三维相移电子散斑干涉技术及其在柴油机中的应用研究
Studies on 3-D phase-shifting ESPI and its application on diesel engine
柴油机已成为舰船的主动力之一,其强载度不断提高,在机身等零部件的强度和应力分析中,需要一种测量其三维位移场的方法.本文在电子散斑干涉技术(ESPI)的基础上,提出了三维相移电子散斑干涉技术,将电子散斑干涉技术推向三维位移场测量并结合相移技术有效提高其测量精度.在上述理论研究的基础上,又研制了三维相移电子散斑干涉仪,最后将以上成果应用于柴油机机身的三维位移测量上.论文在理论上在如下几方面有所发展: 1.在三维位移测量理论研究的基础上,提出两种不同三维电子散斑干涉光路. 2.消除由散斑干涉条纹中高频项对于位相计算所产生的误差,提出两种修正方法,从而提高了位相测量的精度. 3.对散斑干涉中的解相关和三维位移的关系进行了系统的研究,由此得到了在电子散斑中三维位移的最大允许测量范围,并对试验中放大倍率、成像镜的相对孔径和焦距的优化选择以获得最佳的条纹质量提供依据. 4.详细分析了包括数字化误差、非线性误差、PZT相移器误差、随机噪声和光强变化在内的所有主要误差因素,对它们所造成的误差用理论分析和计算机模拟计算的方法进行了分析,从而得到了相位计算的精度为π/20,并为相移算法的选择提供了依据. 在理论研究的基础上,设计并研制了新型的三维相移电子散斑干涉仪.该仪器具有多功能性,除了测量三维位移外,还能分别测量离面位移、面内位移、离面位移导数、物面形状和无损检测等,能实现几乎所有的电子散斑干涉光路.特别是设计了一种新型的三维PZT相移器,用一个PZT同时推导三个反射镜,实现了三维相移,从而简化了相移机构. 最后将三维相移电子散斑干涉技术应用于柴油机机身中,得到了机身主轴承孔周的三维位移场.提出了将三维散斑干涉技术与有限元计算相结合的混合法,用三维相移散斑干涉技术得到的主轴承孔周的三维位移场,并作为边界条件提供给有限元计算,进而获得得机身全场的位移、应变和应力,混合法计算结果和试验得到的位移结果很吻合.由此为柴油机的零部件提供了一套完整的三维位移测量和计算办法,可直接用于柴油机的刚度和强度评价中,并使柴油机复杂零部件的测量和计算结果更加可靠.
- 作者：
- 王海峰
- 学位授予单位：
- 中国舰船研究院
- 专业名称：
- 轮机工程
- 授予学位：
- 博士
- 学位年度：
- 1999年
- 导师姓名：
- 张熹
- 关键词：
- 船用柴油机；柴油机机身；三维位移场；电子散斑干涉
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