1 哈尔滨工业大学材料结构精密焊接与连接全国重点实验室,黑龙江 哈尔滨 150001
2 北京遥感设备研究所,北京 100854
因瓦合金以其独特的因瓦效应被应用于航天用精密光学镜筒制造中。对因瓦合金镜筒激光选区增材制造工艺及其结构设计进行了探究与优化,结果表明:增加激光扫描间距同时适当降低扫描速度可以有效减少匙孔与未熔合等缺陷,得到了显微组织均匀分布且无明显缺陷的样件,其抗拉强度为482 MPa,屈服强度为388 MPa,最终获得了高质量的镜筒结构件。将镜筒结构拓扑优化为斜拉筋式结构并进行去应力热处理后,其内部残余应力仅为屈服应力的13%,且热膨胀系数仅为1.910-6 K-1。
增材制造 激光选区熔化 因瓦合金 工艺优化 结构设计及后处理 中国激光
2024, 51(10): 1002314
1 广西大学省部共建特色金属材料与组合结构全寿命安全国家重点实验室,广西 南宁 530004
2 广西大学机械工程学院激光智能制造与精密加工研究所,广西 南宁 530004
增材制造(AM)的零件若存在悬垂部件,则往往需要添加额外的支撑结构,这不仅会影响打印效率,而且拆除支撑也会引发新的问题。结构自支撑设计能使增材制造摆脱对支撑结构的依赖,现已成为国内外的研究热点。本文首先总结了增材制造结构自支撑设计的原理,接着综述了增材制造零件整体结构自支撑设计的研究进展以及增材制造填充结构自支撑设计的研究进展。其中,根据不同的结构优化方式,将增材制造零件整体结构自支撑设计进一步划分为基于连续体结构拓扑优化、离散结构拓扑优化和形状优化的结构自支撑设计,并分析了各类优化方法的优缺点。最后,讨论了提升计算效率以及提升结构性能的解决方案,并对未来的应用场景以及未来的研究重点进行了展望。
增材制造 结构优化 拓扑优化 填充结构 结构自支撑 中国激光
2024, 51(10): 1002307
1 北京航空航天大学宁波创新研究院,浙江 宁波 315800
2 北京航空航天大学大型金属构件增材制造国家工程实验室,北京 100191
γ′相强化镍基高温合金以其良好的高温组织与性能稳定性被广泛应用于航空航天、石油化工、汽车能源等领域,激光增材制造可满足现代工程领域对零部件内部结构优化与自身轻量化的要求,成为镍基高温合金复杂结构零部件制造与修复的新兴技术。然而,传统牌号的高强镍基高温合金的成分及强化机制与激光增材制造快速非平衡凝固及固态相变过程不适配,较宽的凝固温度区间和失衡的高温强韧性易引起微裂纹缺陷,难以保证合金的组织完整性和力学性能,严重制约了激光增材制造技术在高性能高温合金中的应用推广。基于此,本文综述了激光增材制造γ'相强化镍基高温合金裂纹的形成原因和影响因素,根据开裂机理从成分修正、成形工艺参数优化、后处理制度调控等方面总结了裂纹控制相关研究进展,探讨了当前能从根源上抑制裂纹的专用合金成分开发策略,并对激光增材制造γ'相强化镍基高温合金的未来发展方向进行了展望。
激光技术 增材制造 高温合金 裂纹 优化与设计 中国激光
2024, 51(10): 1002302
1 清华大学精密仪器系精密测试技术及仪器国家重点实验室,北京 100084
2 清华大学精密仪器系光子测控技术教育部重点实验室,北京 100084
3 北京控制工程研究所,北京 100190
散射介质会破坏光束的光波前分布和能量输送,限制了强散射环境下光镊、荧光成像、光通信等技术的应用。波前整形技术通过优化入射波前,重新规划散射介质内的光传输路径,实现了在散射介质内部或透过散射介质的光聚焦,从而克服了散射介质的限制,将散射光重新利用,使得散射介质成为一个类似透镜的光学元件,也被称为“浑浊透镜”。目前主要有依赖反馈调控的迭代优化方法、建立输入-输出联系的传输矩阵方法和利用光路可逆原理的相位共轭方法三类技术路线。本文从技术原理、应用背景以及重要进展等方面梳理了基于波前整形技术的散射介质聚焦的研究进展,并对比展望了三类技术在应用中的发展前景。
散射介质 波前整形 光聚焦 迭代优化 传输矩阵 光学相位共轭 光学学报
2024, 44(10): 1026013
强激光与粒子束
2024, 36(4): 043012
强激光与粒子束
2024, 36(4): 043002
1 江苏理工学院 机械工程学院,江苏常州2300
2 常州祥明智能动力股份有限公司,江苏常州13011
在QFN芯片封装缺陷检测中,增加图像分割环节可有效提高缺陷检测准确性与检测效率。针对图像分割中传统算法效率低、智能优化算法分割精度低稳定性差的问题,本文提出一种基于改进灰狼优化算法(IGWO)的图像多阈值分割方法。首先,改进原始灰狼优化算法非线性因子,平衡算法搜索效率与挖掘能力;其次,引入反向学习策略提高种群整体质量,引入正弦函数、调整头狼权重以改进灰狼更新策略,增强算法多样性与挖掘能力;然后,提出头狼靠拢与种群变异交替进行的位置更新策略,平衡算法收敛性能与跳出局部最优能力;最后,以Kapur熵为适应度函数,求解最优分割阈值。将本文提出的改进灰狼优化算法的多阈值图像分割方法,与灰狼优化算法(GWO)、基于翻筋斗觅食策略的灰狼优化算法(DSF-GWO)、基于莱维飞行的樽海鞘群优化算法(LSSA)、改进北方苍鹰算法(INGO)的图像分割方法进行实验对比,结果表明:本文方法在分割用时方面,约为DSF-GWO的1/2,INGO的1/4;在分割精度与稳定性方面,在进行QFN芯片缺陷图像的连续30次分割时,本文方法具有最大Kapur熵平均值、最小标准差与最短分割时间。因此本文方法可实现高精度、高稳定性与高效率的QFN芯片图像多阈值分割。
灰狼优化算法 多阈值分割 Kapur熵 QFN Grey Wolf Optimization(GWO) multi-threshold segmentation Kapur entropy Quad Flat No-lead package(QFN)
1 西安理工大学机械与精密仪器工程学院,陕西 西安 710048
2 西安市气象局,陕西 西安 710016
为准确且精细地识别云相态,提出一种基于模糊逻辑识别云相态的优化算法,基于不同云粒子特征参数对T函数系数进行了调整。考虑了回波反射率因子衰减和温度对云相态识别准确性的影响,利用毫米波云雷达订正后的回波反射率因子、径向速度、谱宽和微波辐射计探测的连续时空温度,作为优化后的模糊逻辑算法的输入参数。优化后的模糊逻辑算法在原有云粒子相态(冰晶、雪花、混合相态、液态云滴、毛毛雨和雨滴)识别的基础上,还可实现对过冷水和暖云滴的识别。利用该算法对2022年2月6日陕西省西安市一次降雪过程的云粒子相态进行识别,将近地面的云粒子相态结果与同址地面降水现象仪记录的降水粒子相态进行对比,二者探测的相态有较高的一致性,说明优化后的算法能准确且精细地识别云粒子相态。
大气光学 云粒子相态识别 模糊逻辑优化 过冷水 毫米波云雷达 光学学报
2024, 44(12): 1201010
1 南京理工大学理学院,江苏 南京 210094
2 中国商飞上海飞机制造有限公司,上海 201324
通过测量板状材料中Lamb波的频散曲线可以反演出材料的特性参数,因而这种方法在材料表征、评价和无损检测等领域具有广阔的应用前景。基于移动激光源法测量了薄板中Lamb波的频散曲线,通过高速转镜使聚焦的激光线源在样品表面以与相应Lamb波模式匹配的速度移动,当激光移动速度与Lamb波相速度一致时,可以以较高的效率激发出此Lamb波模式。通过改变转镜的转速,即改变激光线源的移动速度,记录不同移动速度下所激发的Lamb波频谱,可以得到Lamb波的频散曲线。在此基础上,结合粒子群优化算法反演了铝板以及聚苯乙烯板中的纵波波速与横波波速。在仿真中,开展了不同模式和频厚积处频散特性对材料参数的敏感度分析,并比较了不同噪声水平下以及不同模态频散数据选取所对应的拟合效果,讨论了2500~4000 m/s相速度区间基于频散曲线的反演敏感度问题。最终基于移动激光源实验中所提取的铝板中Lamb波的频散数据进行参数反演,结果显示,纵波声速和横波声速的反演误差均小于1.5%,证明了该方案的有效性。
测量 激光超声 参数反演 移动连续激光源 粒子群优化算法