摘要：多尘环境下服役的航空航天装备其性能受到微尘的严重影响,如沙漠起降的军用直升机、运输机和火星多尘表面使用的火星车等。为加强航空航天装备的防尘设计,微尘的三维形貌十分关键且影响着微尘的气动和附着等特性,但由于微尘粒径分布宽、成分复杂、外形不规则,获得精确的微尘三维形貌十分困难。提出了一种基于截面SEM数据特征的微尘三维形貌建模方法,通过逐层剥离获得高精度的微尘断层二维图像,基于埋入的钢球在断层图像中的半径变化,解决断层图像间距的精确测定难题,实现了基于断层图像的微尘三维形貌重构。以粒径100μm微尘样品,利用所提出方法进行了三维形貌重构和分析,获得了500个砂尘的近似三维模型。定量化表征了微尘的三维形貌,形成了微尘的外形特性分析方法,为研究微尘气动、反弹与吸附特性提供了微尘的形貌数据,进而推动航空发动机冲蚀防护、航空发动机气体动力学与航天探测器的研究,对航空航天装备的防尘设计有重要意义。

摘要：废旧沥青混合料(RAP)的结团是影响再生混合料配合比设计及性能的关键因素之一。为了研究RAP的结团特性,针对不同粒径的RAP料,通过抽提筛分试验分析结团RAP的颗粒组成并提出结团程度的量化指标,然后采用3D扫描仪分析了结团的三维形貌特征,同时研究了精细化分离预处理方式对RAP结团的影响。结果表明:某一粒径RAP的结团主要由下一粒径的集料团聚而成;结团率随粒径的减小先降低后增加,粒径4.75~9.5 mm的RAP结团率最低;利用形状因子和椭球度可以定量表征RAP的结团程度,形状因子和椭球度越小,RAP的结团率越大;精细化分离使粗RAP(>4.75 mm)的结团率降低20%,但对细RAP的改善效果不明显。

摘要：为实现缸套内表面微织构形貌的在线检测,设计一种非接触式测量系统。采用基于EtherCAT通信协议开发的伺服系统,通过高精度伺服电机带动光谱共焦位移传感器,一次采集多个微织构的不同截面轮廓,经特征提取与坐标变换,形成单个织构的三维点云数据。通过光强值出现局部极小值确定边缘位置,采用稳健高斯回归滤波方法滤除误差,使用移动最小二乘法拟合曲面,最终获得微织构的精准三维形貌。试验结果表明:该系统与超景深显微镜测得的直径最大差值为5.7μm,深度最大差值为0.45μm,具有较高的重复性和精度,可作为缸套内表面微织构形貌在线检测的一种手段。

摘要：为了解决地热开采涉及复杂的多物理场耦合问题,提高开采效率,本文针对开采过程中的渗流-传热问题以离散元软件3DEC构建岩体粗糙裂隙热-流耦合数值模型。考虑不同三维形貌特征的岩体裂隙,模拟水力开度为19.17μm在不同流速时的水-岩温度变化规律。结果表明:由于裂隙形貌的阻滞作用,粗糙面出水口温度下降较慢,出水口温度有所上升,模型达到稳态所需的时间随流速和对流换热系数的增大而减小。裂隙形貌对流体和岩体温度分布均有影响,粗糙裂隙面的冷锋形态和裂隙面的形貌密切相关。光滑裂隙热突破快于粗糙裂隙,增加裂隙面的粗糙度有助于延长热突破时间。粗糙裂隙面相对于光滑裂隙面的总热量提取率略有提升,流速和对流换热系数的增加显著提高总热量提取率。通过本文研究可以为地热能系统的设计提供重要参数和指导,能够提高地热能开发利用效率。

摘要：采用腐蚀法和计算机辅助设计(Creo Parametric)技术重构了原位生成Fe-TiB_2复合材料中增强相TiB_2在铁素体基体中的三维形貌,利用OM和SEM对增强相TiB_2的二维形貌和三维形貌进行比对分析,并结合压缩实验重新诠释了该材料的断裂机理。结果表明:单晶TiB_2初生相为六边形端面的八面体棱柱结构,多由2个或多个尺寸不一的单晶棱柱交错贯穿组成,其空间位置杂乱无章;共晶相TiB_2由瓣状/细柱状相和枝晶状相组成。Fe-TiB_2复合材料在承受载荷时,瓣状/细柱状和枝晶状共晶相相较于初生相TiB_2更容易发生脆断,成为材料断裂失效的主要诱因。二维微观组织观察到的小颗粒TiB_2相在实际空间中并不存在,通过控制凝固过程获得真正三维空间上的小颗粒TiB_2相对该复合材料的性能至关重要。

摘要：为了获取某种型号内燃机工件的三维形貌数据,设计了线结构光非接触方式的移动扫描测量系统。探索出了以虚拟双目立体视觉原理为理论基础的相机光心平移轨迹所在直线的方向余弦标定的实现方法,从而确定由系统中各局部坐标系变换到系统全局坐标系的旋转矩阵R和平移向量T,进而求出系统中各个局部坐标系原点在系统全局坐标系下的坐标值,最后得到相机光心移动轨迹所在直线的方向余弦。探索出利用相机的移动距离及方向余弦将局部坐标系数据转换至全局坐标系的计算方法,扫描获取了某种型号柴油机缸盖的三维形貌点云数据,在此基础上设计算法从中提取出气道口的中心坐标,测量精度较高。采用逆向工程软件对工件进行了表面重构,结果与实际表面特征信息吻合良好。

摘要：为了实现计算机对枪弹痕的自动比对,提出了一种采用三维形貌特征匹配的弹痕比对方法.首先通过改进的小波阈值函数对采集到的三维弹痕数据进行滤波以去除噪声干扰;去噪后,设计一维高斯滤波器按照弹痕的垂直方向提取有效信息取代采用经典二维高斯滤波器提取信息,能够减少弹痕信息的损失;最后经旋转、平移截取子弹次棱附近的有效弹痕信息,并计算不同子弹间对应次棱附近的弹痕纹理互相关测度,以判断痕迹所属弹头是否为同一型号枪支所发射.实验表明,所提方法能够提取弹痕的三维形貌特征,并能通过软件编程实现计算机对弹痕的自动比对,在现有数据范围内,其比对正确率不低于98%.

摘要：为提高并行共焦检测系统的测量精度和分辨率,基于差动共焦原理,提出了一种全场非扫描三维形貌检测系统.该检测系统利用微透镜阵列产生的二维点光源阵列来实现并行全场共焦探测;反射光路采用差动设计,使用两个CCD同步测量离焦光斑强度信号.通过使用光斑光强差动算法,可以有效抑制光源的噪声和漂移对测量结果的影响;利用差动共焦特性曲线中的线性关系,实现在较大采样间距下获得较高的轴向分辨率.实验证明该检测系统是可行的.

摘要：生产过程中对产品三维形貌的高精度实时测量是有效的质量监控手段,具有迫切的需求。本文基于三维数字图像相关（DIC-3D）方法,全场测量了印制线路板上的台阶状焊点和印制线路,得到焊点大小、高度和印制线路线宽、线高等三维形貌数字图像数据;使用台阶仪采集面内和离面形貌数据,并进行比较。实验结果表明,三维数字图像相关方法在测量印制线路板形貌时,可测量出十数微米高的印刷线路台阶,精度达3μm;对500×500pixels图像,在i7 4790k CPU硬件条件,步长3pixels、子区19×19pixels的参数下,立体图像的重建速度小于1s,可满足线路板的在线实时检测。

摘要：Motif方法作为轮廓法的一种,用7个参数可以完成2维粗糙度和波纹度的评定。近年来,国际上加大了对零件三维形貌评定方法的研究,基于地貌学的理论和Motif方法,对零件三维表面结构要素进行了定义,采用变化树和图形分割等方法,用特殊的点和线表述零件表面山峰和谷地的特性,用谷地的概念描述3维Motif。为了避免过分割现象,需要将无意义的谷地合并为有意义的较大的谷地。峰顶密度、封闭的谷周面积、封闭的谷体体积等评定参数可用于零件三维表面形貌的评定。