s臼∞ss meaSureI地nt f.0r monolithic comp nent is mainly disc髑sed.The major托se础啊,01.ks are lists as f.0llows1.According t0 the probl锄s of the d印tll of hole--砸lliIlg metllod and the calculation of血es缸.ess in component Which c姐’t be meaSu∞d a new me雒urem锄t me廿10d f.0r une、吼dis伍buteds骶ss is pfoposed.The 0pe枷。璐of me雒llr印舱nt a∞i璐emd in协me rough m觚岫g process.The2D s仃ess is retrieved by interpola_tion a190ri吐H璐,趾d血en也e s吨ss in non-加髓吣d compon锄t c觚bc calculated by b诹曲唱a sem2Llancing model of 3D s吨ss file正2.hl order t0 iⅡlprove tlle e伍ciency of the im烈‘sn℃ss me雒urement fbr mo∞hthic compon∞tby hole枷lliIlg memod,a new i蚰盯鲫他ss mea跚托m∞t c伽【】biIliIlg el∞蜘c speckle pa仕锄触r01neterteclmology①s聃and hole世illiIlg黜血c’d is devel叩缸1k砌itioIlal ESPl 0pticalpath is il珥roved.Ovmn shllctu他of s臼屯豁onlim me嬲urement system is desi弘ed and me鲢ⅢementpIDcess is pl锄ed.3.n圮me弱urem朋t dcvi∞devcloped f.or u北ven dis劬uted s仃℃ss med雒weU鹪Ⅱle image∽quisition柚d processing systcm speciaLlly designed lay h觚lWa他baSis and software b孙is细。1量圯鼬他鹞aIItom撕c me鹊m瑚nent.A s嘶es of w耐五ca廿on tests a他m缸le to pr0、他t11e pmbabili钞of也is and the e丘色cdv%e豁of也iS sys觚KeⅣords M0noli也ic Co呷咄毗b臌S骶豁es,Hole也ning Metll她ESPI,Onl妣Me勰u崩ne咄spec姐e F渤geⅡ南京航空航天大学硕士学位论文目录第1章绪论11.1弓l言.11.2毛坯内应力场测量现状21.2.1均匀应力场的测量31.2.1.1逐层法31.2.1.2裂纹柔度法31.2.2不均匀应力场测量。41.2.2.1无损检测法41.2.2.2钻孔法51.3电子散斑测量技术的进展61.3.1电子散斑技术的起源和发展61.3.2电子散斑技术在残余应力测量方法的进展.71.4本论文的主要内容8第2章不均匀应力场的测量方法92.1毛坯不均匀应力场的测量思路92.2一维内应力值的计算.112.3二维内应力场反演.132.3.1反演过程。132.3.2插值算法。142.4自平衡三维应力场的构建172.5本章小结.....18第3章基于电子散斑干涉的内应力在线测量系统设计193.1内应力在线测量系统总体设计.193.2基于电子散斑的在线残余应力测量原理.203.2.1电子散斑干涉术203.2.2电子散斑干涉测量残余应力原理..223.3光路系统的设计.243.3.1电子散斑干涉光路的设计243.3.2光路系统元件设计25III基于电子散斑的毛坯内应力场在线测量技术研究3.3.2.1半导体激光器.253.3.2.2平面反射镜.263.3.2.3分光镜.263.3.2.4扩束镜.263.4在线测量装置的结构与工作流程.273.5本章小结29第4章散斑图像采集与处理系统304.1硬件系统的设计304.1.1光学镜头。304.1.2工业相机。324.1-3图像采集卡..334.2软件系统设计.354.2.1软件开发平台354.2.2软件工作流程..354.2.3图像采集与处理控制界面。364.2.4散斑条纹处理384.2.4.1散斑条纹去噪处理。394.2.4.2散斑图像校正-414.3本章小结44第5章内应力场测量试验与结果分析455.1试验设备与参数.455.1.1残余应力测量装置。455.1.2试样的制备.465.1.3试验参数465.2试验及结果分析475.2.1系统标定_475.2.2零漂试验....485.2.3单向加载位移试验。495.2.4残余应力测量试验515.3本章小结54第6章总结展望.556.1总结。55Ⅳ南京航空航天大学硕士学位论文6.2展望55参考文献.57致谢...61在学期间的研究成果及发表的学术论文62V基于电子散斑的毛坯内应力场在线测量技术研究Ⅵ图清单图1.1裂纹柔度法。4图2.1基于加工过程的内应力测量以及变形预测和控制.9图2.2逐层小孔法的实施步骤10图2.3钻孔法测量原理11图2.4线性插值14图2.5自平衡的应力场模型17图3.1内应力在线测量系统结构图..19图3.2电子散斑干涉原理图20图3.3电子散斑干涉原理22图3.4残余应力条纹模拟图..23图3.5双光束干涉测量面内位移光路。25图3.6改进后倾斜的光路布置图..25图3.7在线散斑应力测量仪工作示意图..27图3.8测量工作流程图28图4.1机器视觉镜头结构图。31图4.2凸透镜成像示意图..3 1图4.3图像采集卡的硬件结构。34图4.4图像采集卡采集图片的流程。36图4.5测量系统图像采集界面37图4.6条纹图窗口.38图4.7测量系统采集条纹图一39图4.8同态滤波流程。40图4.9同态滤波后条纹图。41图4.10相机拍摄位置.42图4.1 1双线性插值原理.43图4.12校正后散斑条纹图43图5.1在线激光散斑应力测量装置~45图5.2试验装置47图5.3系统标定刻画标尺.48图5.7条纹P沿X轴分布图..50图5.8试验过程界面显示..5 1图5.9不同载荷下电子散斑干涉条纹图。52图5.10试验结果比较.53ⅥI
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