時(shí)間:2023-03-20 16:27:40
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一、引言
隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展,對產(chǎn)品質(zhì)量和結(jié)構(gòu)安全性,使用可靠性提出越來越高的要求,由于無損檢測技術(shù)具有不破壞試件,檢測靈敏度高等優(yōu)點(diǎn),所以其應(yīng)用日益廣泛。目前對壓力容器的檢測方法有多種,本文主要介紹無損檢測的常用技術(shù)如射線、超聲、磁粉和滲透及新技術(shù)如聲發(fā)射、磁記憶等。
二、無損檢測方法
現(xiàn)代無損檢測的定義是:在不損壞試件的前提下,以物理或化學(xué)方法為手段,借助先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備器材,對試件的內(nèi)部及表面的結(jié)構(gòu),性質(zhì),狀態(tài)進(jìn)行檢查和測試的方法。
(一)射線檢測
射線檢測技術(shù)一般用于檢測焊縫和鑄件中存在的氣孔、密集氣孔、夾渣和未融合、未焊透等缺陷。另外,對于人體不能進(jìn)入的壓力容器以及不能采用超聲檢測的多層包扎壓力容器和球形壓力容器多采用Ir或Se等同位素進(jìn)行γ射線照相。但射線檢測不適用于鍛件、管材、棒材的檢測。
射線檢測方法可獲得缺陷的直觀圖像,對長度、寬度尺寸的定量也比較準(zhǔn)確,檢測結(jié)果有直觀紀(jì)錄,可以長期保存。但該方法對體積型缺陷(氣孔、夾渣)檢出率高,對體積型缺陷(如裂紋未熔合類),如果照相角度不適當(dāng),容易漏檢。另外該方法不適宜較厚的工件,且檢測成本高、速度慢,同時(shí)對人體有害,需做特殊防護(hù)。
(二)超聲波檢測
超聲檢測(UltrasonicTesting,UT)是利用超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)產(chǎn)生衰減,遇到界面產(chǎn)生反射的性質(zhì)來檢測缺陷的無損檢測方法。
超聲檢測既可用于檢測焊縫內(nèi)部埋藏缺陷和焊縫內(nèi)表面裂紋,還用于壓力容器鍛件和高壓螺栓可能出現(xiàn)裂紋的檢測。
該方法具有靈敏度高、指向性好、穿透力強(qiáng)、檢測速度快成本低等優(yōu)點(diǎn),且超聲波探傷儀體積小、重量輕,便于攜帶和操作,對人體沒有危害。但該方法無法檢測表面和近表面的延伸方向平行于表面的缺陷,此外,該方法對缺陷的定性、定量表征不準(zhǔn)確。
(三)磁粉檢測
磁粉檢測(MagneticTesting,MT)是基于缺陷處漏磁場與磁粉相互作用而顯示鐵磁性材料表面和近表面缺陷的無損檢測方法。
在以鐵磁性材料為主的壓力容器原材料驗(yàn)收、制造安裝過程質(zhì)量控制與產(chǎn)品質(zhì)量驗(yàn)收以及使用中的定期檢驗(yàn)與缺陷維修監(jiān)測等及格階段,磁粉檢測技術(shù)用于檢測鐵磁性材料表面及近表面裂紋、折疊、夾層、夾渣等方面均得到廣泛的應(yīng)用。
磁粉檢測的優(yōu)點(diǎn)在于檢測成本低、速度快,檢測靈敏度高。缺點(diǎn)在于只適用于鐵磁性材料,工件的形狀和尺寸有時(shí)對探傷有影響。
(四)滲透檢測
滲透檢測(PenetrantTest,PT)是基于毛細(xì)管現(xiàn)象揭示非多孔性固體材料表面開口缺陷,其方法是將液體滲透液滲入工件表面開口缺陷中,用去除劑清除多余滲透液后,用顯像劑表示出缺陷。
滲透檢測可有效用于除疏松多孔性材料外的任何種類的材料,如鋼鐵材料、有色金屬材料、陶瓷材料和塑料等材料的表面開口缺陷。隨著滲透檢測方法在壓力容器檢測中的廣泛應(yīng)用,必須合理選擇滲透劑及檢測工藝、標(biāo)準(zhǔn)試塊及受檢壓力容器實(shí)際缺陷試塊,使用可行的滲透檢測方法標(biāo)準(zhǔn)等來提高滲透檢測的可靠性。
該方法操作簡單成本低,缺陷顯示直觀,檢測靈敏度高,可檢測的材料和缺陷范圍廣,對形狀復(fù)雜的部件一次操作就可大致做到全面檢測。但只能檢測出材料的表面開口缺陷且不適用于多孔性材料的檢驗(yàn),對工件和環(huán)境有污染。滲透檢測方法在檢測表面微細(xì)裂紋時(shí)往往比射線檢測靈敏度高,還可用于磁粉檢測無法應(yīng)用到的部位。
(五)聲發(fā)射檢測
聲發(fā)射(AcousticEmission,AE)是指材料或結(jié)構(gòu)受外力或內(nèi)力作用產(chǎn)生變形或斷裂,以彈性波形式釋放出應(yīng)變能的現(xiàn)象。而彈性波可以反映出材料的一些性質(zhì)。聲發(fā)射檢測就是通過探測受力時(shí)材料內(nèi)部發(fā)出的應(yīng)力波判斷容器內(nèi)部結(jié)構(gòu)損傷程度的一種新的無損檢測方法。
壓力容器在高溫高壓下由于材料疲勞、腐蝕等產(chǎn)生裂紋。在裂紋形成、擴(kuò)展直至開裂過程中會發(fā)射出能量大小不同的聲發(fā)射信號,根據(jù)聲發(fā)射信號的大小可判斷是否有裂紋產(chǎn)生、及裂紋的擴(kuò)展程度。
聲發(fā)射與X射線、超聲波等常規(guī)檢測方法的主要區(qū)別在于它是一種動態(tài)無損檢測方法。聲發(fā)射信號是在外部條件作用下產(chǎn)生的,對缺陷的變化極為敏感,可以檢測到微米數(shù)量級的顯微裂紋產(chǎn)生、擴(kuò)展的有關(guān)信息,檢測靈敏度很高。此外,因?yàn)榻^大多數(shù)材料都具有聲發(fā)射特征,所以聲發(fā)射檢測不受材料限制,可以長期連續(xù)地監(jiān)視缺陷的安全性和超限報(bào)警。
(六)磁記憶檢測
磁記憶(Metalmagneticmemory,MMM)檢測方法就是通過測量構(gòu)件磁化狀態(tài)來推斷其應(yīng)力集中區(qū)的一種無損檢測方法,其本質(zhì)為漏磁檢測方法。
壓力容器在運(yùn)行過程中受介質(zhì)、壓力和溫度等因素的影響,易在應(yīng)力集中較嚴(yán)重的部位產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂、疲勞開裂和誘發(fā)裂紋,在高溫設(shè)備上還容易產(chǎn)生蠕變損傷。磁記憶檢測方法用于發(fā)現(xiàn)壓力容器存在的高應(yīng)力集中部位,它采用磁記憶檢測儀對壓力容器焊縫進(jìn)行快速掃查,從而發(fā)現(xiàn)焊縫上存在的應(yīng)力峰值部位,然后對這些部位進(jìn)行表面磁粉檢測、內(nèi)部超聲檢測、硬度測試或金相組織分析,以發(fā)現(xiàn)可能存在的表面裂紋、內(nèi)部裂紋或材料微觀損傷。
磁記憶檢測方法不要求對被檢測對象表面做專門的準(zhǔn)備,不要求專門的磁化裝置,具有較高的靈敏度。金屬磁記憶方法能夠區(qū)分出彈性變形區(qū)和塑性變形區(qū),能夠確定金屬層滑動面位置和產(chǎn)生疲勞裂紋的區(qū)域,能顯示出裂紋在金屬組織中的走向,確定裂紋是否繼續(xù)發(fā)展。是繼聲發(fā)射后第二次利用結(jié)構(gòu)自身發(fā)射信息進(jìn)行檢測的方法,除早期發(fā)現(xiàn)已發(fā)展的缺陷外,還能提供被檢測對象實(shí)際應(yīng)力---變形狀況的信息,并找出應(yīng)力集中區(qū)形成的原因。但此方法目前不能單獨(dú)作為缺陷定性的無損檢測方法,在實(shí)際應(yīng)用中,必須輔助以其他的無損檢測方法。
三、展望
作為一種綜合性應(yīng)用技術(shù),無損檢測技術(shù)經(jīng)歷了從無損探傷(NDI),到無損檢測(NDT),再到無損評價(jià)(NDE),并且向自動無損評價(jià)(ANDE)和定量無損評價(jià)(QNDE)發(fā)展。相信在不員的將來,新生的納米材料、微機(jī)電器件等行業(yè)的無損檢測技術(shù)將會得到迅速發(fā)展。
參考文獻(xiàn):
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Abstract: This paper mainly aimed at the practical application of nondestructive testing in the pressure equipment, do a more in-depth discussion, this article from the technical level of nondestructive test technology, which uses a real case to analyze the actual engineering operation, after the article on how to select testing methods, and applications various detection methods in practical engineering to do in-depth analysis.
Key words: nondestructive testing; special equipment; ultrasonic testing; radiographic testing; pressure pipe
中圖分類號:TJ765.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:
一、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
無損檢測技術(shù)是一種新型的技術(shù),他主要是應(yīng)用在承壓類特種設(shè)備上的。這是因?yàn)橐恍┏袎侯愄胤N設(shè)備在進(jìn)行是否破損的檢測上是要求不能破壞設(shè)備的完整性的,所以只能尋找新的檢測技術(shù)。這個(gè)時(shí)候無損檢測技術(shù)就應(yīng)運(yùn)而生了。
通過對被檢測設(shè)備從外部外觀的檢測一直延伸到檢測設(shè)備的內(nèi)部是否有破損,或者內(nèi)部是不是已經(jīng)發(fā)生裂縫等,但是又不能像傳統(tǒng)的檢測技術(shù)那樣的可能造成被檢測設(shè)備的結(jié)構(gòu)分解,物理外觀和形狀改變,這都是要避免的。因?yàn)楝F(xiàn)在的承壓類設(shè)備都是比較精密的儀器,一旦分解檢測的話很大程度上會破壞精密儀器的精度,這對被檢測的設(shè)備是極其不利的。國內(nèi)對承壓類特種設(shè)備無損檢測的技術(shù)研究目前還是比較多的,不過大都集中在一些儀器質(zhì)量檢測控制的技術(shù)上。
二、無損檢測技術(shù)簡介
在實(shí)際的工程操作中通常情況下,工程師要保證壓力設(shè)備要正常使用,通常會制定一定的檢測和操作標(biāo)準(zhǔn),目前在國際上有許多的標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn),許多的專家和學(xué)者也都建議出臺相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范和操作規(guī)則。我們知道對于承壓類設(shè)備的檢測主要分為內(nèi)部檢查和外部檢測,這個(gè)所有檢測都是在系統(tǒng)滿負(fù)荷的時(shí)候進(jìn)行極端測試的。通常情況下外部檢測的代價(jià)要低一些,不管是成本投入還是時(shí)間的投入都是要比內(nèi)部檢測要少很多的,相反內(nèi)部檢測的代價(jià)是要多一些的,因?yàn)閮?nèi)部檢測是之分關(guān)鍵的,當(dāng)然內(nèi)部檢測要求也是十分高的,所花費(fèi)的時(shí)間和投入的成本也相對是比較高的。
(一)射線檢測技術(shù)
射線檢測方法的具體做法如下:首先是對檢測設(shè)備的表面進(jìn)行比較均勻的射線照射,然后根據(jù)設(shè)備表面照射射線形成的一個(gè)函數(shù),分析這個(gè)函數(shù)的各種參數(shù)來研究設(shè)備的情況,一般可以通過建模的方式體現(xiàn)函數(shù)的變化規(guī)律,通過規(guī)律我們來研究設(shè)備那個(gè)部位是有問題的,這個(gè)原理也是無縫檢測的基礎(chǔ),目前是世界上比較發(fā)達(dá)國家進(jìn)行無損檢測工程操作中常用的方法。
原理就是根據(jù)射線照射反射設(shè)備的影像分析,顯示出設(shè)備的真實(shí)情況。從而可以對試件進(jìn)行無損檢測。
(二)超聲檢測技術(shù)
超聲檢測的檢測原理如下:首先選擇的是使用一般的反射法進(jìn)行檢測。這個(gè)過程在實(shí)際操作過程中式根據(jù)反射波來進(jìn)行判斷的。這種方式有點(diǎn)很多,因此成為比較常用的一種檢測技術(shù),它的有點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
首先是檢測的范圍比較大,其次是檢測的設(shè)備的精度高,定位比較精準(zhǔn),成本控制比較低。當(dāng)然還有其他好處,比如靈敏度比較高,操作簡單,容易操作,速度快。對人體無害及便于現(xiàn)場使用等優(yōu)點(diǎn)。即存在檢出概率,漏檢率及檢出結(jié)果重復(fù)率等問題。為了消除或降低人為因素的影響,提高檢測結(jié)果的可記錄性。人們開發(fā)了超聲信號處理和超聲成像技術(shù),實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)處理和缺陷評價(jià)的自動化。這是對缺陷準(zhǔn)確定性、定量檢測的一條有效途徑。也是超聲檢測發(fā)展的主流 。
(三)磁粉檢測和滲透檢測
在較為傳統(tǒng)的滲透和磁粉檢測方面,目前國內(nèi)已能生產(chǎn)全系列的主機(jī)和附件,在品種和功能方面與國際先進(jìn)水平的差距正在縮小。近年來國內(nèi)研制的手提式復(fù)合磁化裝置可實(shí)現(xiàn)大型壓力容器焊縫的一次性磁化。并在全方位上顯示缺陷磁痕方面有創(chuàng)新。
(四)非常規(guī)無損檢測技術(shù)
對于檢查技術(shù)的選擇,通常包括一些非常規(guī)的檢測技術(shù)。近年來國內(nèi)也有極其顯著的發(fā)展。
三、檢測方法的選擇原則
在實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)射線檢測對延遲裂紋的檢出率較低,而超聲波檢測對橫向裂紋不太敏感。因此對容易產(chǎn)生延遲裂紋和橫向裂紋的鋼種。應(yīng)增加射線檢測、超聲波檢測或射線檢測和超聲波檢測相互復(fù)查的比例。因射線檢測和超聲波檢測兩種手段在客觀上對各種缺陷的檢出能力不一致,故在同時(shí)采用兩種方法對容器的同一部位進(jìn)行檢測時(shí)。兩種方法的驗(yàn)收等級不能相互對應(yīng)。也沒有一條能通用的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系。
四、無損檢測技術(shù)在壓力容器設(shè)備上的應(yīng)用
由于無損檢測技術(shù)在一些壓力設(shè)備上的應(yīng)用時(shí)比較廣泛的,這是因?yàn)榛谶@種技術(shù)的各種優(yōu)點(diǎn)。需要指出的是無損技術(shù)并不是完美無缺的一種檢測技術(shù),受限于本身方法的局限性,對壓力設(shè)備帶來的不可避免的損壞還是存在的。因此這要求我們再實(shí)際的檢測過程中,要通過多次的實(shí)驗(yàn)和檢測,對檢測結(jié)果進(jìn)行比價(jià)客觀的論證和考察,然后得出一個(gè)比較合理科學(xué)的結(jié)論,。比如實(shí)際工作工程檢測過程中我們檢測液化石油氣鋼瓶是不是存在一些間隙,鋼瓶內(nèi)部是不是完好無損,處理使用這種檢測技術(shù)之外,我們還要對鋼瓶進(jìn)行第二次物理方面的極端實(shí)驗(yàn),來確保無損檢測的可靠性。
(一)選擇合理的的檢測時(shí)機(jī)
針對承壓類設(shè)備在實(shí)際的檢測過程中,我們要選擇一個(gè)比較合適的檢測時(shí)機(jī),這也是檢測的一個(gè)必須的要素。因?yàn)樵跈z測的過程中出現(xiàn)的誤差可能就是沒有注意到一個(gè)比較合理的檢測時(shí)機(jī)導(dǎo)致的。
(二)綜合應(yīng)用各種無損檢測方法
綜合使用現(xiàn)存的無損檢測方法在實(shí)際的工程檢測中也是十分重要的一個(gè)細(xì)節(jié)。首先我們可以知道任何一種技術(shù)都有自己的使用范圍和使用條件,我們只有摸清每一種技術(shù)的使用范圍和使用條件才能在最合適他的時(shí)候使用這種技術(shù),否則我們選擇的這種技術(shù)都是不科學(xué)的,檢測的結(jié)果都是不準(zhǔn)確的。因此,這就要求我們要在實(shí)際的工程中綜合多種檢測方法,選擇最佳的檢測方式對承壓類設(shè)備進(jìn)行檢測,只有這樣在無損檢測中,必須認(rèn)識到任何一種無損檢測方法都不是萬能的,每種方法都有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。
(三)抽檢部位和復(fù)檢部位的確定
最后是對承壓類特種設(shè)備進(jìn)行抽樣檢查,抽查的部位要保證選取具有典型性和代表性,不能隨意抽取,這就要求對抽樣檢查要選擇合適的抽樣方法,此外對抽取的樣本具體檢測哪個(gè)部位也是十分重要的,也就是我們所說的抽檢部位和復(fù)檢部位的選擇。一般情況下我們在實(shí)際的的選擇部位都是以承壓類設(shè)備的焊接口出或者是有邊緣的地方,因?yàn)橐话阍O(shè)備在焊接過程中由于這樣或者那樣的原因?qū)е潞附硬煌耆?,?dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)裂縫或者出現(xiàn)空心現(xiàn)象。因此選擇抽檢部位是十分關(guān)鍵的,不能隨意抽檢。
結(jié)論:通過以上幾部分的極少我們可以得出這樣一個(gè)結(jié)論論,通過本文針對無損檢測在耐壓類設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用,做了一個(gè)比較深入的論述,然后,文章通過從技術(shù)層面介紹了無損檢測技術(shù),這其中使用了一個(gè)實(shí)際工程操作中的真實(shí)案例進(jìn)行分析,之后文章對如何選取檢測方式,以及各種檢測方式在實(shí)際工程中的應(yīng)用做深入分析。在文章的最后列舉了目前檢測承壓類設(shè)備的檢測目前的研究現(xiàn)狀。
參考文獻(xiàn):
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隨著混凝土結(jié)構(gòu)的廣泛使用,其質(zhì)量檢測和性能評估是目前土木工程界迫切需要解決的問題。由于結(jié)構(gòu)混凝土無損檢測技術(shù)能反映結(jié)構(gòu)物中混凝土的強(qiáng)度、均勻性、連續(xù)性等各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo),對保證新建工程質(zhì)量,以及對已建工程的安全性評價(jià)等方面具有無可替代的重要作用,因而越來越受到人們的重視。
1 超聲檢測技術(shù)概述
超聲法是一種廣泛用于混凝土缺陷探測的方法,混凝土的物理力學(xué)性能與超聲波在其中的傳播速度及其他聲學(xué)參數(shù)有很好的相關(guān)性。超聲波的探測精度能滿足缺陷探測要求,但以目前的超聲儀及換能器,當(dāng)超聲波換能器正對測試時(shí),在混凝土中的最大穿透距離只能達(dá)到10m左右,而當(dāng)換能器錯(cuò)開一定距離時(shí),穿透距離僅能達(dá)到2、3m。顯然超聲波換能器無法滿足長距離探測的要求。采用稀土超磁致伸縮材料制作的超磁致?lián)Q能器,具有發(fā)射功率大、發(fā)射頻率高、穿透距離遠(yuǎn)、接收信號頻帶寬、重復(fù)性好、余振短等優(yōu)點(diǎn),能夠同時(shí)兼顧到傳播距離及檢測分辨率,是一種理想的長距離探測震源。超磁致?lián)Q能器發(fā)射中心頻率為10-50kHz,處于可聞聲波及超聲波頻段。將超磁致?lián)Q能器和超聲波換能器發(fā)射產(chǎn)生的應(yīng)力波統(tǒng)稱為聲波。
目前,超聲探傷常用的缺陷分析判斷方法有經(jīng)驗(yàn)法、數(shù)理統(tǒng)計(jì)法、數(shù)值判據(jù)法和模糊判別法。經(jīng)驗(yàn)法,即依據(jù)超聲探傷的基本原理判別缺陷。其結(jié)果依賴于檢測人員的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),漏判和誤判嚴(yán)重。數(shù)理統(tǒng)計(jì)法簡單易行,但是只能對單個(gè)聲學(xué)參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)意義上的判斷,且物理意義不明確。數(shù)值判據(jù)法須根據(jù)測試值建立合理的物理模型,經(jīng)適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)處理后,找出一個(gè)可能存在缺陷的臨界值作為判斷的依據(jù)。模糊判別法是計(jì)算各聲學(xué)參數(shù)相對于正常獲異常的隸屬度,然后將各個(gè)聲學(xué)參數(shù)加權(quán)平均得到綜合的相對于正?;虍惓5碾`屬度。由于測試分析方法本身的局限性,以上方法仍處于定性或半定量水平,都只對缺陷的定位具有一定精度,而對缺陷的大小、形狀及性質(zhì)難以給出定量的結(jié)果,從而給最終準(zhǔn)確評價(jià)帶來困難。超聲波的頻率范圍為20kHz至15MHz,超聲發(fā)生器則是由產(chǎn)生超聲頻振蕩的電子線路和換能器(傳感器)組成。超聲層析的應(yīng)用范圍很廣,早在世界二次大戰(zhàn)期間,超聲層析在軍事監(jiān)測方向就獲得了比較滿意的效果,以后更廣泛地應(yīng)用于醫(yī)學(xué)之中;此外,超聲層析在工業(yè)無損探傷方面用途也很廣。
2 超聲無損檢測技術(shù)在工程中的運(yùn)用分析
超聲無損檢測屬于彈性波法。在各種無損檢測方法中,超聲無損檢測是當(dāng)前無損檢測工作中研究最活躍、發(fā)展最快的檢測方法。目前,超聲脈沖檢測技術(shù)已成為檢測工程結(jié)構(gòu)質(zhì)量的重要手段之一。其主要優(yōu)點(diǎn)是有效探測距離長,測試精度高,設(shè)備簡單且無污染。
將超聲技術(shù)技術(shù)應(yīng)用于混凝土質(zhì)量檢測中,其理論依據(jù)是混凝土的質(zhì)量與聲速有較好的相關(guān)性,首先在被測混凝土結(jié)構(gòu)物某斷面上,將測區(qū)劃分成網(wǎng)格,發(fā)射換能器在一側(cè)某點(diǎn)發(fā)射,接收換能器在另一側(cè)所有點(diǎn)上接收,使每個(gè)網(wǎng)格都有2條以上的測線通過,利用聲時(shí)通過反演技術(shù)獲得測區(qū)各部分的波速分布圖,從而確定缺陷區(qū)的位置、尺寸以及缺陷本身的波速,推斷缺陷的類型、強(qiáng)度等。
2.1 超聲無損檢測的基本原理
根據(jù)彈性波的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)特征,彈性波層析成像方法可以分為兩大類:一是以運(yùn)動特征為基礎(chǔ)的射線層析成像;二是以動力學(xué)特征為基礎(chǔ)的波動方程層析成像。
作為反演聲波穿透的射線層析成象,其基本思想是根據(jù)聲波的射線幾何運(yùn)動學(xué)原理,將聲波從發(fā)射點(diǎn)到接收點(diǎn)的旅行時(shí)間表達(dá)成探測區(qū)域介質(zhì)速度參數(shù)的線積分,然后通過沿線積分路徑進(jìn)行反投影來重建介質(zhì)速度參數(shù)的分布圖像。
混凝土聲波CT無損檢測技術(shù)就是根據(jù)聲波射線的幾何運(yùn)動學(xué)原理,利用最先進(jìn)的聲渡發(fā)射、接收系統(tǒng),在被檢測塊體的一端發(fā)射,在另一端接收,用聲波掃描被檢測體,然后利用計(jì)算機(jī)反演成像技術(shù),呈現(xiàn)被檢測體各微小單元范圍內(nèi)的混凝土聲波速度,進(jìn)而對被檢測體作出質(zhì)量評價(jià)。
2.2 觀測系統(tǒng)布置
根據(jù)混凝上結(jié)構(gòu)物的形狀特點(diǎn),對結(jié)構(gòu)物常用的測線布置方式為:白色點(diǎn)為接收點(diǎn),黑色點(diǎn)為激發(fā)點(diǎn)。理論及實(shí)踐都證明,三側(cè)激發(fā)一側(cè)接收,所得反演效果最好。射線密度達(dá)到要求。一般檢測過程中測線都采用該方式布置,激發(fā)邊和接收邊道間距,1般在20-50cm范圍。在結(jié)構(gòu)物兩端的部份,可適當(dāng)加密激發(fā)點(diǎn)和接收點(diǎn),以利于增加射線密度。根據(jù)結(jié)構(gòu)物的臨空面不同,可采用合適的測線布置。
2.3 觀測系統(tǒng)完備性評價(jià)
觀測系統(tǒng)完備是聲波CT結(jié)果可靠性的基本保障。觀測系統(tǒng)的完備性是通過單元的射線密度和射線正交性來衡量的。因此,射線密度和射線正交性就成了表征觀測系統(tǒng)完備性的I爵個(gè)重要指標(biāo),它們是觀測系統(tǒng)可靠性評價(jià)的有效方法。為保證聲波CT結(jié)果的可靠性和分辨率,要求研究區(qū)內(nèi)每個(gè)單元體內(nèi)的射線超過40條,同時(shí)要求每個(gè)單元體內(nèi)通過的射線其交角至少有一組大于60°,其交角的正弦值大于0.87。
2.4 后期成像
所用軟件為TDSoft的《工程CT》,該軟件有模塊化設(shè)計(jì)、文件格式要求清晰、處理速度快等優(yōu)點(diǎn)。軟件共有數(shù)據(jù)輸入、射線追蹤、速度反演三個(gè)主模塊和正交性分析一個(gè)輔助模塊組成。最后通過網(wǎng)格化、成圖、導(dǎo)出DXF格式等多個(gè)步驟的處理,最終得到混凝土聲波CT波速反演圖。
3 結(jié)語
無損檢測技術(shù)是以無損檢測手段探明被檢測體內(nèi)部缺陷的有無、大小、位置和性質(zhì)的專門技術(shù)。在工程中,需要根據(jù)工程構(gòu)件材料的性能和工程條件具體選擇恰當(dāng)?shù)臋z測方法。其中,彈性波方法是工程中最為常用的方法之一,特別適合混凝土構(gòu)件、巖土體等工程問題的無損檢測工作。射線理論和射線方法是研究彈性波傳播理論的重要方面之一,針對不同的工程材料和工程條件探索研究彈性波射線追蹤方法,對于許多工程問題的分析研究具有重要的意義。
超聲波檢測是應(yīng)用最廣泛的無損檢測方法之一。超聲波檢測是利用進(jìn)入被檢材料的超聲波對材料表面或內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢測。利用超聲波進(jìn)行材料厚度的測量也是常規(guī)超聲波檢測的一個(gè)重要方面。此外,作為超聲波檢測技術(shù)的特殊應(yīng)用,超聲波還可用于材料內(nèi)部組織和特性的表征以及應(yīng)力的測量。它的意義的一般指超聲波與工件作用,就反射、透射和衍射的波進(jìn)行研究,對工件進(jìn)行宏觀缺陷檢測、幾何特性測量、組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能變化的檢測和表征,并進(jìn)而對其特定應(yīng)用進(jìn)行評價(jià)的技術(shù)。從上世紀(jì)30年明以來,由于超聲檢測具有安全高效,體積小,便攜等特點(diǎn),越來越被廣泛應(yīng)用于,工業(yè),醫(yī)療等各行各業(yè)。
在高職學(xué)校開設(shè)超聲檢測的課程對于培養(yǎng)應(yīng)用型操作人員有很大的優(yōu)勢,對于超聲檢測這種操作技能要求較高的行業(yè),工作人員的培養(yǎng)應(yīng)以實(shí)踐操作為主,高職教育正好能滿足這一要求。因此制定一個(gè)合理的課程規(guī)劃來達(dá)到理想的目的是非常必要的。下面就超聲檢測這門課程在高職院校的開展進(jìn)行討論。
1、課程建設(shè)的指導(dǎo)思想和總體目標(biāo)
在日常教學(xué)的制定中要遵循高職教育教學(xué)的規(guī)律與特點(diǎn),始終堅(jiān)持以“學(xué)生為主體,教師為主導(dǎo)”的原則,堅(jiān)持以工學(xué)結(jié)合的方式開展教學(xué),注重素質(zhì)教育,注重技能教育,重視學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和個(gè)性發(fā)展。讓學(xué)生能學(xué)會處理各種特殊的工藝要求。通過課程建設(shè),對傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容和方法進(jìn)行改革,把超聲檢測新技術(shù)、新工藝、新標(biāo)準(zhǔn)恰當(dāng)?shù)匾胝n堂教學(xué),使課程做到知識性與應(yīng)用性的統(tǒng)一,使課程結(jié)構(gòu)體系和教學(xué)內(nèi)容得到進(jìn)一步的優(yōu)化。利用現(xiàn)代教育技術(shù)平臺改革相應(yīng)的教學(xué)方法和手段。
課程建設(shè)的目標(biāo)是落實(shí)課程建設(shè)的措施,更加明確課程目標(biāo)即培養(yǎng)能夠進(jìn)行超聲檢測操作的人員,遴選課程內(nèi)容對理論性太強(qiáng)的部分加以弱化,優(yōu)化課程結(jié)構(gòu),專注與實(shí)踐教學(xué),讓學(xué)生多通過現(xiàn)場操作來學(xué)習(xí)了解這一行業(yè)。改進(jìn)教學(xué)方法、豐富教學(xué)手段,加強(qiáng)教師隊(duì)伍的建設(shè),加強(qiáng)課程研究,開展技術(shù)推廣、咨詢和服務(wù),建立課程資源庫,改善實(shí)訓(xùn)條件,規(guī)范課程考核評價(jià)方式,進(jìn)一步提高課程效果,加強(qiáng)課程管理,以保證群體教學(xué)水平穩(wěn)步提高,使課程建設(shè)處于良性發(fā)展。
2、課程目標(biāo)
根據(jù)學(xué)校辦學(xué)定位和學(xué)生實(shí)際,明確本課程職業(yè)崗位指向和職業(yè)能力要求;高職學(xué)校的生源包括高中生,中職生,及以3+2方式培養(yǎng)的學(xué)生。明確了學(xué)生的實(shí)際情況就能明確課程知識目標(biāo)、技能目標(biāo)、態(tài)度目標(biāo),更加重視本課程在職業(yè)能力培養(yǎng)中所處的重要地位、作用和價(jià)值;主要目標(biāo)應(yīng)在加強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力、應(yīng)用能力、協(xié)作能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。建設(shè)措施:(1)開展專業(yè)教育,讓學(xué)生明確職業(yè)崗位指向和職業(yè)能力要求,讓學(xué)生清楚地認(rèn)識到專業(yè)課程在職業(yè)能力培養(yǎng)中所處的地位、作用和價(jià)值,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。(2)課程知識模塊應(yīng)該有:超聲檢測物理基礎(chǔ)、檢測器材與設(shè)備、檢測方法、檢測工藝、超聲檢測應(yīng)用、檢測標(biāo)準(zhǔn)、課程設(shè)計(jì)、技能訓(xùn)練部分;技能目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生動手操作的能力,為行業(yè)培養(yǎng)初、中級無損檢測技能型人才。學(xué)生學(xué)完本課程后,要求學(xué)生掌握超聲檢測相關(guān)理論知識,能獨(dú)立完成超聲檢測工作。能與他人團(tuán)結(jié)協(xié)作,具有一定的創(chuàng)新能力。畢業(yè)前取得鍋爐壓力容器無損檢測人員UTⅠ、UTⅡ級資格證書(中專Ⅰ級、高職Ⅱ級)。畢業(yè)生經(jīng)過一段時(shí)間的工作實(shí)踐,向中、高級人員過渡。(3)教師在教案中交代每個(gè)知識模塊學(xué)生應(yīng)達(dá)到的知識目標(biāo)、技能目標(biāo)、態(tài)度目標(biāo),并在授課過程中明確告訴學(xué)生;教師應(yīng)注重學(xué)生學(xué)習(xí)能力、應(yīng)用能力、協(xié)作能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
3、課程內(nèi)容和課程結(jié)構(gòu)
圍繞為行業(yè)培養(yǎng)初、中級無損檢測技能型人才的要求,遴選教學(xué)內(nèi)容,適時(shí)吸納新知識、新技術(shù)、新工藝、新標(biāo)準(zhǔn),培養(yǎng)了學(xué)生良好的職業(yè)道德、嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的工作作風(fēng)、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度,強(qiáng)化學(xué)生安全意識;形成模塊化課程結(jié)構(gòu);實(shí)踐性教學(xué)內(nèi)容達(dá)到50%以上。建設(shè)措施:(1)按照無損檢測人員資格證考試規(guī)則和企業(yè)、行業(yè)對無損檢測人員的要求,安排教學(xué)內(nèi)容。(2)要求教師加強(qiáng)學(xué)習(xí),不斷更新知識,適時(shí)吸納新知識、新技術(shù)、新工藝、新標(biāo)準(zhǔn),定期到企業(yè)作市場調(diào)研和掛職鍛煉。(3)按照職業(yè)崗位和職業(yè)能力培養(yǎng)的要求,整合教學(xué)內(nèi)容,構(gòu)建以職業(yè)崗位作業(yè)流程為導(dǎo)向的教學(xué)模塊,按崗位作業(yè)流程分小模塊進(jìn)行教學(xué),形成模塊化課程結(jié)構(gòu)。(4)不拘束于某一個(gè)具體工件,而以多種規(guī)格、多種材質(zhì)的工件作為研究對象,增加學(xué)生實(shí)訓(xùn)機(jī)會和實(shí)訓(xùn)內(nèi)容,安排學(xué)生進(jìn)企業(yè)實(shí)習(xí),使實(shí)踐性教學(xué)內(nèi)容達(dá)到50%以上。(5)聯(lián)系本地相關(guān)企業(yè),利用企業(yè)的設(shè)備和技術(shù)人員對學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐學(xué)習(xí)。讓學(xué)生了解企業(yè)實(shí)際的工作生產(chǎn)情況,可能遇到的各種問題。(6)在與企業(yè)聯(lián)系過程中,可以把優(yōu)秀的學(xué)生推薦給企業(yè),以此來與企業(yè)互利互惠,形成良好的合作關(guān)系。
4、課程教學(xué)方法與手段
課程教學(xué)方法堅(jiān)持“教、學(xué)、做合一”的原則,采用現(xiàn)場教學(xué)、項(xiàng)目教學(xué)、討論式教學(xué)、探究式教學(xué)等教學(xué)方法;高度重視實(shí)訓(xùn)、實(shí)習(xí)等實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié),以真實(shí)或仿真的任務(wù)為實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目,將實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)與項(xiàng)目結(jié)合起來,強(qiáng)調(diào)學(xué)生將所學(xué)知識和技能在實(shí)踐中應(yīng)用,積極引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí);充分運(yùn)用現(xiàn)代教育技術(shù)進(jìn)行教學(xué),充分利用網(wǎng)頁資源,將課程教材、教師教案、教學(xué)大綱、檢測標(biāo)準(zhǔn)、習(xí)題、實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)指導(dǎo)、參考文獻(xiàn)目錄、授課錄像、網(wǎng)絡(luò)課件、在線測試等相關(guān)資料在網(wǎng)上公布,實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源共享,方便學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)中自主學(xué)習(xí)。(1)制定教學(xué)過程規(guī)范,包括授課計(jì)劃規(guī)范、理論備課規(guī)范、課堂教學(xué)規(guī)范、作業(yè)輔導(dǎo)規(guī)范、考試考核規(guī)范、教書育人規(guī)范,把提高群體教學(xué)質(zhì)量落實(shí)到教學(xué)過程的每一個(gè)環(huán)節(jié)中。落實(shí)備課規(guī)范,提高課程授課計(jì)劃質(zhì)量。教師備課必須要鉆研大綱,研究教材,掌握教學(xué)目的、要求和重點(diǎn),研究和掌握教學(xué)方法。授課計(jì)劃要體現(xiàn)教學(xué)目的、教學(xué)方法、教學(xué)思想。(2)建立優(yōu)秀教案檔案,促進(jìn)群體教案水平提高。每學(xué)期每位教師提交一份優(yōu)秀教案,課程組通過評定、交流后存檔,逐步提高整體教案水平。(3)抓住課堂教學(xué)這個(gè)中心環(huán)節(jié),爭取最佳教學(xué)效果。課堂講授必須執(zhí)行課堂授課規(guī)范,做到內(nèi)容熟練、概念準(zhǔn)確、重點(diǎn)突出、結(jié)構(gòu)合理、條例清楚、語言精煉、板書工整且布局合理,要充分調(diào)動學(xué)生積極性,啟發(fā)學(xué)生思維,培養(yǎng)學(xué)生能力,要注意理論聯(lián)系實(shí)際,加強(qiáng)教學(xué)的科學(xué)性和思想性。(4)建立學(xué)校老師與企業(yè)技術(shù)人員的技術(shù)交流來提高教學(xué)內(nèi)容的質(zhì)量,引入最新的理念,讓學(xué)生一切從實(shí)踐出發(fā),真正做到精通。(5)以多種規(guī)格、多種材質(zhì)的工件作為研究對象,以真實(shí)或仿真的任務(wù)為實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目,將實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)與項(xiàng)目結(jié)合起來,增加學(xué)生實(shí)訓(xùn)機(jī)會和實(shí)訓(xùn)內(nèi)容。安排學(xué)生進(jìn)企業(yè)實(shí)習(xí),使實(shí)踐性教學(xué)內(nèi)容達(dá)到50%以上。強(qiáng)調(diào)學(xué)生在實(shí)踐中應(yīng)用中消化所學(xué)知識和技能,積極引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。(6)建立一體化專業(yè)教室,充分運(yùn)用現(xiàn)代教育技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場教學(xué);引入相關(guān)的檢測儀,配備完善的各種標(biāo)準(zhǔn)試塊和對比試塊,使教學(xué)內(nèi)容豐滿具體。
5、課程資源建設(shè)
課程資源建設(shè)要求擁有學(xué)校教師與現(xiàn)場專家一起開發(fā)的校本教材、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書、教師教學(xué)指導(dǎo)書和學(xué)生學(xué)習(xí)指導(dǎo)書等,建成集紙質(zhì)與電子、靜態(tài)與動態(tài)的圖書和網(wǎng)絡(luò)資源于一體的立體化教學(xué)資源庫。教學(xué)資源庫包括課程標(biāo)準(zhǔn)、教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)、教學(xué)指導(dǎo)和學(xué)生學(xué)習(xí)效果評價(jià)方案等要素;校內(nèi)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室的設(shè)施設(shè)備技術(shù)含量高,有能完全滿足課程教學(xué)需要的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)施設(shè)備;建立真實(shí)或仿真的職業(yè)環(huán)境,有便于學(xué)生自主學(xué)習(xí)的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室管理制度,管理規(guī)范;建立校外實(shí)踐教學(xué)基地,與相關(guān)企業(yè)建立合作機(jī)制,校外實(shí)踐基地成為課堂教學(xué)的有效延伸。
6、課程考核及措施
課程考核要求建立體現(xiàn)職業(yè)能力為核心的課程考核標(biāo)準(zhǔn),建立分模塊的課程考核評價(jià)方式,每個(gè)課程模塊既考核學(xué)生所學(xué)的知識,也考核學(xué)生掌握的技能及學(xué)習(xí)態(tài)度,采用形成性評價(jià)與終結(jié)性評價(jià)相結(jié)合的考核方式。筆試、口試、操作、論文相結(jié)合,開卷、閉卷相結(jié)合,第一課堂考核與第二課堂考核相結(jié)合,校內(nèi)老師評價(jià)與企業(yè)、社會評價(jià)相結(jié)合,學(xué)生自評、互評相結(jié)合的評價(jià)方式,各種評價(jià)有明確的比例分配。
具體的建設(shè)措施:(1)每學(xué)期至少要進(jìn)行一次期中和期末考試。考試要嚴(yán)格要求,同一教學(xué)計(jì)劃的班級,期末考試要統(tǒng)一命題,統(tǒng)一評分,統(tǒng)一閱卷??荚嚪绞綖椋洪]卷,記分方法為:平時(shí)成績占30%(10%的作業(yè),10%的課堂表現(xiàn),10%的課堂測驗(yàn)),期中考試占20%,期末考試占50%,其中10%的課堂表現(xiàn)分?jǐn)?shù)由老師評價(jià)、學(xué)生自評、互評三項(xiàng)各占1/3產(chǎn)生,加重平時(shí)學(xué)習(xí)權(quán)重,注重對學(xué)生學(xué)習(xí)過程的檢查和對知識的掌握程度的考核;第一課堂考核成績占70%,第二課堂考核成績占30%;同時(shí)期末考試除理論考試外還有實(shí)踐操作考試,根據(jù)無損檢測人員資格證考試的要求,理論和實(shí)踐考試都必須達(dá)到70分才認(rèn)定及格。(2)建立超聲檢測試題庫,條件成熟可以實(shí)行教考分離。(3)參加校級以上技能競賽取得名次的給予加分。
7、課程效果
建設(shè)目標(biāo):學(xué)生學(xué)完本門課程后能掌握85%以上的知識點(diǎn),完全掌握核心知識點(diǎn);100%掌握課程中包涵的技能,在真實(shí)或仿真的環(huán)境中能完成檢測工作;能理解本門課程在專業(yè)中的地位、作用和價(jià)值;學(xué)習(xí)目的明確,學(xué)習(xí)興趣明顯提高;理解本門課程所要求的職業(yè)素質(zhì),具有團(tuán)隊(duì)精神、協(xié)作精神,能夠與人合作完成工作項(xiàng)目;學(xué)生在教師的指導(dǎo)下,能進(jìn)行探究式、創(chuàng)新性學(xué)習(xí)。 建設(shè)措施:建立科學(xué)合理的教育教學(xué)質(zhì)量評價(jià)體系,為學(xué)生提供優(yōu)質(zhì)教育服務(wù);加強(qiáng)學(xué)生思想道德和職業(yè)道德教育;加強(qiáng)學(xué)風(fēng)建設(shè),努力提高教育教學(xué)質(zhì)量;建立科學(xué)的學(xué)生學(xué)習(xí)評價(jià)體系。
8、結(jié)論
隨著我國初會的不斷進(jìn)步,工業(yè)水平,制造能力的穩(wěn)步提高,特別是我們國家制造行業(yè)在國際地位的不斷提升,對制造業(yè)人才的需求與日俱增,尤其是工作一線的初、中級的優(yōu)秀操作人才更是供不應(yīng)求,超聲檢測技術(shù)在制造的生產(chǎn)中有著不可替代的作用,超聲檢測人員的市場需求不斷增加,對人才的要求也在不斷變化,于此相比,中、高職學(xué)校培養(yǎng)的的專業(yè)畢業(yè)生卻非常少,現(xiàn)從事無損檢測的人員大都是從其它崗位等轉(zhuǎn)崗而來,因此,他們沒有學(xué)習(xí)系統(tǒng)的無損檢測課程,加之專業(yè)的特點(diǎn)和學(xué)生知識結(jié)構(gòu)的原因,在校學(xué)生對本專業(yè)課程知識和內(nèi)容非常的貧乏和陌生。傳統(tǒng)的教學(xué)是“講授+板書”方式,學(xué)生大都對課程不感興趣,即使現(xiàn)在引進(jìn)多媒體教學(xué)方式,學(xué)生也只能抽象的思考學(xué),對實(shí)踐中的情況一無所知。也就達(dá)不到理想的教學(xué)效果。最終的后果是,大部分的學(xué)生畢業(yè)進(jìn)入崗位后連最常見的工作設(shè)備、零件不認(rèn)識,最基本的工作步驟不會操作,達(dá)不到企業(yè)最起碼的工作要求,因此,培養(yǎng)出適合企業(yè)需要的一線的優(yōu)秀的無損檢測專業(yè)操作人才就是當(dāng)前這個(gè)專業(yè)的重點(diǎn),通過課程規(guī)劃的制定和實(shí)施,能夠培養(yǎng)出合格的,生產(chǎn)企業(yè)要求的一線技術(shù)人員。
參考文獻(xiàn):
[1]劉福順,湯明. 無損檢測基礎(chǔ). 北京航空航天大學(xué)出版社 2002.
中圖分類號:G640 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A?搖 文章編號:1674-9324(2013)47-0139-02
一、引言
筆者于2005年至2011年之間在英國華威大學(xué)(University of Warwick)進(jìn)行無損檢測相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)習(xí)及研究工作,期間廣泛參與了英國無損檢測研究中心(RCNDE)所組織的多項(xiàng)校際及校企之間的交流活動,對英國RCNDE模式及英國高等院校無損檢測領(lǐng)域研究及人才培養(yǎng)模式及現(xiàn)狀有較為深入的了解。本文將對RCNDE組織下的英國著名高校無損檢測相關(guān)領(lǐng)域的研究情況及教育模式進(jìn)行簡要介紹,并從個(gè)人體會出發(fā),淺談該模式對我國無損檢測研究及人才培養(yǎng)的啟發(fā)。
二、RCNDE介紹
1.RCNDE基本情況。英國的無損檢測研究中心(Research Centre of Non-destructive Evaluation,以下簡稱RCNDE)是2003年在英國帝國理工大學(xué)(Imperial College)及斯特拉斯克萊德大學(xué)(University of Strathclyde)的倡導(dǎo)之下建立的,RCNDE在建立之初除了這兩所大學(xué)以外,還有布里斯托大學(xué)(University of Bristol),巴斯大學(xué)(University of Bath),諾丁漢大學(xué)(University of Nottingham)及筆者當(dāng)時(shí)所在的華威大學(xué)(University of Warwick)[1]。目前(截至2013年),RCNDE的成員學(xué)校還包括倫敦大學(xué)學(xué)院(University College London),倫敦南岸大學(xué)(London South bank University)和紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)(University of Newcastle),并且仍然在發(fā)展壯大中。各成員高校的具體研究方向?qū)⒃诒疚牡牡谌糠诌M(jìn)行介紹。RCNDE是由英國自然科學(xué)與工程研究委員會(以下簡稱EPSRC)資助設(shè)立的,其宗旨在于將最新的研究成果與工業(yè)界的實(shí)際需求緊密結(jié)合起來,從而引領(lǐng)世界無損檢測領(lǐng)域的發(fā)展方向。因此除了上述英國著名高校以外,RCNDE還包括許多工業(yè)界的會員[2],包括Airbus,BAE Systems,BP,British Energy,National Nuclear Laboratory,Defence Science and Technology Laboratory[Dstl],E.ON Engineering Ltd,GKN,Health & Safety Executive (HSE),Network Rail,Petrobras,Rolls Royce plc,RWE npower,Serco,Shell,Tenaris等等。這些工業(yè)界的成員單位享有諸多有利條件。
2.RCNDE的研究情況。RCNDE的研究項(xiàng)目主要分為三大類[3],分別是:(1)長期的能夠提高產(chǎn)業(yè)能力的新型無損檢測技術(shù)的“戰(zhàn)略核心研究”(Strategic core research);(2)中短期的能夠解決工業(yè)現(xiàn)存及將來可能存在的需求的“目標(biāo)研究”(Targeted research);(3)貼近產(chǎn)業(yè)實(shí)際及需求的“技術(shù)解決方案”(Technology solutions)?!皯?zhàn)略核心研究”項(xiàng)目主要來源于學(xué)術(shù)界和工業(yè)界成員廣泛的交流。工業(yè)界成員單位提出一些長期的研究需求,包括先進(jìn)檢測技術(shù),高級檢測技術(shù),早期檢測技術(shù),檢測技術(shù)性能改進(jìn),有挑戰(zhàn)性的檢測技術(shù)及無損檢測技術(shù)的可靠性及實(shí)用性驗(yàn)證。該類項(xiàng)目研究經(jīng)費(fèi)由EPSRC和工業(yè)界共同資助,值得一提的是工業(yè)界成員加入RCNDE的會員費(fèi)用有一部分也用于該種類的資助?!澳繕?biāo)研究”項(xiàng)目著眼于工業(yè)界成員單位的中長期的檢測需求,同時(shí)也考慮RCNDE的戰(zhàn)略目標(biāo)。項(xiàng)目資助來源廣泛(公共資金居多),其中EPSRC提供一半左右的資金。英國國防部等其他英國政府部門也參與贊助。對于這類項(xiàng)目,在對研究中心有益的前提下,RCNDE也著力促成國際間的合作,但是僅限于歐洲內(nèi)部。筆者博士階段從事的電容成像無損檢測研究即為一項(xiàng)“目標(biāo)研究”項(xiàng)目?!凹夹g(shù)解決方案”類項(xiàng)目與工業(yè)界的聯(lián)系更為緊密,旨在為無損檢測實(shí)際問題提供可靠的解決方案。這類項(xiàng)目包括技術(shù)可用性研究,產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)轉(zhuǎn)讓。如果成員單位有需求,RCNDE會發(fā)起科研項(xiàng)目以利用其經(jīng)驗(yàn)及成果從而獲取成功解決問題的方法。如果無損檢測需求與下游合作單位研發(fā)機(jī)構(gòu)的需求契合,RCNDE將發(fā)起工業(yè)合作項(xiàng)目,這些項(xiàng)目的配套資助可從英國工業(yè)和貿(mào)易部(DTI)或者歐盟獲取。如果“技術(shù)解決方案”類項(xiàng)目以技術(shù)探索為主,RCNDE會協(xié)助將技術(shù)以產(chǎn)品或者服務(wù)的方式轉(zhuǎn)化為可用的解決方案,這將極大地?cái)U(kuò)展合作的領(lǐng)域和范圍(例如與設(shè)備及服務(wù)公司合作及成立附屬科技公司等)。
三、RCNDE高校成員情況
1.成員高校無損檢測領(lǐng)域研究。清華大學(xué)李路明教授在2005年訪問英國后所撰寫的《英國高等院校無損檢測技術(shù)研究與人才培養(yǎng)情況簡介》一文[4],對帝國理工學(xué)院,布里斯托大學(xué),華威大學(xué)及曼徹斯特大學(xué)的無損檢測相關(guān)學(xué)科進(jìn)行了介紹,本文僅對其文章沒有涉及的有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行介紹,重復(fù)的部分不再贅述。斯特拉斯克萊德大學(xué)的無損檢測相關(guān)研究集中在隸屬于電子電氣工程學(xué)院的超聲工程中心(CUE),主要研究領(lǐng)域?yàn)椋簜鞲衅麝嚵性O(shè)計(jì)(稀疏二位陣列排布、線性陣列等);機(jī)器人無損檢測技術(shù);CMUT設(shè)計(jì)及建模;非接觸式無損檢測技術(shù);無損檢測傳感器無線網(wǎng)絡(luò);智能結(jié)構(gòu)的超聲檢測;高溫檢測等。巴斯大學(xué)的無損檢測研究集中在其機(jī)械學(xué)院下的材料研究中心(MRL),其主要方向有2個(gè),一個(gè)是由Darryl Almond教授領(lǐng)銜的熱成像研究團(tuán)隊(duì)(研究對象以復(fù)合材料為主,手段包括超聲/激光/電磁激發(fā)的熱成像),另一個(gè)是Michele Meo博士領(lǐng)銜的非線性超聲技術(shù)團(tuán)隊(duì)(面向金屬及復(fù)合材料)。
諾丁漢大學(xué)的無損檢測相關(guān)研究主要集中在應(yīng)用超聲實(shí)驗(yàn)室(Applied Ultrasonics Lab,利用超聲技術(shù)追蹤微粒狀物質(zhì)的性態(tài)及其動態(tài)變化,利用超聲技術(shù)檢測、定位及描述航空復(fù)合材料的微孔缺陷)及應(yīng)用光學(xué)實(shí)驗(yàn)室(Applied Optics Lab,主要是激光超聲)。倫敦大學(xué)學(xué)院(UCL)無損檢測相關(guān)研究主要在其機(jī)械系下屬的超聲研究課題組進(jìn)行(Ultrasounics Group,主要是醫(yī)學(xué)超聲方向)倫敦南岸大學(xué)的無損檢測研究主在其波動及場研究中心進(jìn)行,主要研究領(lǐng)域包括搭載無損檢測傳感器的墻壁爬行機(jī)器人,水下機(jī)器人,管道爬行機(jī)器人的研發(fā),以及用于核工業(yè),石油化工,食品處理,能源及航空工業(yè)的無損檢測技術(shù)開發(fā)。
紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)的無損檢測研究主要由田貴云教授領(lǐng)銜,其研究方向較為廣泛,包括電磁傳感器開發(fā),電磁傳感器陣列及網(wǎng)絡(luò),電磁無損檢測技術(shù)(渦流等),高級信號處理等。目前該課題組所承擔(dān)的主要課題包括:威脅識別與定位(反恐領(lǐng)域),防腐層下缺陷的電磁識別方法,齒輪的電磁無損檢測方法,海洋風(fēng)電設(shè)備的健康監(jiān)測,渦流激勵(lì)熱成像,復(fù)雜形狀裂縫的磁照相技術(shù)等等。除了具體的無損檢測新技術(shù)研發(fā)以外,田教授長期致力于中英兩國無損檢測從業(yè)人員的交流合作,承擔(dān)了EPSRC贊助的中英無損檢測交流項(xiàng)目,促成多次人員互訪及學(xué)術(shù)交流活動,為兩國無損檢測領(lǐng)域的交流發(fā)展起到了極大的推進(jìn)作用。對于筆者的母校華威大學(xué)來講,除了李路明教授文中提到的電磁超聲(EMAT)和空氣耦合超聲(Air-coupled Ultrasound),華威大學(xué)的科研人員近年來還從事了包括電容成像,近紅外成像等新型無損檢測技術(shù)的研發(fā),并在三維打印技術(shù)在無損檢測領(lǐng)域的應(yīng)用做了深入的探索。從以上的介紹可以看出,這幾個(gè)大學(xué)的主要研究領(lǐng)域在聲學(xué)和電磁學(xué),其中尤其值得關(guān)注的是這些大學(xué)都非常重視基礎(chǔ)研究,并以此為基礎(chǔ)強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)研究的應(yīng)用背景,基本上可以說是在應(yīng)用引導(dǎo)下的基礎(chǔ)研究。
2.成員高校無損檢測領(lǐng)域人才培養(yǎng)。與我國部分高校本科階段開設(shè)無損檢測專業(yè)不同[5-7],上述英國學(xué)校在本科教育方面沒有專門的無損檢測專業(yè)或方向,無損檢測研究及人才培養(yǎng)主要集中在研究生階段,其學(xué)科主要集中在機(jī)械工程、材料、物理、電子科學(xué)等領(lǐng)域,這和無損檢測自身的學(xué)科背景也是一致的。值得一提的是,除了傳統(tǒng)意義上自然科學(xué)的哲學(xué)博士(P.h.D)的培養(yǎng)工作,RCNDE成立了無損檢測領(lǐng)域“企業(yè)需求-高校研究”緊密結(jié)合的工程博士(EngD)培養(yǎng)中心(CDT),目前在IDC名下有多名博士生注冊在帝國理工,斯特拉斯克萊德大學(xué),布里斯托大學(xué),諾丁漢大學(xué)和華威大學(xué)進(jìn)行學(xué)習(xí)和研究工作。CDT所提供的EngD學(xué)位教育面向應(yīng)屆畢業(yè)生和已在工業(yè)界就業(yè)的工程師所開設(shè)(既包括Airbus,NNL,BAE Systems,BP,EDF,E-ON,GKN,Network Rail,RWE npower,Rolls-Royce,Serco,Shell,QinetiQ,Doosan Babcock及Renishaw等大公司,也包括一部分無損檢測領(lǐng)域的小型企業(yè))。EngD這個(gè)以解決工程實(shí)際問題為目標(biāo)的學(xué)位教育模式要求學(xué)生在注冊學(xué)校完成相關(guān)課程(可以采用靈活選課、時(shí)間不限的方式)的前提下,結(jié)合工程界的實(shí)際情況依托所在學(xué)校的研究經(jīng)驗(yàn)和資源開展相應(yīng)研究工作,最終完成研究論文。對RCNDE及成員高校來講,這樣的模式對于了解工業(yè)界的需求,從工業(yè)界得到資助,把握研究方向顯得非常重要,實(shí)施幾年來已經(jīng)初步達(dá)到了預(yù)期的效果。
隨著人們生活方式的變化發(fā)展和生存環(huán)境的改變,近些年來急性肺栓塞的發(fā)病率逐年升高,發(fā)患者數(shù)逐年增加,而且該疾病的診斷和治療呈現(xiàn)愈加復(fù)雜的局面。急性肺栓塞具有較高的死亡率,僅次于惡性器官腫瘤和急性心肌梗塞。在對急性肺栓塞患者進(jìn)行治療時(shí),科學(xué)有效的診斷結(jié)果是治療的依據(jù)和重要保障,醫(yī)療工作者們需要不斷提高急性肺栓塞臨床診斷的有效檢出率,才能對患者實(shí)施有效的救治,緩解患者病情[1-2]。D-二聚體是一種機(jī)體纖維蛋白物質(zhì)出現(xiàn)降解后的產(chǎn)物,它的表達(dá)水平能夠?qū)δ傅纳韺W(xué)活性和纖維蛋白的生成情況做出明確反應(yīng),用它來檢測患者機(jī)體內(nèi)血栓形成的敏感性具有可行性且能達(dá)到較高的準(zhǔn)確性[3]。本次研究通過對D-二聚體在急性肺栓塞臨床診斷中發(fā)揮的作用,評估其使用特點(diǎn)和臨床應(yīng)用價(jià)值,希望可為急性肺栓塞的臨床診斷提供診斷經(jīng)驗(yàn),幫助提高診斷的有效檢出率?,F(xiàn)做報(bào)道如下。
1 資料與方法
1.1一般資料 選取我院2012年12月~2014年1月接受診斷治療的100例在入院后先進(jìn)行肺動脈多層螺旋CT或MRI初步檢查,進(jìn)行了血凝常規(guī)和D-二聚體檢測。疑似急性肺栓塞患者作為考察對象。收集、整理臨床檢測資料,對資料進(jìn)行歸類整合,對診斷結(jié)果進(jìn)行細(xì)致分析。100例患者中男性患者60例,女性患者40例,年齡在32~68歲,平均年齡為(48.36±5.87)歲,所有患者均在發(fā)病后立即入院接受診斷治療,病程在1~24h,入院時(shí)的主要臨床表現(xiàn)癥狀為胸部疼痛、胸悶、呼吸困難、發(fā)熱等。
1.2標(biāo)本采集 肘正中靜脈采血1.8ml于真空枸櫞酸鈉溶液(濃度:109mmol/l)抗凝管內(nèi),枸櫞酸鈉溶液:血液為1:9抗凝, 并充分顛倒混勻(應(yīng)避免過度振搖,引起溶血)。標(biāo)本采集完畢后應(yīng)及時(shí)送檢。以3000r/min 離心10min,分離血漿待測。與采血后2h內(nèi)完成測定。
1.3儀器、試劑、檢測方法 日本東亞SESMEX CA-7000型全自動血凝分析儀,血漿D-Dimer測定試劑,參數(shù)設(shè)置及校準(zhǔn)、質(zhì)控品均由積水醫(yī)療科技(中國)有限公司 提供。 D-二聚體檢測為乳膠微粒增強(qiáng)免疫比濁法,由專業(yè)的操作人員來完成檢測任務(wù),操作步驟必須按照試劑盒說明書的嚴(yán)格規(guī)定,確保檢測結(jié)果相對準(zhǔn)確[4-6]。
1.4檢測結(jié)果評判標(biāo)準(zhǔn) 樣本DD濃度>500ng/ml,則為陽性檢測結(jié)果。
1.5統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 22.0數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì),計(jì)量數(shù)據(jù)以平均數(shù)(x±s)形式展示,對計(jì)數(shù)資料采用t檢驗(yàn),對計(jì)量資料采用χ2檢驗(yàn),P
2 結(jié)果
根據(jù)診斷結(jié)果將患者分為兩個(gè)組:急性肺栓塞組和非急性肺栓塞組。100例疑似急性肺栓塞患者中有50例患者確診為急性肺栓塞,另外50例患者均為非急性肺栓塞。兩個(gè)不同患者組的患者在年齡、性別、病情病程、檢測時(shí)間、文化水平等方面的差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,兩組患者的診斷結(jié)果具有可比性(P
3 結(jié)論
急性肺栓塞是比較常見多發(fā)的急性心腦血管系統(tǒng)急性重癥疾病,發(fā)病原理是血栓以及其他類型的栓子對肺循環(huán)中的動脈系統(tǒng)造成了梗阻,致使肺循環(huán)發(fā)生急性病變。急性肺栓塞是一種擁有較高死亡率的疾病類型,是醫(yī)療工作者們重點(diǎn)攻克的醫(yī)學(xué)難關(guān)。
急性肺栓塞發(fā)病之后容易導(dǎo)致右心功能衰竭,甚至?xí)斐裳h(huán)系統(tǒng)的癱瘓,對患者的生命安全造成極大的威脅。絕大多數(shù)的急性肺栓塞患者在發(fā)病時(shí)沒有典型的臨床癥狀特點(diǎn)和生命體征變化,這種情況導(dǎo)致了臨床診斷時(shí)容易出現(xiàn)誤診和漏診。另外急性肺栓塞本身病情復(fù)雜多樣且變化發(fā)展速度快,更為臨床診斷增加了困難,在診斷技術(shù)水平低下和診斷設(shè)備落后的情況下,極易出現(xiàn)診斷不準(zhǔn)確的情況,為臨床治療帶來了極大的風(fēng)險(xiǎn),不利于患者的治療和康復(fù)。因此實(shí)現(xiàn)較高的急性肺栓塞檢出率是實(shí)施有效治療的先決條件[6]。
傳統(tǒng)的超聲造影手段是一直沿用的有效診斷方式,對急性肺栓塞患者血樣的陽性診斷率約為88.00%左右,雖然能達(dá)到一定的有效檢出率,但是超聲投影檢測會對患者機(jī)體造成一定的損害。檢查中所使用的造影劑會對患者的肝腎功能造成一定程度的影響,并會產(chǎn)生毒副作用,同時(shí)還會對肺動脈的血壓帶來影響。所以綜上所述,超聲投影檢測技術(shù)需要本身的改進(jìn),或者需要更科學(xué)的更健康的檢測技術(shù)來代替或輔助超聲投影的檢測診斷作用。
D-二聚體表達(dá)水平檢測診斷具有簡單迅速、準(zhǔn)確實(shí)用的特點(diǎn),而且不會對患者的機(jī)體造成損害,相較于超聲檢測技術(shù)診斷而言有諸多診斷優(yōu)越性。
D-二聚體是一種機(jī)體纖維蛋白物質(zhì)出現(xiàn)降解后的產(chǎn)物,它的表達(dá)水平能夠?qū)δ傅纳韺W(xué)活性和纖維蛋白的生成情況做出明確反應(yīng)。D-二聚體的檢測原理:機(jī)體內(nèi)大量血栓形成可以顯著激活纖溶生理系統(tǒng),使血栓出現(xiàn)溶解,從而產(chǎn)生形體大小和組織結(jié)構(gòu)差異性較大的多種降解產(chǎn)物,D-二聚體是其中的一種,血清中D-二聚體表達(dá)水平有明顯的升高時(shí),可以提示血栓形成和血栓降解的現(xiàn)象,它是一種反映高凝狀態(tài)和繼發(fā)纖溶功能變化的有效敏感物質(zhì)。血清樣本D-二聚體濃度為500ng/ml是一個(gè)界定點(diǎn),大于這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)即為陽性,小于這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)即為陰性。通過對血清D-二聚體陽性陰性的檢測,可以比較精確的診斷急性肺栓塞患病與否。只需要抽取患者血樣,在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行檢驗(yàn)操作,幾乎不對患者身體和疾病造成不良影響。
本次研究結(jié)果顯示,急性肺栓塞患者的D-二聚體檢測表達(dá)平均水平明顯高于非急性肺栓塞患者的D-二聚體檢測表達(dá)水平。急性肺栓塞患者的D-二聚體檢測診斷的敏感性為92.00%(46/50),特異性為82.00%(41/50)。較高的急性肺栓塞檢出率為臨床治療提供了科學(xué)有效的依據(jù),保證了患者的診斷和治療質(zhì)量,促進(jìn)了疾病的治愈康復(fù)。D-二聚體檢測在急性肺栓塞臨床診斷中發(fā)揮重要作用,擁有較大的應(yīng)用價(jià)值,值得臨床推廣。
參考文獻(xiàn):
[1]方建江,李波,何旭娟,等.血漿肌鈣蛋白I、B型鈉尿肽及D-二聚體檢測在急性肺栓塞預(yù)后評估中的意義[J].中國呼吸與危重監(jiān)護(hù)雜志:論著,2012,11(1):61-64.
[2]熊國均.臨床評分、D-二聚體檢測對急性肺栓塞的診斷價(jià)值[D]天津醫(yī)科大學(xué)碩士學(xué)位論文,2011,05,01.
1碰撞干涉檢測
碰撞干涉檢測問題是確定不同的物體在空間是否占有相同區(qū)域的問題。該問題可描述如下:“給定N 個(gè)物體s1 , s2 ,… , sn ,它們在空間中的位置是由定義在時(shí)間域[t 0 , t 1 ] 上的函數(shù)f 1 ,f 2 ,… , f n 來確定的,判定在這個(gè)時(shí)間域內(nèi)相同時(shí)刻是否存在任何一對物體占有公共空間”。該問題的描述說明了這樣的意義,物體占有的空間決定于時(shí)間,由此又引出靜態(tài)干涉和動態(tài)干涉檢測的定義。
靜態(tài)干涉檢測: 物體在空間中的位置是可移動的,但不隨時(shí)間變化,位置的變化是由其它參數(shù)定義的,判別是否有任何一對物體占有公共空間??臻g布局和裝配干涉檢測等即屬于此類問題。
動態(tài)干涉檢測: 動態(tài)干涉檢測與時(shí)間相關(guān),即碰撞檢測。物體在空間中的位置是隨時(shí)間變化的,它可分為二種情況: ( 1) 運(yùn)動空間中只有一個(gè)物體是運(yùn)動的。例如一個(gè)機(jī)器人在車間里運(yùn)動,機(jī)器人是運(yùn)動的,車間里的其它障礙物是靜止的;( 2) 一對物體都必須是運(yùn)動的,例如車間里兩個(gè)運(yùn)動的機(jī)器人。無論是靜態(tài)干涉檢測還是動態(tài)干涉檢測,目的都是要求避免物體間的碰撞。
2碰撞干涉檢測技術(shù)
2.1二維平面碰撞檢測
Tetsuya,Toshiaki和Mario等人提出了一種稱為空間占有的方法,即物體在目標(biāo)空間移動,當(dāng)試圖占有相同的球體時(shí)來檢測它們的碰撞。這種算法基于這樣一條原理沒有任何物體和其它物體占有同一個(gè)球體,也不需要特殊的計(jì)算來檢測碰撞。并且,在它們的方法中,每個(gè)物體連同它們所占有的球體在三維空間中都被賦予一個(gè)名字,因而其它物體知道它們和哪個(gè)物體發(fā)生碰撞。
chin和wang研究了兩個(gè)多邊形的相交和最小距離問題。利用可視邊鏈和凸的頂點(diǎn)相對于其內(nèi)部點(diǎn)的單調(diào)性,提出了判別凸一邊形和一個(gè)簡單非凸m-邊形的相交問題的最優(yōu)算法,并且研究了當(dāng)兩個(gè)多邊形相交時(shí)一個(gè)多邊形是否被另一個(gè)多邊形完全包含的問題,其時(shí)間復(fù)雜度都為o(m+n)。
汪嘉業(yè)利用單調(diào)折線研究了在一個(gè)多邊形的凸包和另一個(gè)多邊形不相交的條件下,確定兩個(gè)多邊形是否碰撞,并在碰撞時(shí)確定全部碰撞部位的問題,提出了時(shí)間復(fù)雜度為o(m+n)的最優(yōu)算法,并且其算法還可推廣到確定包含有圓弧邊的多邊形之間的最初碰撞部位。
李輝利用最大最小坐標(biāo)的頂點(diǎn)子集的方法研究了一個(gè)凸多邊形沿一給定方向移動時(shí)是否與另一凸多邊形發(fā)生碰撞,并且利用斜支撐線的方法來研究一個(gè)凸多邊形相對于另一個(gè)凸多邊形的可移動區(qū)域問題,提出了時(shí)間復(fù)雜度為o(log(n+m))和o(m+n)的算法,在常數(shù)意義下,它們都是最優(yōu)的。
2.2三維空間碰撞檢測
三維空間碰撞檢側(cè)干涉有兩大類靜態(tài)干涉和動態(tài)碰撞檢測。動態(tài)碰撞檢測就是沿特定軌跡移動的物體的干涉檢測。動態(tài)碰撞檢測算法又可分為兩大類①判斷移動的物體之間是否發(fā)生碰撞亦即可碰撞問題②檢測到碰撞的存在并采取措施進(jìn)行規(guī)避,也就是碰撞規(guī)避問題。根據(jù)所用實(shí)體表示模型的不同,靜態(tài)干涉檢測算法大致可分成兩類。一類算法主要基于B-rep模型,提高算法效率的關(guān)鍵是如何減少被測元素的數(shù)量。在這方面Ganter利用空間分割技術(shù)作出了新的嘗試。另一類算法是以層次模型為基礎(chǔ)的,如八叉樹干涉檢驗(yàn)算法和層次Sphere檢驗(yàn)算法等。由于層次模型中相鄰兩層節(jié)點(diǎn)的檢測過程之間缺乏直接聯(lián)系,即一個(gè)層次上的干涉檢驗(yàn)結(jié)果并沒有反映出下一個(gè)層次節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)信息,因此無法對檢驗(yàn)過程進(jìn)行優(yōu)化,以減少不必要的運(yùn)算。
動態(tài)碰撞檢測先后利用到兩類技術(shù)。第一類技術(shù)是基于給定軌跡反復(fù)利用靜態(tài)干涉檢測被稱為“單步檢測”的方法,即當(dāng)物體移動過程中將軌跡劃分為很多時(shí)間步,在每一個(gè)時(shí)間步都進(jìn)行靜態(tài)干涉檢測,來判定運(yùn)動的物體之間是否發(fā)生碰撞。Maruyama介紹了多面體之間的靜態(tài)干涉檢測的第一種一般方法,提出了一種遞歸空間分割算法和一種一般的面對面相交算法然而,提出了第一種可用的單步檢測系統(tǒng),。計(jì)算幾何領(lǐng)域?qū)υS多其它相交測試技術(shù)進(jìn)行了規(guī)范化和分類。其中有許多技術(shù)是二維相交技術(shù)的延伸和擴(kuò)展。第二類技術(shù)是基于產(chǎn)生稱之為“掃描實(shí)體”的物體。這些物體代表了物體在給定軌跡上移動過程中所占有的體積空間。如果環(huán)境中的物體在它們各自的軌跡上行進(jìn)時(shí)會發(fā)生碰撞,那么它們各自的掃描體將會發(fā)生靜態(tài)干涉。因而,掃描體可用簡單的靜態(tài)干涉檢查來對動態(tài)碰撞進(jìn)行測試,這些掃描體的產(chǎn)生是運(yùn)動學(xué)和實(shí)體模型的結(jié)合。由于實(shí)體模型具有多種表示方式,因此,多種形式的掃描體被提出。
雖然掃描體可用于許多有趣的工程問題,但在現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)圖形硬件條件下,單步檢測方法更適合于實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)圖形顯示。并且掃描體方法也沒有單步檢測方法所具有的決定碰撞時(shí)間的靈活性。而且用掃描體來進(jìn)行碰撞檢測需要利用一個(gè)獨(dú)立的步驟來產(chǎn)生掃描實(shí)體。和發(fā)展了單步檢測方法,提出了一種空間分割技術(shù)的方法,這種空間分割技術(shù)將包含物體的空間劃分為一個(gè)個(gè)子空間,將所有的測試限制在兩個(gè)物體的重疊局部區(qū)域來進(jìn)行。并且在重登區(qū)域內(nèi)的所有的子空間都按照它們的最小、最大值來排序。然而在空間分割技術(shù)中,子空間的個(gè)數(shù)將影響到檢側(cè)結(jié)果的正確性和算法的效率。
Hahn采用層次包圍盒技術(shù)來加速多面體場景的碰撞檢測。Moore則提出了兩個(gè)有效的碰撞檢測算法,其一是用來處理三角剖分過的物體表面。由于任一表面均可表示成一系列三角面片,因而該碰撞檢測算法具有普遍性該算法的缺點(diǎn)是當(dāng)景物為一復(fù)雜的雕塑曲面時(shí),三角剖分可能產(chǎn)生大量的三角片,這會大大影響算法的效率。而另一算法則用來處理多面體環(huán)境的碰撞檢測。Moore和Wilhelems根據(jù)Cyrus-Beck裁剪算法提出了一種凸多面體碰撞檢測算法,即通過檢測多面體頂點(diǎn)是否相互包含來判定它們是否發(fā)生碰撞。對于具有n個(gè)凸多面體、每個(gè)多面體有m個(gè)頂點(diǎn)的問題,此算法的時(shí)間復(fù)雜度為o(n2m2);對于凹多面體則分解為多個(gè)凸多面體來處理Ganter和Isarankura提出了一種空間分割的方法,即將給定物體所占有的空間劃分成一系列子空間,將碰撞測試限定在兩物體的重疊子空間中進(jìn)行,并且在重疊子空間里的元素都按最大、最小來排序,從而進(jìn)一步減少了測試時(shí)間。Alonso,Serrano和Flaquer采用定義碰撞影響矩陣及體元的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等一些優(yōu)化策略來加快碰撞檢測,它們的算法分四步來檢測兩個(gè)物體的干涉①檢測碰撞影響矩陣②計(jì)算每對容器之間的干涉③計(jì)算體元之間的干涉④計(jì)算面與面之間的干涉。算法的基本思想是每一步都比它的下一步快,因而,假如在某一步發(fā)現(xiàn)兩個(gè)物體不會碰撞,就不必進(jìn)行下面的測試,從而可節(jié)省計(jì)算時(shí)間。
3碰撞干涉在超聲自動檢測中的應(yīng)用
和數(shù)控加工、產(chǎn)品裝配一樣,超聲自動檢測過程中可能存在碰撞干涉,如探頭和工件的碰撞、工件夾具和探頭的碰撞等。在實(shí)際檢測過程中如果發(fā)生了碰撞,不僅可能造成工件的報(bào)廢、探頭和設(shè)備的損壞,嚴(yán)重時(shí)還可能威脅到操作者的人身安全。因此有必要在實(shí)際檢測之前對掃描路徑進(jìn)行校驗(yàn),找出發(fā)生碰撞干涉的運(yùn)動點(diǎn)位,重新進(jìn)行路徑規(guī)劃,避免碰撞帶來的損失。
超聲檢測的曲面工件一般具有復(fù)雜的外形,碰撞干涉檢測時(shí)運(yùn)算量很大,同時(shí)對檢測的精度和效率都有較高的要求。盡管現(xiàn)有碰撞干涉檢測的方法很多,但針對超聲自動檢測過程中碰撞干涉檢測的性能有限,如包圍盒算法計(jì)算簡單,容易實(shí)現(xiàn)快速碰撞檢測,但該方法的精確性不高;空間分解法將整個(gè)虛擬空間劃分成相等體積的小單元格,然后對占據(jù)同一單元格或相鄰單元格的幾何對象進(jìn)行相交測試,精確性高但運(yùn)算復(fù)雜。
參考文獻(xiàn):
[1]張旭輝,馬宏偉.超聲無損檢測技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢,機(jī)械制造,2002,40(7):24-26
國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型升級需要大量高素質(zhì)、多樣化的應(yīng)用型人才,向應(yīng)用技術(shù)型高校轉(zhuǎn)型是新建地方本科院校走向內(nèi)涵式發(fā)展的必然選擇和重大機(jī)遇。在向應(yīng)用技術(shù)型大學(xué)轉(zhuǎn)型的背景下,各新建地方本科院校突出了“應(yīng)用型”辦學(xué)定位[1]。然而,目前多數(shù)新建地方本科院校仍然沿用傳統(tǒng)的大學(xué)物理教學(xué)模式,側(cè)重理論知識的教學(xué),對不同專業(yè)未加以區(qū)分,在教材選用、教學(xué)內(nèi)容、授課方式和考核評價(jià)等方面仍采用同一標(biāo)準(zhǔn)。不同專業(yè)有不同的特點(diǎn)和人才培養(yǎng)目標(biāo),對大學(xué)物理課的教學(xué)的需求也不盡相同,缺乏專業(yè)針對性的大學(xué)物理教學(xué)模式顯然已不適合新形勢下應(yīng)用型人才綜合素質(zhì)培養(yǎng)的要求。因此,如何將大學(xué)物理與各理工科專業(yè)有機(jī)結(jié)合,進(jìn)行具有專業(yè)針對性的大學(xué)物理課程教學(xué)模式改革的探索與實(shí)踐具有重要的意義。
1.目前大學(xué)物理課程設(shè)置中存在的問題
1.1大學(xué)物理課程與理工科各專業(yè)其它課程結(jié)合度差
目前,多數(shù)新建地方本科院校各理工科專業(yè)使用統(tǒng)一的大學(xué)物理教材,與各個(gè)具體的專業(yè)結(jié)合不夠緊密,專業(yè)針對性差。雖然大學(xué)物理是理工科各專業(yè)的公共基礎(chǔ)課,但各專業(yè)有各自的專業(yè)特色和要求,因此對大學(xué)物理課的要求也不盡相同[2]。大學(xué)物理課程缺乏專業(yè)針對性容易使學(xué)生產(chǎn)生物理無用論的錯(cuò)覺,認(rèn)為學(xué)習(xí)物理對專業(yè)知識、課程的學(xué)習(xí)沒有幫助,學(xué)習(xí)積極性不高,學(xué)習(xí)效果差。
1.2教學(xué)內(nèi)容陳舊,較少體現(xiàn)現(xiàn)代性和專業(yè)針對性
當(dāng)今社會科技發(fā)展日新月異,物理新知識、新技術(shù)不斷涌現(xiàn),為其它學(xué)科的進(jìn)步奠定了重要的理論和物質(zhì)基礎(chǔ),推動了諸如信息科學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)以及農(nóng)業(yè)科學(xué)等學(xué)科的進(jìn)步。然而目前多數(shù)新建地方本科院校使用的物理教材,教學(xué)內(nèi)容陳舊,側(cè)重于經(jīng)典物理學(xué)中的力學(xué)、熱學(xué)、振動和波動光學(xué)以及電磁學(xué)基本知識和理論的教學(xué),較少涉及高新技術(shù)、科技在現(xiàn)實(shí)社會中的應(yīng)用,同時(shí)缺乏專業(yè)針對性,對與信息科學(xué)、材料科學(xué)以及生物科學(xué)等學(xué)科關(guān)系緊密的激光信息技術(shù)、量子通信技術(shù)、同步輻射核磁共振波譜技術(shù)、新型顯微技術(shù)、混沌理論和耗散結(jié)構(gòu)等鮮有介紹。
1.3課程體系結(jié)構(gòu)設(shè)置不合理
向應(yīng)用技術(shù)型大學(xué)轉(zhuǎn)型的大形勢下大學(xué)物理地位被削弱,大學(xué)物理教學(xué)面臨著學(xué)時(shí)少而教學(xué)內(nèi)容多的突出的矛盾。目前,大多數(shù)新建地方本科院校各理工科專業(yè)主要是通過刪減教學(xué)內(nèi)容來克服學(xué)時(shí)少的矛盾,側(cè)重于經(jīng)典物理知識的教學(xué)而對于近現(xiàn)代物理技術(shù)及其應(yīng)用僅作簡單介紹或干脆完全刪除,在課程體系設(shè)置方面則主要還是采用單一的必修課。物理新知識、新技術(shù)的發(fā)展帶動了其他學(xué)科的發(fā)展,因此,有必要對物理學(xué)新進(jìn)展、新技術(shù)及其在各專業(yè)中的應(yīng)用加以介紹。顯然,單一的課程結(jié)構(gòu)已不能適應(yīng)物理學(xué)知識的深度與廣度上不斷發(fā)展的趨勢,不能滿足各理工科專業(yè)對物理新知識的需求。
2.改革的具體措施
2.1優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、加強(qiáng)專業(yè)關(guān)聯(lián)性
物理學(xué)包括經(jīng)典物理學(xué),近代物理學(xué)與當(dāng)代物理學(xué)三個(gè)部分。經(jīng)典物理學(xué)主要涉及力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)和電磁學(xué)等內(nèi)容,這部分內(nèi)容的教學(xué)對理工科專業(yè)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、數(shù)理思維以及分析解決實(shí)際問題能力的培養(yǎng)具有重要意義。在向應(yīng)用技術(shù)型技術(shù)大學(xué)轉(zhuǎn)型發(fā)展的背景下雖然大學(xué)物理的地位被弱化、教學(xué)課時(shí)被縮減,但筆者認(rèn)為大學(xué)物理中經(jīng)典物理知識的完整性不應(yīng)被削弱和破壞,但要結(jié)合各專業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化整合[3]。在學(xué)時(shí)有限的前提下,那些與專業(yè)課程聯(lián)系不是特別緊密的內(nèi)容只需圍繞物理學(xué)基本知識、概念、定律和思想方法進(jìn)行定性介紹,只要能夠使學(xué)生建立清晰的物理圖像即可,避免繁雜的數(shù)學(xué)論證和理論推導(dǎo);而那些對專業(yè)課程具有較大影響的內(nèi)容則要進(jìn)行重點(diǎn)教學(xué)。比如,對于通信工程和電子信息工程類專業(yè)的學(xué)生,電磁學(xué)部分要進(jìn)行重點(diǎn)教學(xué)。對于這些專業(yè)的學(xué)生而言,《電磁場理論》是一門非常重要的專業(yè)課。電磁場和電磁波作為信息的重要載體,在通信領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛,在雷達(dá)、遙感、導(dǎo)航等技術(shù)領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用。因此,通信工程和電子信息工程類的學(xué)生必須熟練掌握電磁場與電磁波的基本性質(zhì)、傳播規(guī)律和傳輸、輻射、散射的基本理論。作為《電磁波理論》的先導(dǎo)課程,大學(xué)物理課程教學(xué)時(shí)應(yīng)該突出電磁學(xué)部分的教學(xué),重點(diǎn)介紹電磁感應(yīng)現(xiàn)象和變化的電磁場等內(nèi)容,使學(xué)生對感應(yīng)定律、自感和互感、電磁振蕩、電磁波和電磁波譜的基本理論和規(guī)律有充分的認(rèn)識,為《電磁波理論》的學(xué)習(xí)奠定良好的基礎(chǔ)。對于土木工程類專業(yè)大學(xué)物理在教學(xué)內(nèi)容上應(yīng)該側(cè)重于力學(xué)部分;而對于石油化工等專業(yè)則需要側(cè)重于流體力學(xué)和熱力學(xué)基礎(chǔ)定律等知識。近現(xiàn)代物理學(xué)與當(dāng)代物理學(xué)前沿知識的教學(xué)可以開闊學(xué)生的視野,有利于學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。在有限的課時(shí)內(nèi),需結(jié)合理工科各專業(yè)的特點(diǎn)從眾多物理學(xué)新知識和新技術(shù)中選擇與專業(yè)緊密相關(guān)的內(nèi)容進(jìn)行重點(diǎn)教學(xué)。比如對于材料類專業(yè),應(yīng)選擇與材料檢測、分析息息相關(guān)的電子掃描顯微鏡、X射線衍射儀、激光超聲檢測等先進(jìn)檢測技術(shù)的原理和方法進(jìn)行重點(diǎn)教學(xué);對于通信類專業(yè),應(yīng)選擇激光信息技術(shù)、量子通信技術(shù)、量子計(jì)算機(jī)和光復(fù)用與光放大等技術(shù)進(jìn)行重點(diǎn)介紹。
2.2完善課程結(jié)構(gòu),將必修、選修和網(wǎng)絡(luò)課程有機(jī)結(jié)合
各專業(yè)的特點(diǎn)和人才培養(yǎng)目標(biāo)不同,對大學(xué)物理課的教學(xué)需求不盡相同。因此,需要對大學(xué)物理課程體系進(jìn)行調(diào)整,改變單一化的課程模式,豐富大學(xué)物理課程體系[4]。根據(jù)大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容與各專業(yè)的緊密程度,可以分成必修、選修和自主學(xué)習(xí)三個(gè)模塊。必修模塊主要包括經(jīng)典物理理論基礎(chǔ)知識和核心內(nèi)容,其中重點(diǎn)在于與各專業(yè)聯(lián)系緊密的物理知識,是學(xué)生必須掌握的部分,學(xué)生通過該模塊的學(xué)習(xí)可以形成基本的科學(xué)素養(yǎng)、數(shù)理思維以及分析解決實(shí)際問題能力;選修模塊則側(cè)重于物理知識的延展與應(yīng)用,主要包括與各專業(yè)聯(lián)系最緊密的物理學(xué)前沿知識、技術(shù)及其在各專業(yè)中的應(yīng)用,本模塊可為理工科各專業(yè)學(xué)生后續(xù)的實(shí)踐、操作課程奠定理論基礎(chǔ),增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)際動手能力;科技發(fā)展日新月異,知識量、信息量劇增,除了通過必修模塊和選修模塊將經(jīng)典物理學(xué)內(nèi)容和與各專業(yè)聯(lián)系密切的近現(xiàn)代物理學(xué)前沿知識、技術(shù)傳授給學(xué)生,還應(yīng)優(yōu)選與專業(yè)關(guān)系緊密的物理學(xué)最新進(jìn)展,如“高亮度發(fā)光二極管”、“超導(dǎo)體與超流體”、“混沌理論”和“熵信息論”等內(nèi)容制成網(wǎng)絡(luò)教學(xué)視頻,供學(xué)生根據(jù)興趣和需要自主學(xué)習(xí),達(dá)到開闊學(xué)生視野,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新型思維的目的。
2.3豐富教學(xué)方式、手段,開展多元化教學(xué)
如上所述,為適應(yīng)轉(zhuǎn)型發(fā)展的需要大學(xué)物理課程的教學(xué)內(nèi)容、課程體系需要根據(jù)理工科各專業(yè)的特點(diǎn)和應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標(biāo)做出相應(yīng)調(diào)整。教學(xué)內(nèi)容和課程體系的調(diào)整要求教學(xué)方式和教學(xué)手段也必須作出相應(yīng)的變革。
2.3.1傳統(tǒng)教學(xué)方式與研討式、啟發(fā)式有機(jī)結(jié)合
向應(yīng)用技術(shù)型大學(xué)轉(zhuǎn)型的背景下,大學(xué)物理課程課時(shí)被大幅壓縮。傳統(tǒng)的大學(xué)物理教學(xué)是以保姆式、注入式的教學(xué)方式為主,需要耗費(fèi)較多的課時(shí),而且教師一言堂講授式教學(xué)往往忽略了學(xué)生的主體地位,教學(xué)效果普遍不佳[5]。因此,應(yīng)該根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)和專業(yè)特色,將傳統(tǒng)的教學(xué)方式與啟發(fā)式、研討式等教學(xué)方式有機(jī)結(jié)合。比如講解“位移電流”時(shí),教師可以利用奧斯特實(shí)驗(yàn)進(jìn)行啟發(fā)式教學(xué)。通過奧斯特實(shí)驗(yàn)學(xué)生已經(jīng)知道了變化的電場會產(chǎn)生磁場。因此,教師可以類比地提出問題“變化的磁場是否產(chǎn)生電場”,通過類比的方法,引導(dǎo)學(xué)生提出“位移電流”的假設(shè),并與“傳導(dǎo)電流”進(jìn)行比較,從而使學(xué)生對于“位移電流”的本質(zhì)有一個(gè)清晰的認(rèn)識。除了傳統(tǒng)的講授式和啟發(fā)式教學(xué)外,對于那些與各專業(yè)的工程技術(shù)和實(shí)際生活聯(lián)系緊密的,學(xué)生又易混淆、難以理解和掌握的物理概念和知識,可以通過創(chuàng)設(shè)問題情境的方式引導(dǎo)學(xué)生研討,使學(xué)生對原本模糊的概念、知識和規(guī)律有清晰的認(rèn)識。比如,為了加深學(xué)生對極性分子的極化、取向變化以及電磁感應(yīng)和渦流加熱原理的理解,在教學(xué)中可以讓學(xué)生討論為何金屬容器不能放進(jìn)微波爐而電磁爐只能使用鋼、鐵等金屬容器?在學(xué)生文獻(xiàn)查閱、交流討論的基礎(chǔ)上,教師進(jìn)行物理相關(guān)知識進(jìn)行總結(jié)概括,最終使學(xué)生電磁感應(yīng)和渦流加熱原理。
2.3.2優(yōu)化多媒體、電視教學(xué)等現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)的應(yīng)用
多媒體、動畫演示、仿真視頻等技術(shù)手段可以將抽象的物理概念、現(xiàn)象形象化,可以幫助學(xué)生從直觀的物理現(xiàn)象中加深對基本物理概念、物理規(guī)律的理解和掌握,同時(shí)避免概念、定理等文字性內(nèi)容的板書,顯著增加課堂的容量。但是,在大學(xué)物理課程教學(xué)中應(yīng)當(dāng)注意多媒體等現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)不能偏離課堂教學(xué)輔助手段的定位,不能忽略教學(xué)內(nèi)容的主導(dǎo)作用,應(yīng)根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)適當(dāng)?shù)厥褂枚嗝襟w技術(shù),避免過分依賴多媒體課件。對于抽象的概念和側(cè)重演示與觀摩的教學(xué)內(nèi)容,使用多媒體和電視教學(xué)等現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)進(jìn)行輔助教學(xué)可以獲得較好的教學(xué)效果;而對于側(cè)重理論推導(dǎo)和定量計(jì)算的教學(xué)內(nèi)容,傳統(tǒng)的授課方式效果更好。比如推導(dǎo)“麥克斯韋方程”時(shí),傳統(tǒng)的推導(dǎo)式教學(xué)可以引導(dǎo)、培養(yǎng)學(xué)生的思維,學(xué)生更容易形成自己的邏輯推理能力,而用多媒體演示的效果要差得多。
2.4優(yōu)化考核、評價(jià)體系
現(xiàn)有的大學(xué)物理課程基本上是采用結(jié)合平時(shí)作業(yè)、考勤和期末閉卷考試卷面成績的考核方式,其中又以期末閉卷考試為主。閉卷考試的考核方式容易造成學(xué)生為了應(yīng)付考試而死記硬背例題,從而忽略對知識的理解和應(yīng)用。為適應(yīng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求,對學(xué)生的考核、評價(jià)體系也應(yīng)當(dāng)根據(jù)教學(xué)內(nèi)容、課程體系和教學(xué)方法的改革同步地作出調(diào)整,宜采用多元化和累加式的考核方式,增加平時(shí)考核的項(xiàng)目和比重[5]。平時(shí)測試可以包括隨堂測試、單元考核和攥寫探究性論文等形式。比如在講授電場強(qiáng)度時(shí),教師在分析了均勻帶電圓環(huán)在其軸線上的電場分布后可以隨堂測試學(xué)生是否能夠推導(dǎo)出均勻帶電圓盤在其軸線上的電場分布情況。教師還可以將教學(xué)內(nèi)容分成幾個(gè)單元,在每個(gè)單元教學(xué)結(jié)束后針對本單元的教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)給出知識應(yīng)用型題目,采用開卷答題考試的方式考察學(xué)生掌握情況。除此之外,教師還可以針對生活中常見的物理現(xiàn)象提出問題,讓學(xué)生通過自主查閱文獻(xiàn)資料,撰寫科技小論文。除了平時(shí)測試,針對基本知識和教學(xué)重點(diǎn),每學(xué)期末再進(jìn)行一次開卷答題考試。最終按照作業(yè)10%,考勤10%,平時(shí)測試成績40%,期末考試成績40%的比例核定總成績。
3.結(jié)語
圍繞服務(wù)新建地方本科院校向應(yīng)用技術(shù)型高校轉(zhuǎn)型發(fā)展和高素質(zhì)、應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目的,結(jié)合學(xué)科、專業(yè)的特點(diǎn)對《大學(xué)物理》課程從教學(xué)內(nèi)容、課程體系、教學(xué)方式和考核評價(jià)體系幾個(gè)環(huán)節(jié)開展教學(xué)改革的討論和探索,給出了改革的具體建議,希望能夠?qū)D(zhuǎn)型發(fā)展形勢下的《大學(xué)物理》課程教學(xué)工作有所促進(jìn)。
作者:顏慧賢 曾振武 楊秀珍 單位:三明學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院
參考文獻(xiàn):
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[2]韓桂華,王鈺.應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式下的大學(xué)物理課程教學(xué)改革[J].黑龍江高教研究,2009,6:185-186.