点光源消失法检测航空有机玻璃光学畸变实验方法研究.pdf

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点光源消失法检测航空有机玻璃光学畸变实验方法研究1 点光源消失法检测航空有机玻璃光学畸变实验方法研究2 点光源消失法检测航空有机玻璃光学畸变实验方法研究3 点光源消失法检测航空有机玻璃光学畸变实验方法研究4 点光源消失法检测航空有机玻璃光学畸变实验方法研究5

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点光源消失法检测航空有机玻璃光学畸变实验方法研究1点光源消失法检测航空有机玻璃光学畸变实验方法研究StudyonMeasuringOpticalDistortionofAircraftAcrylicSheetsbyPointSourceVanishing朱子华,张然,王大勇,张浩宇(1空军驻大连地区军事代表室,辽宁大连116023;2锦西化工研究院,辽宁葫芦岛125000)———ZHUZihua,ZHANGRan,WANGDayong,ZHANGHaoyu(1TheDalianMilitaryepresentativeOfficeofChinaPLAAirForce,Dalian116023,Liaoning,China;2JinxiesearehInstituteofChemicalIndustry,Huludao125000,Liaoning,China)摘要:按点光源消失法目前规定的操作方法检测航空有机玻璃光学畸变消失角时,离板材中轴线较远位置处的光学畸变在靠近幕布与远离幕布两位置所测的数据相差较大,影响到产品合格与否的判定。此现象的形成与缺陷距板材中轴线的距离和缺陷的截面形状等因素有关。解决问题的方法:在现有的检测置物架上加装可水平滑动的装置,检测时水平移动板材使所测光学畸变移至置物架旋转轴附近再旋转板材,分别读取各位置消失角数据后,取最大值。关键词:航空有机玻璃;光学畸变;点光源消失法中图分类号:TB332文献标识码:A—文章编号:100l_4381(2012)06000704Abstract:Whentheopticaldistortionvanishinganglesofaircraftacrylicsheetsweremeasuredbythepointsourcevanishingmethodaccordingtothepresentstipulationoperatingprocedures,theopticaldistortionsinthefurtherdistancefromthecentra1axislineofaircraftacrylicsheetweremeasuredin—thepositionsthatwerebothclosetoandawayfromthestripecurtain.Asaresult,theacquiredmeasuredataarequitedifferentandithasseriouslyeffectontheinspectorstojudgewhetherthemeasure—sheetisqualifiedornot.Infact,thephenomenonisinconnectionwithsuchfactorsasthedefectdistancefromthecentralaxisofthesheetandthedefectcrosssectionshape.Asolutionmethodisfound—outthatahorizontalslidingdeviceisinstalledontheexistingrotationmeasurerack.Thus,themeasuresheetcanbehorizontallyslidclosetotherotationaxisoftherackandrotated,thenthevanishinganglesinthedifferentpositionsaregotrespectivelyandthemaximumanglevalueistakenasthemeasurementresult.Keywords:aircraftacrylicsheet;opticaldistortion;pointsourcevanishingmethod航空有机玻璃是能满足飞机风挡、座舱盖等航空透明件成型使用要求的有机玻璃板材口]。为了将品质优良的有机玻璃应用到航空领域众多学者进行了有机玻璃成型、制备等方面的研究_2]。为了保证航空有机玻璃的高性能及安全性能,其各项性能也得以研究,如KINGSHORTHDJ_6],马丽婷l_7],陈新文_8等综合评价了有机玻璃的老化性能及研究进展。为了保证有机玻璃件的使用性能,本工作介绍了有机玻璃件的质量检验要点rg]。作为航空透明件,有机玻璃的光学性能也是关系到使用安全的一项重要指标,也有众多学者进行改进光学性能的研究,光学畸变是航空透明件的一项重要的光学指标,指的是通过航空有机玻璃观测物体时造成所观察物体影像失真的光学缺陷。带有光学缺陷的航空透明件会使得飞行员观测物体失真,导致误操作,进而酿成飞行事故。在制造过程中,如何准确地观察到航空有机玻璃光学畸变的消失角就显得尤为重要。在实际工作中,航空有机玻璃光学畸变的消失—角采用点光源消失法检测(参见ZJBG40185《YB-2航空有机玻璃》)。但在实际工作中按该方法8材料工程/2012年6期检测光学畸变消失角时存在一定问题:当板材上光学畸变位置离中轴线(板材中轴线应与测试置物架旋转轴相重合)较远时,在靠近幕布和远离幕布两位置所测的消失角差别较大,从而影响到产品合格与否的判定。为此,本工作收集整理了实际检测过程中的相关数据,进行分析研究,揭示问题产生的原因并提出解决方法。I光学畸变产生的原因和点光源消失法检测原理有机玻璃是以甲基丙烯酸甲酯为单体,经加入引发剂、增塑剂等添加剂进行自由基聚合而成。在聚合过程中,其聚合的均匀性受聚合温度、聚合速率等因素的影响较大。如果聚合温度或聚合速率不够平稳,聚合后的板材内部成分会不均匀,从而存在较大内应力。聚合不均匀的有机玻璃板材在成型加热后(有机玻璃从玻璃态转入高弹态),内部较大的内应力向板材表面释放,在板面上形成条状或网状的凸起、凹陷等缺陷。通过这些缺陷观察物体会形成较重的光学畸变,不能满足飞机风挡、座舱盖等航空透明件成型使用的要求。用点光源消失法检测光学畸变时,均匀的光线通过这些光学畸变后,折射光线汇聚或发散,在白幕布上显示为亮道、暗线(见图I,2)或类如橘子皮表面纹路的网状纹。网状纹的产生是由于有机玻璃的聚合严重不均匀,经成型加热后在板面所形成的凸起和凹陷的纵横交错。ThebrightspotcausedbycollectinglightL图1亮道折光影像形成示意图Fig.1Schematicdiagramofthegenerationofbrightspot另外,当有机玻璃聚合模板的工作面不够平整时,会在有机玻璃板材的表面形成连续的凸凹直线的印痕。这种情况与有机玻璃的聚合均匀性无关。在不加热的条件下即可观察到。用点光源消失法检测这种缺陷时,在白幕布上显示为整板面的单一方向的明暗道(见图3)。图2暗线折光影像形成示意图Fig.2SchematicdiagramofthegenerationofdarkspotL图3明暗道折光影像形成示意图Fig.3Schematicdiagramofthegenerationofbrightanddarkspot点光源消失法所测的光学畸变消失角就是将板材从垂直于幕布(O。位置指光学畸变位置靠近幕布的位置,180。位置指光学畸变远离幕布的位置)向板材平行于幕布(90。位置)旋转过程中影像消失时的角度。2实验材料及方法实验材料为YB-3航空有机玻璃板,板材尺寸为1750mm×1550mm×lOmm,实验数据为生产实测数据,具有普适意义。实验装置示意图见图4,测试过程如下:(1)调至初始状态,此时,点光源与有机玻璃板在同一水平面,有机玻璃板垂直于幕布;(2)逆时针旋转有机玻璃板,为从O。位置向90。位置旋转板材时影像消失时的角度;(3)板材逆时针旋转至180。位置(远离幕布的水平位置);(4)顺时针旋转有机玻璃板,。为从180。位置向90。位置旋转板材时影像消失时的角度;1O材料工程/2012年6期由表1可以看出:(1)通常情况下,0<。。在本次实验数据中,<的数据约占总数据的三分之二;0>的数据约占总数据的三分之一;仅有一组数据的0。和0相同。(2)除个别0。一外,0。>。(3)当0>0时,>0>02;当0。>0较少时,≈0。;当>较多时,<。(4)当缺陷位置处于板材中轴线附近时(即L很≤小,L12cm),01=03,但01与2不一定相等。3.2数据分析实验分析数据见图6。从图6也可以看出,当L值比较小时,0一0。,0。一0。和0。一0的值也比较小,这说明当缺陷位置处于板材中心轴附近时,测试的消失角度误差较小。。-0,-02‘:02-03_.专・:=●■●一・●●●●●一‘..。--。-●01020304050607080L|cm图601,02和的差值分析Fig.6Thedifferentialanalysisof0l,02and03点光源消失法所测光学畸变消失角的大小,反映的是点光源光线通过有机玻璃板面缺陷后的折射光线在幕布上汇聚和分散的强弱程度。折射光线在幕布上汇聚和分散的强弱程度与缺陷距离板材中轴线的距离、板面上形成的凸起或凹陷的程度以及它们的截面形状有关。有机玻璃板加热后所形成的表面凸起或凹陷的截面形状规则对称(见图1,2)。从180。位置向9O。位置旋转板材与从0。位置向9O。位置旋转板材的区别在于缺陷位置距幕布的距离不同:前者大于后者很多。前者折射光线在幕布上的汇聚和发散的程度大于后者,因此需要增大旋转角度,使影像在幕布上消失,从而使得0>。在这种情况下,从O。位置处水平移动板材再旋转板材所得到的与0。相差不大,表1中与0。差值在0~1。时,属于这种情况,此时,0。和的差值主要由于缺陷距离幕布远近造成的,比较稳定,大多在4~6。。有机玻璃板加热后所形成的表面凸起或凹陷截面形状不规则对称。当板材从0。位置向9O。位置旋转时,缺陷迎光面为曲率小的一侧,在板材从180。位置向9O。位置旋转时将变成曲率大的一侧为迎光面。迎光面的曲率由小变大将造成光线汇聚或发散增强,缺陷距离远离幕布也会造成光线汇聚或发散增强,使得两因素叠加,造成0较0大很多。而从O。位置处水平移动板材再旋转板材所得到的,仅与幕布的距离增大,迎光面的曲率与原来保持一致,因此0。<02。当板材从0。位置向90。位置旋转时,缺陷的迎光面为曲率大的一侧,改为将板材从180。位置向9O。位置旋转时曲率小的一侧将变成迎光面,这将使得折射光线在幕布上汇聚或发散的强度变弱,减弱的强度大于幕布距离增大产生的光线汇聚或发散增强时,效果为强度,即0。<。这种情况下,从0。位置处水平移动板材再旋转板材所得到的。,迎光面的曲率与原来位置一致,仅是幕布的距离增大而产生光线汇聚或发散增强,所以0。>>。缺陷位置处于板材中轴线附近(即L值很小)。由表1可知:当L一9cm时,这是因为折射光线在幕布上汇聚或分散受距离影响的因素消除,同时有机玻璃板加热后形成的表面凸起或凹陷截面形状规则对称,旋转或平移板材后各位置新的迎光面的曲率与原来相等造成的,是比较理想的情况;当L一12cm时,0依然等于,但有机玻璃板加热后形成的表面凸起或凹陷截面形状不规则对称,使得与0和存在差异。因此,当缺陷位于旋转轴较远的位置(L比较大),检测到的与0差异也较大,影响到判定产品质量时,可以平移板材而使得光学畸变位于旋转轴附近,再从0。位置和180。位置旋转板材,以消除因缺陷距离幕布的远近而产生的检测误差。检测过程中积累的数据也可以看出,现有标准《YB-2航空有机玻璃》中对于光学畸变检查方法的规定存在一定的不足。4结论(1)对实际检测过程中累积的数据进行统计分析,揭示了用点光源消失法检测航空有机玻璃光学畸变存在一定的问题。(2)在不违背现行标准的基础上,提出简单易行的解决方案:在现有检测置物架上加装可水平滑动的装置,检测时将所测板材水平移动,使光学畸变移至置物架旋转轴附近,再分别从O。位置和180。位置旋转板材后,分别读取各位置消失角数据后,取最大值。(下转第75页)Hm6—o】\8口2【p急一矗u、钨合金动态力学性能的三维数值模拟研究75(2)得到了钨合金的应力一应变曲线,发现钨合金具有一定的应变率敏感性,随着应变率的增加其屈服强度也在增加。(3)通过对单胞应力应变云图的分析可以得出这样的结论:应力会在钨颗粒与基体之间的界面上集中,容易导致裂纹的产生。[1][2][3][4][5][6][7][8][9]参考文献范景莲.钨合金及其制备新技术[M].北京:冶金工业出版社,2006.RAMESHKT。CoATESRS.Microstructureinfluenceonthedynamicresponseoftungstenheavyalloys[J].Metallurgical—TransactionsA,1992,23A(9):26252630.刘宝华.锻造态93wt.钨合金动态拉伸力学性能研究[D].北京:北京理工大学,1996.曾元金,经福谦,张万甲.钨合金的层断裂强度研究[J].高压物—理学报,1992,6(1),5869.刘海燕,宋卫东,宁建国.不同晶粒度钨合金动态力学性能研究—[J].材料工程,2007,(6):37.WOOWARDRL,BALDWINNJ,BRUCHIeta1.Effectof—strainrateontheflowstressofthreeliquidphasesinteredtung—stenalloys[J].MetTrans。1985,16A(11):20312037.———LIUHaiyan,SONGWeidong,RENHuilan.Dynamicresponse——oftungstennickelironcompositesunderimpactloadings[J].In—ternationalJournalofNonlinearSciencesandNumericalSimula—tion,2009,10(8):9931004.———SONGWeidong,NINGJianguo,LIUHaiyan.Studyonthe——fracturebehaviorofW-NiFeheavyalloys[J].InternationalJour——nalofModernPhysicsB,2008,22(3132):54535458.黄石松,宋卫东.钨合金材料的动态拉伸实验研究[J].材料工—程,2008,(6):912.[io][11][12][13][14][151[16]——BoHMHJ,ECKSCHLAGERA,HANW.Multiinclusionu—nitcellmodelsformetalmatrixcompositeswithrandomlyorienteddiscontinuousreinforcements[J].Computationalmaterials——science,2002,25(12):4253.ECKSCHLAGERA,HANW,B0HMHJ.Aunitcel1modelforbrittlefractureofparticlesembeddedinaductilematrix[J].——Computationalmaterialsscience,2002,25(12):8591.HANW,ECKSCHIAGERA,BoHMHJ.Theeffectsof——three。dimensionalmulti。particlearrangementsonthemechanical—behavioranddamageinitiationofparticlereinforcedMMCs[J].—Compositesscienceandtechnology,2002,61(11):15811590.S0NGWD,LIUHY,NINGJG.Tensilepropertyandcrack—propagationbehavioroftungstenAlloys[J].InternationalJourna1ofModernPhysicsB,2011,25(¨—):14751492.—LE0NL,MISHNAEVSKYJr.Threedimensionalnumerica1testingofmicrostructureofparticlereinforcedcomposites[J].—Actamaterialia,2004,52(14):41774188.—BA0G,IINZ.Highstrainratedeformationinparticlereinforcedmetalmatrixcomposites[J].ActaMater,1996,44(3):10¨一1019.方岱宁,齐航.颗粒增强复合材料有效性能的三维数值分析[J]—材料导报,1996,28(4),475477.基金项目:国家自然科学基金(91016013;10772024);国家重点基础研究发展计划(201OcB83270O6);新世纪优秀人才计划资助项目——收稿日期:2011-0225;修订日期:2011-0915作者简介:刘海燕(1963一),女,副教授,主要从事材料动态力学性能的—研究,联系地址:北京理工大学理学院(100081),E-mail:liuhy58@yahoo.corn.cn通讯作者:宋卫东,联系地址:北京理工大学爆炸科学与技术国家重点—实验室(100081),Email:swdgh@bit.edu.cn米米米米米米米栗米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米柴米米米米米米米米(上接第1O页)[1][2][3][4][5][6]参考文献马占镖.甲基丙烯酸酯树脂及其应用[M].北京:化学工业出版社.2002.—ZH0UHM,LIDQ.esidualstressanalysisofthepostfilling’’’’stageinrejectionmoulding[J].InternationalJournalofAdvanced——ManufacturingTechnology,2005,25(78):700704.陈字宏,袁渊,张宜生,等.基于光学畸变要求的注射成型透明平—板应力翘曲分析[J].航空材料学报,2008,28(6):8287.刘成功.浅谈有机玻璃的特性及制作工艺[J].科技咨询,2009,(32):58.胡波,钟力生,张跃,等.一种制备纯有机玻璃的新工艺研究[J].—塑料工业,2006,34(3):2729.TAN10N0RIHISA,KAT0HISA0,KOIKEYASUHIRO,eta1.Physicalagingandlightscatteringoflow-losspoly(methyl—metharcylate)glass[J].PolymerJournal,1998,30(1):5659.[7]马丽婷,陈新文,苏彬.航空有机玻璃老化研究进展[J].材料工—程,2004,(8):5759.E8]陈新文,佩高林,金玉顺.航空有机玻璃紫外光老化研究[刀.航空—材料学报,2009,29(6):107110.[9]朱子华,关丽萍,李岩,等.航空有机玻璃质量检验要点[J].玻璃—深加工,20l1,(11):3338.—[1O]ZJBG40185,YB-2航空有机玻璃[S].———收稿日期:2011-0921;修订日期:20120416作者简介:朱子华(1963一),男,高级工程师,现主要从事航空透明材料研制和质量监督工作,联系地址:辽宁省葫芦岛市龙港区高新七路146———号(125000),Email:zzh_l一963@163.corn
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