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基于同步X射線的發(fā)動機(jī)應(yīng)力應(yīng)變研究

通過利用同步加速器產(chǎn)生的X射線束研究了時間分辨原位成像，以及內(nèi)燃機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中內(nèi)部零件應(yīng)力應(yīng)變無損測定的可行性。X射線通過金屬組件時會發(fā)生強(qiáng)衰減，成功的數(shù)據(jù)收集要求發(fā)動機(jī)具有放射學(xué)光束穿透透明的特性。來自多晶材料的X射線衍射建立了一個真正的非破壞性空間,同時定向解決了彈性晶格的應(yīng)變測量方法。試驗(yàn)采用一個4沖程空冷發(fā)動機(jī)，試驗(yàn)前期階段,在發(fā)動機(jī)穩(wěn)態(tài)工況時收集了各個曲軸轉(zhuǎn)角（0～120°）下嵌入復(fù)合材料發(fā)動機(jī)缸體的射線影像，通過發(fā)動機(jī)組件評估了射線衰減,同時這也是圖像建立的條件。氣缸運(yùn)行操作成像在一次成像模式下進(jìn)行，由于成像受曝光時間的嚴(yán)格限制，信噪水平較高。

本試驗(yàn)中，應(yīng)變測量的空間分辨率小于0.1mm，時間分辨率小于1ms。通過利用在發(fā)動機(jī)多個循環(huán)的相同階段對應(yīng)的添加衍射圖案、能量色散衍射數(shù)據(jù)可在頻閃模式下收集。試驗(yàn)表明，通過高穿透能力的X射線束可以觀察到吉普車的進(jìn)、排氣門運(yùn)動，以及活塞和連桿在發(fā)動機(jī)缸體內(nèi)的運(yùn)動狀態(tài)。由于彈性應(yīng)變通常較小（<1%），成像對比的方法更適合觀察出現(xiàn)塑性變形情況。通過衍射晶面間距的精確測定,依靠彈性應(yīng)變可進(jìn)行微應(yīng)力的測定。在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為1850r/min時，對運(yùn)動中鑄鐵連桿的動應(yīng)力進(jìn)行了測量。

網(wǎng)址：http://onlinelibrary.wiley.com

作者：Nikolaos Baimpas et al

編譯：羅濤