红外图像测量金属疲劳极限以及数据传输模块的研究

论文摘要

本课题得到了国家“863"计划项目的基金支持,该项目的目的是通过红外热成像技术,来快速确定金属材料的疲劳极限。本文所研究的内容属于该项目的子项目。本文首先分析研究了前人对金属疲劳极限测量的方法,并对前人研究的成果进行了有选择的总结和吸收。然而传统的疲劳极限评估方法需要漫长的时间,因此费用很高。为此提出一种新的试验方法。新方法是基于锁定热成像技术测量耗散能,通过D-MODE和E-MODE法,单试样受台阶式应力增值,有限次循环的耗散能,对应于施加试样应力曲线上的拐点揭示疲劳极限机制。该方法是在红外检测技术的快速发展中得以实现的,由于金属的耗散能非常小,在红外技术出现以前是无法测量的,所以很容易被人们所忽略掉。随着红外技术的高速发展,可以通过红外焦平面摄像机的精确测量得到试件的精确温度,便可以得出试件的耗散能,进而估算出金属的疲劳极限。本文详细阐述了运用红外图像处理进行金属疲劳极限检测的方法。在对试件进行疲劳实验时,通过红外摄像机捕捉试件的红外图像信号,在数据传输模块中进行初步处理。加入试验中重要的载荷信号,再把包含了载荷信号的数据传输到计算机中进行进一步的处理,得出耗散能与应力之间的曲线图。绘制能耗曲线,通过最小二乘法的线性回归,找出能耗突变点的应力,进而推算出试件的疲劳极限。本文对数据传输模块进行了研究,对每个芯片的选择进行了细致的分析说明,并对其功能进行了较为详细的解说,最后对其进行仿真,并加以完善。

论文目录

• 学位论文数据集
• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• Contents
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及问题的提出
• 1.2 国内外发展概述
• 1.2.1 疲劳极限研究的发展概述
• 1.2.2 疲劳极限算法的发展概述
• 1.2.3 疲劳损伤理论研究概述
• 1.2.4 疲劳寿命的预测方法发展概述
• 1.3 课题的目的及意义
• 1.3.1 金属疲劳极限研究的意义
• 1.3.2 传输模块研究的意义
• 1.4 本文的主要研究内容
• 1.5 本文的创新之处
• 第二章 红外图像测量金属疲劳极限
• 2.1 新型测量疲劳极限的理论基础
• 2.1.1 疲劳极限的理论分析
• 2.1.2 统一的形变破坏理论
• 2.1.3 能量方法
• 2.2 红外图像检测技术的理论基础
• 2.2.1 红外无损检测技术
• 2.2.2 红外热成像技术的特点
• 2.2.3 红外焦平面列阵摄像机
• 2.3 能量耗散
• 2.3.1 疲劳过程的能量耗散
• 2.3.2 疲劳能量耗散规律
• 2.4 能耗测量的理论根据
• 2.4.1 热—力耦合方程及其假设条件
• 2.4.2 能耗提取的理论根据
• 2.5 本章小结
• 第三章 数据传输模块
• 3.1 差分信号接收电路
• 3.1.1 电平转换以及数据接收
• 3.1.2 信号接收电路
• 3.2 AD转换电路及其控制电路
• 3.2.1 AD的选择及其功能优点
• 3.2.2 时钟输入电路
• 3.2.3 模拟输入电路
• 3.2.4 信号输出
• 3.3 FPGA的选择及其运用
• 3.4 差分信号驱动输出电路
• 3.5 本章小结
• 第四章 软件介绍
• 4.1 QuartusⅡ设计流程
• 4.1.1 QuartusⅡ图形用户界面的基本设计流程
• 4.1.2 EDA工具与QuartusⅡ软件配合使用时的基本设计流程
• 4.2 QuartusⅡ仿真流程
• 4.2.1 功能仿真流程
• 4.2.2 NativeLink仿真流程
• 4.2.3 手动时序仿真流程
• 4.3 本章小结
• 第五章 仿真测试
• 5.1 数据传输流程
• 5.2 仿真流程
• 5.2.1 建立仿真项目
• 5.2.2 仿真器件准备
• 5.2.3 仿真结果
• 5.3 本章小结
• 第六章 试验方法
• 6.1 前人的试验方法
• 6.2 本课题的试验方法
• 6.3 测试原理
• 6.3.1 试件载荷的选取
• 6.3.2 试件拉压试验
• 6.3.3 实验结果
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论
• 附录1
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 附件