采用超声波辅助激光熔化沉积法制备SiCp/AlSi30复合材料, 研究SiC质量分数对铝基复合材料相组成、微观组织及力学性能的影响规律。当SiC的质量分数小于10%时, 液态铝合金与SiC颗粒之间未发生界面反应, 陶瓷颗粒保持原始的形态。当SiC的质量分数达到15%时, 部分SiC颗粒与熔融的铝合金反应形成了针状的Al4SiC4。SiC增强相的加入促进了硅相的非均匀形核, 导致初生硅尺寸的细化。由于高硬度增强相的加入和晶粒细化的共同作用, 质量分数10%碳化硅颗粒增强AlSi30复合材料的力学性能得到提高, 其显微硬度与未增强的AlSi30合金相比提高了25.3%。此外, 质量分数10% SiCp/AlSi30的摩擦因数和磨损率与超声波辅助激光熔化沉积法制备的纯AlSi30合金相比分别降低了19%和25%, 复合材料磨损性能得到提高。

激光熔覆是一种先进的表面改性技术, 具有对基体材料热影响区作用小、组织细密和基体的变形程度小等特点, 被广泛应用于再制造领域。稀土元素能够改善镍基合金涂层组织, 使熔覆层晶粒细小, 同时净化晶界。总结稀土氧化物在激光熔覆镍基合金涂层研究中的进展, 概述稀土氧化物的种类和性质, 结合稀土氧化物的作用机制研究其对镍基合金涂层的晶粒尺寸、稀释率、裂纹的影响, 分析涂层硬度、耐磨性、耐蚀性、抗氧化性等性能, 同时讨论其对涂层中硬质相的影响。最后对目前阶段稀土氧化物对激光熔覆镍基合金涂层研究中存在的问题和未来的发展方向进行了展望。

铝合金具有密度低、比强度高、耐腐蚀性好等特点, 很好地满足航天飞行器轻量化需求。激光选区熔化技术(SLM)成形的铝合金零件综合性能良好, 在航天领域应用广泛, 但存在成形过程中缺陷不好控制、成形件表面质量较差、后处理工序烦琐等问题。为此, 选取AlSi10Mg铝合金, 针对SLM成形AlSi10Mg铝合金缺陷消除进行实体工艺优化研究, 获得缺陷最少的优化工艺参数, 并进一步研究表面粗糙度优化方法。结果表明, 通过优化工艺参数(主要包括扫描功率、扫描速度、扫描间距), 可以获得较低的孔隙率(9.2%)和较优的内部成形质量; 成形件表面质量主要影响因素有表皮扫描功率、扫描速度、扫描间距等, 适当提高扫描功率可以获得较好的表面质量。

多道激光熔覆层的表面平整度和搭接率的大小密切相关。为研究搭接率对倾斜基体激光熔覆层表面平整度的影响规律并获得平整表面的临界搭接率, 用椭圆模型拟合倾斜基体熔覆层的横截面, 并通过试验验证椭圆模型拟合的可行性。建立了倾斜基体的搭接模型, 得出倾斜基体上获得最佳平整度的临界搭接率的计算方法, 在基体30°倾角下研究不同搭接率对熔覆层平整度的影响。结果表明, 较小的搭接率会导致熔覆层的平整度降低, 较大的搭接率会使熔覆层不断堆积导致熔覆层高度增加, 在临界搭接率下, 可以在几乎不改变熔覆层高度的情况下获得平整的熔覆层。

为改善熔化极气体保护堆焊工作效率低、人工成本高等问题, 采用等离子堆焊技术, 以H13钢粉末作为焊材对热作模具钢母材(5CrNiMo)进行堆焊试验。研究焊接电流对焊接熔深、熔宽、微观结构以及堆焊层裂纹倾向性的影响, 探讨了焊接裂纹形成机理。结果表明, 焊接熔深与熔宽都随着焊接电流的增加逐渐增大。堆焊层的显微组织由马氏体和残余奥氏体组成。随着焊接电流的增加, 堆焊层中部马氏体枝晶逐渐粗化。多层焊接时, 层间界面上方奥氏体含量明显多于下方。焊接电流变化时, H13堆焊层的裂纹敏感性较大, 堆焊层的裂纹按形成机理主要分为应力诱发裂纹和缺陷诱发裂纹。当焊接电流为150 A时, 可以获得裂纹缺陷数量较少的堆焊试样。通过等离子堆焊的方法, 实现了热作模具的快速堆焊, 为后续等离子堆焊填充热作模具提供指导。

为实现复杂工况下焊接机器人精准识别焊缝目标, 将激光视觉传感技术应用于机器人焊缝识别中。以激光视觉传感器作为核心硬件, 构建焊接图像采集系统, 运用PCI总线卡检测传感器及外部指示灯是否为连接状态, 通过PXR800图像采集卡在规定时间内得到激光焊接图像, 使用串口通信程序完成图像高效传输。分别采用双边滤波器与模糊算子实施图像去噪与增强处理, 优化图像角点与激光条纹中心点, 利用等式约束方程修正卡尔曼滤波后的图像坐标值, 完成高精度焊缝识别任务。仿真结果证明, 激光视觉传感能够帮助机器人提升焊缝识别精度、增强抗干扰能力, 为焊接机器人的推广应用发挥积极作用。

镍锌铁氧体复合材料是一种性能优良的吸波材料, 同时还具有高柔性和可加工性, 广泛用于屏蔽通信中的电磁干扰。为提高铁氧体复合片材的切割质量, 采用先进的脉冲激光切割工艺, 并选择窄脉宽的亚纳秒脉冲激光为光源。首先改进了激光切割的扫描策略, 结果表明, 与常规的多遍策略相比, 周期性“扫描-冷却”多遍策略显著抑制了热积累, 使切缝热影响区宽度从567.39 μm减小至249.42 μm, 降低了56%。在改进的扫描策略基础上, 使用响应曲面模型分析激光平均功率(P)、光束扫描速度(v)、“扫描-冷却”每个周期内扫描次数(n1)3个因素对热影响区宽度和切割效率的综合影响, 并进行参数优化。高的平均功率、高的扫描速度和少的扫描次数有利于降低热影响区宽度, 同时兼顾切割效率。参数优化结果显示, 平均功率19.7~21.1 W, 扫描速度1 750~1 800 mm/s, 每个周期内扫描20~24次, 可以实现在9个周期切断0.2 mm镍锌铁氧体复合片材, 切缝热影响区宽度约为200 μm。

新疆作为我国“西电东送”的关键节点, 电网覆盖面积大。受新疆恶劣天气的影响, 常规设计的金具在服役过程中出现过早失效。为进一步提高线路金具的服役寿命, 采用激光强化的方式提高材料表面的耐磨损性能, 研究激光强化处理对U型环组织及硬度的影响。根据U型环的实际工况进行了金具磨损试验, 对磨损结果进行分析。最后, 对磨损后材料的剩余承载力进行测试。结果表明, 激光硬化层为针状及板条状马氏体组织, 硬化层平均硬度为638 HV, 深度约为2.1 mm。组1中未强化U型环的平均磨损质量为19.8 g, 组3中激光强化U型环的磨损质量平均为0.9 g, 其失重量为未强化U型环的4.5%。由破坏载荷试验可知, 激光强化U型环在磨损后的剩余承载力仍高于其标称破坏载荷。

利用烧蚀阈值理论, 研究飞秒激光对面齿轮的烧蚀特征, 得到了面齿轮的烧蚀阈值。建立烧蚀模型, 计算仿真了飞秒激光在单脉冲与多脉冲烧蚀过程中的理论宽度与深度。利用等离子体冲击波传播半径随时间变化的规律, 耦合飞秒激光多脉冲烧蚀时的表面残余温度变化, 得到等离子体冲击波的动态反冲压力机理图, 并得到飞秒激光加工过程中, 等离子体冲击波动态反冲压力对烧蚀的凹坑形貌以及扫描隧道与烧蚀平面形貌变化的影响。通过试验验证飞秒激光对面齿轮进行隧道扫描时, 随着扫描速度的增加, 隧道的直线度降低。高功率条件下, 增加相邻扫描道扫描间距, 烧蚀后的齿面精度更高。

脉冲激光清洗绝缘子表面污秽时, 作用机制主要有振动和烧蚀两种机制, 但不同激光参数下实际的作用机制会有所差异。通过COMSOL建立热-应力耦合有限元模型模拟温度场和应力场, 探究脉冲激光扫描一个周期脉冲功率不同时的振动和烧蚀机制及其清洗效果, 并通过激光清洗试验, 验证仿真结果的可行性。仿真结果表明, 振动与烧蚀机制共同作用的污秽去除阈值约为123 W, 振动量与烧蚀量都随着脉冲功率的增大而增大, 在150 W时清洗深度为污秽厚度的40%, 在200 W时清洗深度达到污秽厚度的92%; 在250 W时清洗机制达到临界状态, 清洗深度达到污秽厚度的100%; 大于250 W后为烧蚀机制主导, 以300 W为例, 绝缘子有明显损坏。试验结果表明, 在设备功率为200 W时, 脉冲激光对绝缘子表面污秽有明显的去除效果, 表面污秽向外喷溅, 并伴随明显烧蚀现象; 绝缘子基底只有少量污秽残留, 未见损伤。

借助ABAQUS软件建立了微尺度激光冲击强化(micro-scale laser shock peening, μLSP)过程的有限元模型, 对T2纯铜的μLSP过程进行了数值模拟, 分析了μLSP过程中纯铜的位移、塑性应变和等效应力的动态响应情况以及残余应力的分布规律。结果表明, 冲击波作用到纯铜表面后, 极短时间内便可达到纯铜的动态屈服极限。纯铜表面的位移影响区域直径约为激光光斑的2倍, 并在27 ns时达到位移最大值约0.85 μm。随着冲击波压力的加载, 纯铜产生加工硬化, 塑性应变和等效应力的最大值均出现在加载区域内部的近表层处, 分别约为0.062 MPa和297 MPa。μLSP后纯铜表面激光辐照区域主要表现为残余压应力, 最大值约为199 MPa, 影响深度达40 μm。在激光辐照区域表面边缘存在一定的残余拉应力, 产生“残余应力洞”。同时, μLSP工艺试验结果与数值模拟结果基本一致, 从而验证有限元模型的合理性与可靠性。

配油盘作为液压系统的核心元件之一, 其曲面尺寸是否合格直接关系到液压系统的性能。针对其表面部分轮廓特征提取困难、测量误差较大的问题, 提出一种基于附加图像边缘检测的球面分割及尺寸测量方法: 首先, 采用Sobel算子对拍摄的配油盘图像边缘进行锐化并提取球面部分轮廓形成掩膜; 然后, 借助掩膜分割出球面部分的四步相移图, 采用四步相移法求解相位主值, 并使用双频外差法展开相位; 最后, 通过系统标定, 计算得到配油盘球面部分的三维点云数据, 并进行球面拟合。试验结果表明: 采用该方法能够分割出较为清晰的球面部分点云图, 基于点云数据拟合的测量精度99.238%, 高于依据高度分割、区域生长分割、RANSAC(random sample consensus)分割和手动框选等方法的测量精度, 实现了配油盘球面尺寸的高精度测量。

激光遥感探测技术具有信息传输速度快、操作方便、高精度和远距离探测等优点, 可以很好地弥补地震勘探在地形复杂区域中存在的施工难度大、地震数据采集慢等缺点。利用波前传感器具有的高灵敏度、高探测效率和离轴探测等特点, 将其用于地震波激光遥感探测之中, 改进前期研究中由于迈克尔逊干涉法存在慢变化导致的信号处理复杂等问题。通过搭建激光遥感探测系统, 对地震波中的纵波进行观测和分析, 探讨了地面振幅与波前传感器测量光斑的关系。试验表明, 该系统对低频地震波响应更加良好, 解决了仪器本身自然频率的干扰, 离轴探测的特性使得反射信号的采集更加便利, 为地震波激光遥感探测提供了试验参考。

中频波前均方根(PSD1)是用来评价光学元件中频段波前质量的关键参数, 在对其进行数值计算之前, 需要对波前数据进行频率域滤波。滤波后的数据易导致待测区域内、外的数据截断, 引入较大的边缘高频误差与吉布斯噪声, 从而严重影响了计算准确度。为了减小数据截断带来的影响, 通过对边缘截断的数据做趋优填充, 减少截断区域内外的空间频率突变。通过对现有的空域预处理方法进行对比, 提出了一种四向扩展平均算法。经试验验证, 所提出的方法可以较好地还原光学元件的中频段面形, 显著提高PSD1测量准确度, 试验表明所提出的方法较标准值的误差平均值小于5%。

海洋是丰富的资源宝库, 对海洋资源的开发和利用尤为重要。水空跨介质探测、通信、水下目标确定等技术一直是相关工作者关注的热点, 同时也是技术难题。声波作为一种机械波, 是水中良好的传播载体, 因此通过提取水下声波信息进行水空跨介质探测及通信不失为一种好方法, 但目前仍缺少完整的水下声信号传播模型及试验基础。本文提出一种基于有限元方法的水下声信号产生水面波纹振动的仿真模型, 并运用激光多普勒测振技术对水面波纹进行检测, 通过试验与仿真两种方式均能在水面以上精准得到水下声波信息。在相同水下声信号参数的条件下, 试验与仿真得到的水面波纹振幅大小一致, 验证了激光多普勒测振技术用于获取水下声波信息的可行性及所建立仿真模型的正确性, 为实现水空跨介质探测及通信的突破提供了试验基础及理论依据。

为提高锂电池温度在线监测能力, 通过双路解调方案构建分布式拉曼光纤温度测试系统, 采用外部触发方式, 实现相互协调的工作状态。温度测试结果表明, 常温状态下系统各通道距离10 m范围的温度精度达到±1 ℃。经过8次测试后温度值误差均在0.17 ℃内, 表明系统常温条件下可以保持良好的稳定性, 满足设计条件。该系统能够满足锂电池的测温要求, 能够对锂电池局部温度异常情况进行准确反馈, 有效预防锂电池各类事故。10 m传感距离内行程误差最大值只有2 m, 符合锂电池测温要求。模拟试验测试结果表明, 该系统能够对故障进行准确辨别与定位, 表明系统具备优异的分布式测试性能。DTS系统可以达到±1 m的分辨能力, 可以快速响应锂电池故障引起的温度变化。

针对汽车仪表盘内凹六边形卡槽尺寸检测中存在人工检测速度慢、精度差等问题, 提出一种基于点云数据密度提取的内凹多边形自动化测量方法。首先使用双目结构光扫描的方式, 获取零件表面的点云原始数据; 使用KD-tree建立点云拓扑关系并进行半径滤波; 利用贪婪算法重建网格曲面; 最后采用基平面偏置与密度提取融合, 实现点云的边缘特征点和噪点分类, 提取内凹多边形孔径特征, 并计算其尺寸。选用带有内凹六边形特征的弧形汽车仪表盘零件为试验工件进行算法验证。试验结果表明, 该算法可以有效提取特征且内部特征尺寸测量精度为60 μm; 相较于传统测量方法, 单个内凹六边形测量时间可缩短至1 s, 能够实现内凹型不规则工件的自动化快速尺寸测量。

针对Al5083纳秒激光划片过程中产生沟槽和凸起两种轮廓的问题, 研究了不同工艺参数下产生轮廓与映射声信号的关系。开展Al5083薄板纳秒紫外脉冲激光划片试验, 观察轮廓的微观形貌, 探究轮廓形成机制; 采集声发射信号, 小波包变换后分析声信号的差异性, 并开展支持向量机分析。微观观测结果表明, 凸起轮廓的成形机制包括熔融金属溅出受阻和凝固时产生的大量气孔。声信号分析结果显示, 沟槽轮廓对应的小波包分解系数的方差和包络面积显著高于凸起轮廓; 以小波包分解后的频谱为特征向量, 添加标签后使用高斯核支持向量机分类, 分类准确度达92.57%, 验证了小波包变换和支持向量机的结合在基于声信号的轮廓监测中的可行性, 为构建基于声发射的激光划片监测系统提供可行的技术路径。

指纹在法庭科学中具有重要作用, 但其遗留时间的判定一直是难以攻克的挑战。本文提出一种基于茚二酮显现法, 借助决策树算法的指纹遗留时间判定模型。配制不同浓度的8种氨基酸纯品溶液, 并采集10名志愿者指纹, 获得遗留时间分别为0、3、7、14、21、30 d的样本。依据样本与茚二酮显现后经绿色波段激光照射, 橙黄色滤光器观察下的荧光强度等特征值, 构建决策树模型, 遗留时间识别准确率达到81%, 横向比较支持向量机和多层感知机模型的准确率, 确定决策树模型为最优模型。以真实指纹大于等于14 d的数据作为测试集检验该模型, 准确率达67%。该方法为指纹遗留时间的判定提供了一定思路。

在激光供能无人机中, 激光跟瞄无人机光伏电池板的方法成为关注热点之一。针对激光跟瞄无人机存在跟踪偏差大的问题, 提出基于改进蝴蝶优化的粒子滤波算法。首先在蝴蝶优化算法初始化阶段引入对立学习策略, 改善算法寻优性能; 其次将蝴蝶优化算法位置更新公式进行优化, 提升算法寻优速度; 最后将引入蝴蝶优化算法的粒子滤波算法应用于激光供能无人机的跟瞄中, 实现激光对无人机光伏电池板的最优跟踪。MATLAB结果表明, 基于改进蝴蝶优化的粒子滤波算法在激光跟瞄过程中可以提高激光器发射激光的准确度, 有效减小跟瞄误差, 改善激光跟瞄无人机光伏电池板的效果。

目的: 探讨强脉冲光(IPL)和或红光联合他克莫司软膏治疗面部脂溢性皮炎(SD)的临床疗效。方法: 纳入201例面部SD患者, 随机分为试验组A、B、C和对照组。对照组外用他克莫司软膏, 试验组C、B和A在前者基础上分别联合红光、IPL、红光和IPL治疗, 疗程共8周。治疗结束后评估疗效及不良反应等。结果: IPL和或红光联合他克莫司软膏治疗后, 症状体征均明显改善(P＜0.05); 其中试验组B对抑制皮脂腺分泌和试验组A对皮损面积、瘙痒改善更明显; 各组红斑的改善幅度无明显差异(P＞0.05); 四组有效率比较差异具有统计学意义(P＜0.05)。经联合治疗后, 角质层含水量增加和经表皮失水量减少, 生活质量好转, 患者满意度较高。四组均无严重不良反应。结论: IPL、红光联合他克莫司软膏治疗面部SD安全有效。