为研究单晶硅超精密切削特性, 采用纳米压痕仪配合Berkovich金刚石压头对单晶硅<100>晶面进行纳米压痕与纳米划痕实验。纳米压痕实验分别以10、30 和50 mN载荷将压头压入单晶硅表面, 发现30 mN载荷下载荷-位移曲线产生微小波动, 而在50 mN载荷下发生“pop-out”现象, 说明材料此时有突然的应力变化并有脆性破坏发生, 预测了单晶硅脆塑转变的临界载荷略小于30 mN。开展变载荷纳米划痕实验, 用0~100 mN的载荷刻划单晶硅表面, 根据载荷-位移曲线观察到单晶硅在变载荷刻划中分为弹塑性去除和脆性去除阶段。弹塑性去除阶段, 载荷-位移曲线波动平稳, 而脆性去除阶段曲线波动较大, 得到单晶硅脆塑转变的临界载荷为27 mN, 临界深度为392 nm。通过恒载荷纳米划痕实验, 在塑性加工域内分别以5、10和20 mN的恒载荷刻划单晶硅表面, 并通过扫描电子显微镜(SEM)观察恒载荷划痕后的单晶硅表面形貌, 分析刻划数据发现切削力和弹性回复率随着载荷的增加而增大, 摩擦系数则先增大后减小。因此单晶硅超精密切削加工应选择合理的载荷, 并充分考虑弹性回复的影响。

采用激光-氩弧电弧复合焊接方法对核级高硅含钛奥氏体不锈钢的包壳材料进行对接焊接,通过正交试验研究焊接工艺参数对焊缝气孔率的影响,并对焊缝的显微组织及接头的力学性能进行分析。试验结果表明,提高焊速和离焦量可以明显降低气孔的数量和尺寸,在优化的焊接工艺参数条件下可以获得成形良好和无气孔缺陷的焊缝;焊缝区组织为单一奥氏体相,焊缝区中心为粗大的柱状晶,熔合线附近焊缝区的晶粒尺寸减小,并存在细小的胞状晶和等轴晶;热影响区组织与母材基本相同,但其晶粒尺寸略大于母材;焊接接头的平均抗拉强度为607 MPa,约为母材抗拉强度的73%,平均断后延伸率为6.5%;拉伸断口处存在大量的撕裂棱和韧窝,其为典型的韧性断裂;焊缝区域的硬度在160 HV_0.1左右,约为母材硬度的60%;180°的面弯和背弯结果合格,接头性能满足核反应堆中核燃料组件对包壳材料的技术要求。

在开采煤矿的生产活动中, 遇到煤矿爆炸或地震、 地质等自然灾害, 会导致坍塌、 掩埋、 堆积等情形, 进而形成复杂的封闭环境。 如果发生人员被困等突发情况, 破灾救援、 挽救生命工作显得至关重要。 封闭环境中O2的浓度随时间的变化直接威胁到被困人员的生命安全, 及时掌握被困人员所处环境的O2浓度变化对破灾救援机器人作业实施有着非常重要的指导意义。 为准确测量O2的浓度, 以封闭室内O2为研究对象, 综合应用可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术和波长调制光谱(WMS)技术, 设计了一套准连续调制激光吸收谱实验测量O2浓度系统, 对24 h封闭室内O2的浓度随时间变化情况进行测量研究。 实验结果表明, 封闭室内O2的浓度受到室内人员活动的影响, 准连续调制激光吸收谱测量方法可以准确测量封闭室内的氧气变化。

在机载激光雷达扫描过程中,建筑物背面的地面边缘线常常被遮挡,无法获取精确的建筑物背面边缘点信息,在利用获得的激光点云进行三维重建时,使得创建数字表面模型(DSM)的精度较低。为消除背面边缘点缺失造成的DSM精度降低,提出了一种建筑物地面缺失边缘线的自动提取算法;通过提取建筑物侧面和地面局部点云的拟合趋势面,计算两相邻局部趋势面的交线,并补充缺失部分的边缘点数据;最后采用补充了边缘点的建筑物激光点云重建了建筑物的DSM,并对边缘点补充前后的DSM精度进行了对比仿真实验。仿真结果表明,通过提取和补充建筑物的边缘点可有效提高建筑物重建DSM的高程精度。

机载激光雷达(LiDAR)扫描被测地形获得激光点云, 进而重建被测地形的三维图像。机载激光雷达测量过程中, 机载平台姿态角时刻发生波动, 其对激光点云密度分布及重建三维成像精度具有显著影响。为消除姿态角波动对激光雷达测量的不利影响, 设计了一套姿态角补偿装置, 包括机械结构设计和控制系统设计; 并搭建了半物理仿真实验系统, 编制了总控制软件使各子设备之间时间同步控制及数据采集, 实现了对机载激光雷达工作原理及姿态角补偿原理的实验仿真和补偿效果验证, 补偿后DSM高程精度的RMSE误差由3.50 mm以上减小到3.28 mm。实验结果表明, 搭建的半物理仿真实验系统可正确模拟机载激光雷达的工作过程, 设计的姿态角补偿样机对机载激光雷达点云产品质量有显著的补偿效果。

针对在空气环境下金属表面激光标记时, 会出现热影响区较大, 飞溅物易沉积影响加工质量, 同时产生废气和悬浮颗粒, 对环境有污染等问题提出了水辅助条件下进行激光标记二维条码的方法。首先, 从条码质量评定指标的角度, 研究了水层深度对条码图像质量的影响, 然后, 对比分析了在两种环境下的条码图像质量情况。结合微观分析, 证明了水辅助激光标记二维条码的可行性, 并且能够解决空气环境下产生的问题。最后, 通过设计正交试验和方差分析对水辅助条件下激光加工参数与条码评定指标的关系进行了分析, 并进行了参数优化。

JMCT程序是北京计算数学与应用物理研究所自主开发的蒙特卡罗方法粒子输运计算程序。从国际临界安全实验数据库中选取棒栅类、U系、Pu系、233U系实验方案对JMCT程序进行验证, 验证涵盖了常见裂变元素(如U, Pu等) 从低富集度到高富集度的快、热能区, 同时也包含了常见的中子毒物以及反射层材料。将JMCT程序的计算结果与基准实验值进行对比, 并且与MCNP, MONK程序的计算结果进行了比较。结果表明, 在检验的范围内, JMCT程序具有与国际通用蒙特卡罗方法粒子输运程序一样良好的计算精度。

直升机载荷平台6-D(Six-Dimensional)运动误差(即飞行轨迹和姿态角运动误差)对机载LiDAR点云质量影响显著,进而影响三维重建模型精度。分析各运动误差对点云质量的影响特点,对于有针对性地消除各运动误差影响、有效提高机载LiDAR三维成像产品精度具有重要意义。建立了机载激光扫描脚点三维空间位置偏差与机载平台六方位运动误差之间的传递关系; 采用数值仿真,定量比较了六方位运动误差对激光点云密度分布和的影响,获得了六方位运动误差的影响特点及规律。仿真结果表明,直升机载荷平台的三个姿态角运动误差对点云密度的影响更显著,且随飞行高度的增大而增大,而三个飞行轨迹运动误差的影响相对较小。