二维内部缺陷的红外瞬态定量识别算法

内部缺陷的反问题定量识别是红外无损检测技术的重要内容,而红外稳态识别方法存在受误差影响大等缺点。文中对具有矩形内部缺陷的试件建立了二维物理和数学传热模型,通过有限体积法求解瞬态温度分布,分析了检测表面的温度分布规律,运用Levenberg-Marquardt法研究了瞬态情况下对缺陷的尺寸和方位进行定量识别的方法。数值算例证明了算法的有效性;初始假设等对识别结果的影响不大;最大检测温差越大,识别结果越准确;瞬态测温法便于得到较大的检测温差,有利于识别结果的准确性。     

基于APDL的管道内壁边界识别算法

基于表面测温的缺陷或缺陷边界的定量识别算法是目前红外无损检测从定性向定量发展的关键理论基础。针对目前方法识别不规则缺陷边界精度相对较低的问题,通过关联ANSYS软件和MATLAB软件,利用有限元方法和共轭梯度法对二维管道内壁边界形状的稳态识别进行了研究。针对不同内壁边界形状以及试件形状的识别问题,系统地讨论了边界形状初始假设、检测表面温度测量误差及测温点数目、所识别边界的离散点数目以及试件的导热系数等一系列因素对识别结果的影响。数值实验证明了该方法的有效性及精确性。该方法可以在较短的计算时间内得到非常精确的稳态识别结果,大大提高了管道内壁边界形状识别的效率。     

基于有限元的材料红外无损检测研究

通过有限元求解材料的二维导热模型,利用ANSYS仿真获取材料表面的温度分布,把表面温度计算值和仿真结果的误差平方和作为目标函数,借助于共轭梯度法来优化该目标函数.仿真结果验证了算法的可行性,可以达到红外无损检测的目的.研究表明:材料内部缺陷深度和材料的热导率是影响表面温差的重要因素,缺陷距离表面的深度越小,材料表面的温差越大;材料表面温差随热导率的增加呈现为先增大后减小的趋势.该方法可获得材料内部缺陷较为准确的位置和缺陷大小信息,为红外成像无损检测提供了可行的手段.     

基于参数转化和遗传算法的内部多缺陷识别算法的性能分析

试件或设备内部缺陷的定量识别已成为红外无损检测与传热反问题领域的一个重要研究方向。针对基于表面红外测温的试件内部多缺陷的识别问题,提出了基于参数转化思想和遗传算法的一种新的定量识别方法,初步研究显示了对试件内部多缺陷识别的良好的适用性。针对该方法,以二维试件内部多缺陷试件为例,从缺陷的位置、形状、数目、网格密度、测温误差等各个方面系统地分析该方法的性能。一系列数值试验验证了该方法的有效性,证明了在各种因素影响下该算法均具有非常优越的性能。     

缺陷表面温度分布及空腔自然对流对红外检测的影响

对存在内部缺陷的板状结构的传热建立了二维物理和教学模型。通过有限差分法求 解得到了检测表面的温度分布。得到了缺陷尺寸、深度以及缺陷的当量导热系数对检测表面温度分布的影响规律;通过建立一维模型,分析了缺陷空腔内自然对流换热对检测表面温度分布的影响。研究认为,随着缺陷厚度的增加,缺陷的导热系数与被检材料的导热系数差异扩大,表面的最大温差增大;表面最大温差随缺陷的长度和缺陷深度的增大先增加后减小;缺陷厚度大概在10mm范围内自然对流开始起作用,高于此值后,自然对流换热对表面的温度分布具有显著的影响,并且此缺陷的厚度值受试件材料、表面对流换热系数的影响可以忽略。     

材料内部脱粘的红外无损检测

根据传热学理论分析了内含缺陷和脱粘的材料表面温差,给出了键合硅片表面温差与缺陷的深度、厚度及加热时间之间关系的计算结果,介绍了利用红外热像仪检测材料内部脱粘的方法。     

基于剪切散斑干涉无损探伤的缺陷深度测量北大核心CSCD

基于激光剪切散斑干涉技术构建了无损检测系统,通过对铝合金平板钻圆形盲孔覆橡胶层的方式制备了设有不同尺寸和深度的内部缺陷的复合材料粘接试件,利用施加负压激励研究了不同负压值下试件内部缺陷所在表面的散斑条纹和离面位移情况,并结合有限元计算验证了检测系统有效性。结果表明:相同缺陷深度和负压值下,缺陷尺寸越大,散斑条纹级数越多、离面位移越大;相同缺陷尺寸和负压值下,缺陷深度越深,散斑条纹级数越小、离面位移越小。在利用该剪切散斑干涉无损检测系统准确获取内部缺陷的形状、位置和尺寸等信息的基础上,进一步基于弹性薄板理论推导了缺陷深度。缺陷深度测量精度随缺陷尺寸增大而提高,同时随深度增大而降低,直径为20 mm深度小于1 mm的圆形缺陷深度测量误差值小于10%。本文研究为复合材料粘接结构内部缺陷的深度检测提供了有效途径。     

BP神经网络在红外热波无损检测定量识别中的应用

为实现红外热波检测对缺陷的定量识别,应用BP神经网络,拟合函数关系来实现定量识别。在脉冲热像中,以最佳检测时间和表面最大温差为输入量,以缺陷的深度和直径为输出量,利用BP神经网络拟合输入量与输出量之间的关系。借助数值计算的方法,提供样本训练神经网络,并进行了30次随机计算。通过结果分析,发现使用BP神经网络进行计算具备以下特点:网络收敛速度并不决定计算的精度;网络训练过程中,是否达到计算目标误差不会对计算精度带来较大影响;该方法具有较好的计算稳定性。针对计算结果分布特点,设计计算方法,对数据中的较大误差点进行剔除,最后使用取均值的方法减小获得较大误差的风险,提高计算精度。计算结果表明,在4个参数的计算中,最大误差为3.32%,最小误差为0.1%,证明BP神经网络方法可以用于实现缺陷的定量识别计算。     

基于导热反问题的复合材料内壁不规则缺陷Ansys二次开发红外诊断识别

针对人工编程数值建模进行缺陷识别反问题求解存在编程复杂、分析效率低的局限性,提出了采用通用有限元数值计算软件Ansys结合共轭梯度算法进行二次开发对复合材料内壁不规则缺陷进行红外诊断定量识别的方法,并引入了相对敏感系数的概念用于比较评估试件检测状态对缺陷边界形状定量识别的影响。通过相对敏感系数分析发现,不同检测状态下内壁不规则缺陷的可检测性并不相同,采用检测面达到最大温差时刻点的瞬态检测比稳态检测更具优越性。数值试验验证了Ansys二次开发红外诊断识别的可行性和相对敏感系数比较评估的有效性。     

弧形表面缺陷的激光超声检测方法研究

利用激光超声技术，研究生产中常见的弧形表面缺陷的无损检测方法。首先基于热弹机制建立弧形表面缺陷检测的有限元仿真模型，探究不同尺寸参数的缺陷对表面波反射回波及透射波的影响；然后采用经验模态分解法对带有缺陷信息的反射回波和透射波信号进行了分解，提取相应特征频率的信号进行叠加；最后根据超声特征参数的变化规律，建立了缺陷深度的预测模型。结果表明，利用透射波特征参数计算得到的缺陷深度与实际缺陷深度相比的最大误差仅为0.6%,因此提出的预测模型具有较高的精度，可用于弧形表面缺陷的现场检测。     

基于脉冲涡流热成像的下表面缺陷评估

针对目前金属材料在高频涡流的激励下,趋肤深度十分小,可视为表面加热,试件下表面缺陷难以被捕捉的现象,提出了基于脉冲涡流热成像纵向热传导的方法来对其下表面缺陷进行识别,同时根据曲线斜率变化来对下表面缺陷进行量化研究。针对铁磁性、非铁磁性材料,通过有限元仿真以及实验验证的方法进行研究。结果表明：当缺陷处横向宽度与剩余厚度之比大于2时,热传导的纵向传导效应会大于横向传导效应,在材料表面形成明显的温度差,从而实现下表面缺陷的检测,并根据温度响应曲线斜率的线性变化与非线性变化所对应的时间点来定量分析缺陷深度之间的关系。     

激光红外热成像铝合金表面裂纹检测表面处理的研究

通过搭建激光红外热成像检测平台,对已制备的铝合金光滑表面及表面处理后裂纹缺陷试样进行检测,对裂纹处的红外热图和温度数据进行分析,并且为了突出表面处理检测效果,用差动式检测方法对比在不同功率下表面处理前后温差变化。实验结果表明,随着功率的增大,裂纹缺陷表面处理前后的温差都存在温差增大的变化,但是表面处理后裂纹缺陷温差变化更加明显。相同功率条件下,裂纹缺陷表面处理后温差幅度远大于表面处理前的温差幅度。可见对激光红外热成像铝合金表面裂纹检测进行表面处理,明显提高其热吸收率,而且相较于表面处理前,经过表面处理后,所需更小的功率,就能取得更大温差,检测效果更好,可检测性更强。     

透射法的红外热波缺陷定量检测研究

脉冲红外热波检测是一种新兴的无损检测技术,通常采用反射型激励方式。针对反射法缺陷深度检测误差大的不足,系统分析了透射法的红外脉冲热波定量检测缺陷深度。通过分析材料在脉冲热激励下的一维热传导模型,探讨了缺陷深度的红外测量原理。利用表面温度一阶微分峰值时间法建立特征时间与缺陷深度的关系,实现对缺陷深度的定量检测。以PVC板人工楔形槽缺陷为例,采用透射法与反射法对比实验分析缺陷深度的测量误差。结果表明,反射法在对缺陷进行定量计算时需要选取参考区域,而透射法对数据的处理不依赖参考区域,避免参考区域所带来的误差。透射法直接加热缺陷面,响应时间短,通过求解缺陷处的特征时间计算缺陷深度,检测精度得到大幅度提高。     

锅炉炉墙耐火砖出现裂纹时的红外温度场分析

针对带有缺陷的炉膛试件的内部传热建立了三维物理和数学模型,运用有限体积法研究了 在不同方位进行缺陷检测时的表面温度分布及红外特征。计算分析表明,耐火砖在炉膛保温效果方面起到主要作用。 当耐火砖出现故障时,外表面温度出现异常,缺陷处的最高温度与正常工作时的温差随缺陷深度的增加近似呈指数关系。     

缺陷尺寸对红外热波技术缺陷深度测量的影响研究

缺陷深度测量是脉冲红外热波技术定量测量的一个重要应用,常用的几种测厚方法都是基于一维热传导模型。而实际测厚都是针对有限缺陷尺寸,因而三维热扩散会对深度测量产生一定影响。文中以表面阳极化处理后的铝和玻璃钢材料为例,采用脉冲红外热波技术作为实验方案。提取所获得的热图序列不同缺陷宽度位置处热波降温数据,利用这些数据近似模拟不同深度缺陷在相同缺陷尺寸时受到不同程度的三维热扩散影响。通过研究一维热传导理论模型分析了3种常用方法的测厚原理,并建立了测厚特征时间与缺陷深度平方线性关系。结果表明:缺陷尺寸对各线性关系的斜率和截距均有影响,且热扩散系数较小材料的斜率明显大于热扩散系数较大材料。     

船用输热管道及保温层的红外热像无损检测研究

针对红外热像仪检测船用保温层的内部和外部缺陷及管道漏泄进行了实验研究；研究了缺陷和漏泄的可检测性并对其影响因素进行了分析，并对某舰用锅炉系统的管道进行了实际的检测。结论为：保温层细微的外部缺陷都可以被检测到，而内部缺陷受距表面深度的影响较大，越深越不容易被检测；由于空气的导热系数和保温层的导热系数相差不大，一旦发现有内部缺陷应予以足够的重视；裸金属管道表面漏泄的检测主要是基于水和管道表面发射率的差异而不是温差。带有暖气管道保温层的管道的漏泄比较容易检测到。实际检测研究证明了红外热像仪应用于与船用输热管道漏泄及保温层缺陷检测的可行性。     

基于激光热成像的金属表面缺陷深度检测

为了突破传统方法对材料表面缺陷深度检测的局限性,提出了一种基于透射式激光热成像的无损检测技术。选用激光源作为激励源,对被测材料的缺陷表面进行加热,加热点选在材料表面缺陷正下方处,激光输出功率为50W,加热时间为1s。在加热过程中,材料背面的温度场由于热流在材料缺陷传导过程中的影响而产生温度差异,故使用红外热像仪对加热过程中材料背面的温度场变化进行记录,并使用无缺陷处A点作为参考点,有缺陷处B点作为考察点,通过分析A、B两点的温度变化情况来对表面缺陷的深度进行特征提取。经过实验验证可知,该方法可以在一定条件下对材料表面的缺陷深度进行检测,当A点温度一定时,B点温度与缺陷深度的最优拟合呈指数关系,随着缺陷深度的增长,背面B点温度也随之降低。研究结果为后续的缺陷深度精准量化奠定了基础。