基于同步X射线的发动机应力应变研究

通过利用同步加速器产生的X射线束研究了时间分辨原位成像，以及内燃机在运转过程中内部零件应力应变无损测定的可行性。X射线通过金属组件时会发生强衰减，成功的数据收集要求发动机具有放射学光束穿透透明的特性。来自多晶材料的X射线衍射建立了一个真正的非破坏性空间,同时定向解决了弹性晶格的应变测量方法。试验采用一个4冲程空冷发动机，试验前期阶段,在发动机稳态工况时收集了各个曲轴转角（0～120°）下嵌入复合材料发动机缸体的射线影像，通过发动机组件评估了射线衰减,同时这也是图像建立的条件。气缸运行操作成像在一次成像模式下进行，由于成像受曝光时间的严格限制，信噪水平较高。

本试验中，应变测量的空间分辨率小于0.1mm，时间分辨率小于1ms。通过利用在发动机多个循环的相同阶段对应的添加衍射图案、能量色散衍射数据可在频闪模式下收集。试验表明，通过高穿透能力的X射线束可以观察到吉普车的进、排气门运动，以及活塞和连杆在发动机缸体内的运动状态。由于弹性应变通常较小（<1%），成像对比的方法更适合观察出现塑性变形情况。通过衍射晶面间距的精确测定,依靠弹性应变可进行微应力的测定。在发动机转速为1850r/min时，对运动中铸铁连杆的动应力进行了测量。

网址：http://onlinelibrary.wiley.com

作者：Nikolaos Baimpas et al

编译：罗涛