为了探究不同高度条形缺陷的梁构件动态裂纹扩展规律, 在三点弯曲梁中设计高度分别为22 mm、28.5 mm、35 mm的条形缺陷, 通过数字激光动态焦散线实验系统和落锤冲击试验系统进行研究。结果表明: 不同高度条形缺陷的三点弯曲梁在落锤冲击实验中, 裂纹扩展速度和应力强度因子受缺陷高度影响分两个阶段。第一阶段随着缺陷高度的增加, 裂纹最大扩展速度分别为247.49 m/s、292.49 m/s与284.99 m/s, 呈现先上升后趋于稳定的态势, 起裂应力强度因子随着缺陷高度的增加而变大, 分别为1.480 MPa/m3/2、1.665 MPa/m3/2、1.812 MPa/m3/2; 第二阶段随着缺陷高度的增加,裂纹起裂扩展速度逐步减小分别为634.42 m/s、524.97 m/s、377.67 m/s, KⅠ型起裂应力强度因子逐步减小分别为3.281 MPa/m3/2、3.192 MPa/m3/2、2.876 MPa/m3/2, KⅡ型起裂应力强度因子逐步增大分别为1.254 MPa/m3/2、1.319 MPa/m3/2、1.398 MPa/m3/2, KⅠ-KⅡ复合型应力强度因子经偏转化为KⅠ型应力强度因子。研究结果可为不同形状和不同位置的缺陷构件的动态响应问题提供理论参考。

无损检测技术是合金钢构件激光增材制造的重要技术支撑, 是保证激光增材制造产品质量和在役安全性的关键技术, 是贯穿产品全寿命安全保证的重要技术组成。金属激光增材制造合金钢件成形、组织和力学性能不同于传统技术制造构件性能, 使得无损检测技术面临诸多挑战。综述了激光增材制造合金钢成形质量特性, 包括成形缺陷和力学性能; 基于无损检测技术, 论述了无损检测技术在激光增材制造合金钢件质量评价中的应用, 重点论述了无损检测技术在激光增材制造构件缺陷和力学性能中的应用现状; 提出了基于超声和微磁检测技术评价材料力学性能的原理、标定方法和微磁传感器设计方案; 最后总结了无损检测评价技术在激光增材制造合金钢件检测评价应用中面临的挑战和发展趋势。

利用图像点扩散函数(PSF)近似计算法建立线阵探测器工业CT金属材料X射线衰减测量模型, 并利用该测量模型对垂直于X射线平面边界灰度幅值进行数值计算, 获得当前PSF曲线。在此基础上, 建立基于近似PSF曲线的缺陷检测理论模型, 并对缺陷进行定量检测分析。采用高能6 MeV工业CT线阵探测器系统, 对含有人工缺陷的不锈钢试块进行缺陷检测试验。结果表明: 相比于传统半高宽缺陷测量方法, 本实验方法在缺陷定量检测精度上有较大提高, 从而为提升金属材料内部缺陷的定量检测水平提供新的方法和技术途径。

针对激光超声检测过程中, 缺陷的分类、定位及特征难以识别的问题, 根据激光超声遇到不同裂纹呈规律性变化的特点, 采用神经网络对在激光超声检测中出现的缺陷特征进行统计识别。对采集到的激光超声信号归一化和规范化后, 首先计算每个信号的均值、均方根值、峰值、峭度等十个统计特征, 并将这些特征组合成一个等长的特征向量, 然后采用径向基(RBF)神经网络识别。经过计算发现总的识别正确率为95%, 部分类型的缺陷识别可以达到100%, 较低的识别正确率也在80%以上。实验结果表明, 该方法能精确、高效地识别裂纹缺陷且对环境的适应能力比较好, 有助于实现对裂纹的定量检测。

针对钢轨探伤可靠性试验及缺陷信号采集处理要求, 建立了一套基于激光超声技术的无损检测系统。该系统主要包括高能量脉冲激光器、电磁超声换能器、嵌入式信号采集处理系统以及带有人工缺陷裂缝的P60钢轨试件。在分析利用瑞利波探伤机理的基础上, 重点研究了激励线圈阻抗匹配方法, 介绍了嵌入式信号采集处理系统工作原理及其信号处理过程。最后利用搭建的激光超声检测系统, 实现钢轨表面深度不少于0.5 mm缺陷的定位, 并给出了接收信号幅度与提离距离以及缺陷尺寸的关系。

采用近场显微成像法测量了高功率激光镜片薄膜表面裂纹和内部节瘤缺陷,并分析了它们的形成机制。100 nm孔径的圆锥形针尖辐射的倏逝波与薄膜中预埋的缺陷相互作用, 将倏逝波转化为辐射波后, 由物镜收集并在远场逐点成像,同步地获得薄膜表面的原子力显微镜(AFM)图像和扫描近场光学显微镜(SNOM)图像, 以便直观地识别缺陷产生的物理机制。结果表明：在倏逝波的有效作用区域内, 薄膜表面裂纹与内部节瘤可以同时精确地被识别。通过对比SNOM与AFM结果, 发现基底表面裂纹在镀膜过程中积累了残余应力, 这导致薄膜的表面呈层状断裂, 其单条最小裂纹横向剖面尺寸为165 nm, 超过了传统远场检测的实验检测精度; 此外, SNOM图中的亮斑表明, 薄膜的内部有高于基底折射率的节瘤存在。

The high fluence performance of high-power laser systems is set by optical damage, especially in the final optics assembly (FOA). The flaws on the frequency converter surface can cause optical intensity intensification and, therefore, damage the downstream optical elements, such as the beam sampling grating (BSG), which is an important component in the FOA. Mitigation of BSG damage caused by flaws is discussed. Physical models are established to simulate the optical field enhancement on BSG modulated by the upstream flaw, considering both the linear and nonlinear propagation effects. Numerical calculations suggest that it is important to place the BSG in a properly selected position to mitigate the laser-induced damage. Furthermore, strict controls of flaw size, modulation depth, distance between frequency converter and focusing lens, and the thickness of the focusing lens are also significant to mitigate the BSG damage. The results obtained could also give some suggestions for damage mitigation of optical components and the layout design of the final optics assembly.

为使剪切散斑干涉能适用于物体大变形的测量, 选用双波长激光照射和彩色相机, 用傅里叶变换法对干涉图进行频谱分离, 用红色波长相位减去绿色波长相位, 得到合成波长相位, 经频域滤波和相位解包裹, 得到连续相位.理论计算表明合成波长相位条纹数是单波长相位条纹数的0.189倍.合成波长参与计算可以有效减小相位条纹密度, 解决剪切散斑干涉在物体离面位移测量中由于变形条纹过于密集而导致欠采样的问题, 同时降低对干涉条纹滤波和相位解包裹难度, 增强图像处理可靠度, 提高了测量准确度.给出了合成波长与单波长相位幅度的比较以及相同外力下二者相位条纹密度的对比, 实验验证了所提方法的有效性、准确性和可靠性, 实现了剪切散斑干涉对复合材料大变形的测量, 扩展了剪切散斑干涉工程应用的范围, 为新型剪切散斑干涉测量系统的设计提供了参考.

为实现图案布匹瑕疵的在线实时检测, 提出了一种基于机器视觉的实时检测方法。离线训练时, 通过无瑕疵图像的叠加距离函数以及极值权重分析精确求取图案纹理基元周期, 提取标准基元后创建无瑕疵标准基元偏移序列, 提取特征用以构建模糊分类器; 在线检测时, 基于创建的偏移序列求取待检测图像块特征, 采用模糊分类器分类, 若存在瑕疵则继续构建精确分类器分类。实验表明, 所提出的方法对任一批图案不同布匹只需对无瑕疵图案布匹学习一次, 即可实现在线检测, 检测一帧图像平均时间为 200 ms, 准确率达 99%以上, 实时性高且误检率低。