涡流脉冲热像检测中金属疲劳裂纹的生热分析

涡流脉冲热像技术是一种将电磁生热和红外热成像相结合的新型无损检测技术。针对金属疲劳裂纹生热研究不深入的问题,本文以含有贯穿的疲劳裂纹金属平板试件为研究对象,搭建了涡流脉冲热像检测实验系统,并建立了涡流脉冲热像有限元模型,分析了涡流脉冲热像检测中裂纹生热的规律。研究结果表明:在红外热像中,同一时刻越靠近裂纹根部的位置,温升的最大值越大;在激励过程中,裂纹区域的温升逐渐升高,当激励结束时,裂纹区域的温升则具有逐渐下降趋势,并且呈现先迅速后缓慢的下降速度。进一步揭示了裂纹尺寸对裂纹区域温升的影响。     

超声红外热像技术中预紧力对金属平板振动特性的影响

在超声红外热像检测过程中,超声脉冲激励下被测对象的振动状态直接决定了缺陷区域的生热效果,而工具杆与被测对象之间的预紧力是影响被测对象振动状态的重要因素之一。试验结果表明:预紧力的增大使得振动能量呈上升趋势并伴随着小范围不稳定,同时被测对象的振动频谱由混沌振动开始,经历次谐波、准次谐波后达到超谐波振动状态。针对上述现象,采用显式动力学方法建立了与试验条件相对应的有限元模型,并进行了瞬态动力学分析。模型采用压电-力类比方法来模拟压电陶瓷的逆压电效应,同时引入了动态松弛来更准确模拟试验工况。仿真结果验证了试验观察到的现象,并进一步揭示了预紧力的增大将改变超声工具杆和被测平板之间的接触力状态,从而改变被测试件的振动能量分布和振动频谱。研究成果有助于实现通过预紧力来控制被测对象振动状态,进而达到优化超声红外热像检测的目的。     

涡流脉冲热像检测中疲劳裂纹的检出概率

在涡流脉冲热像检测中,检出概率是评价检测可靠性的最重要的指标之一。通常,检出概率是指在特定检测条件下特定尺寸的缺陷被检出的概率。首先,以含有不同尺寸疲劳裂纹的金属平板试件为研究对象,通过正交试验方案设计,完成了对不同检测条件下不同尺寸裂纹试件表面热响应信号的提取;然后,采用线性回归模型建立了裂纹区域的热响应信号与裂纹尺寸的定量化关系,并采用极大似然估计法给出了裂纹检出概率模型中的具体参数;最后,基于Wald方法求得了检出概率的置信区间,并绘制了检出概率曲线。研究成果可为涡流脉冲热像检测的可靠性评估提供量化依据。     

超声红外锁相热像中金属疲劳裂纹的生热特性

超声红外锁相热像技术是一种将调制激励和锁相技术应用于红外热像检测的新型无损检测技术。针对缺陷生热及传热研究中存在的摩擦生热过程难以有效模拟、缺陷内部生热机理不清等理论问题,采用电-力类比方法,建立了含疲劳裂纹金属平板与超声激励系统的有限元模型,研究了调制超声激励下裂纹区域和裂纹面的生热特点,结果表明:在调制超声激励下,裂纹区域生热呈现出周期性上升的特点,因预紧力的作用,靠近激励同侧的裂纹面区域生热更明显。基于仿真分析和Green函数,建立了裂纹摩擦生热的传热理论模型,进一步探究了裂纹区域温度分布规律;最后利用被测平板上下表面温度比值（P值）对热源深度进行了估计,证明了仿真结果与理论计算的一致性。研究成果将进一步丰富超声红外锁相热像技术的理论基础。     

超声红外热像技术中金属平板裂纹的生热特性

超声红外热像技术是一种新型无损检测技术,缺陷区域生热特性的研究有利于最优化检测方案的制定。实验分析表明:超声激励作用于含贯穿裂纹的金属平板时,与激励同侧的裂纹区域温度升高比异侧更明显,但裂纹面总体的生热效率稳定。针对上述实验现象,采用显式有限元方法建立了与实验系统对应的仿真模型,进行了机热耦合分析。在仿真模型中,采用压电-力类比方法模拟超声换能器的逆压电效应,并引入动态松弛模拟预紧力对被测平板初始状态的影响。仿真与实验结果得到了一致的裂纹区域温度分布和裂纹面生热规律,建立了裂纹面生热效率与裂纹面摩擦力及相对运动速度之间的联系,揭示了工具杆和被测平板之间的预紧力使裂纹面接触状态改变是裂纹生热向激励同侧偏移的直接原因。     

基于超声红外热像技术的装甲装备缺陷检测系统的设计与实现

针对装甲装备典型结构件缺陷检测效率低下等问题,设计开发了基于超声红外热像技术的装甲装备缺陷检测系统,在充分考虑便携性、精确性、扩展性基础上实现了激励控制、图像采集、图像处理、数据管理等功能。首先简要介绍了超声红外热像技术的基本原理和特点;然后着重阐述了该系统软硬件设计与开发的基本思想及该系统应用于装甲装备缺陷检测一般流程;最后以装甲板底板裂纹检测为例,验证了该系统在装甲装备缺陷检测中的适用性。     

超声红外热像技术仿真模拟的电-力类比激励方法

针对超声换能器与含裂纹平板试件的有限元建模过程中,使用位移激励代替超声换能器时,模型中因缺少接触碰撞过程而造成较大误差的问题,采用电-力类比的激励方法,建立了超声换能器与含裂纹平板的系统有限元模型,同时对比位移激励下含裂纹平板模型,系统深入地分析了不同激励下裂纹生热和平板振动的特性。仿真与试验结果不仅表明了换能器与含裂纹平板模型更加接近真实模型,而且验证了电-力类比激励方法的有效性和可行性。超声激励方式的探索将有助于建立更加接近实际的有限元模型,为裂纹生热机理分析提供理论支撑。     

涡流脉冲热像技术中传热学分析与数值模拟

涡流脉冲热像技术中,对含裂纹被测试件施加短时高频电流激励,裂纹面因涡流积聚会产生瞬时热量,进而由热传导引起试件表面温度分布的变化。为了分析裂纹传热特性,建立了涡流分布模型和简化传热模型,探索了试件表面温度分布的特点。制作了一系列含不同长度的贯穿疲劳裂纹金属试件,深入研究了裂纹区域热响应和裂纹长度之间的关系。数值模拟和实验结果表明:在特定的检测条件下,裂纹区域热响应与裂纹长度接近线性关系,满足正相关性,从而证明了简化传热模型的正确性。研究成果丰富了涡流脉冲热像技术的传热理论,为该技术的工程实践奠定了理论基础。     

涡流脉冲热像技术中检测条件的粒子群优化

涡流脉冲热像检测中的检测条件优化是最大化裂纹区域生热量以充分发挥检测系统性能的重要保证。针对检测条件选择人工依赖性强等问题,以含有特定尺寸疲劳裂纹的金属平板试件为研究对象,采用仿真和实验相结合的方法,分析了检测条件对裂纹热响应的影响特点,结果表明:裂纹热响应随着激励时间、激励强度的增加而增强;随着提离距离的增加呈现先增强后减弱的趋势。基于仿真与实验结果,提出了一种用于估算特定检测条件下裂纹热响应的多元非线性回归模型,确定了裂纹热响应与不同检测条件之间的定量化关系。最终引入粒子群优化算法进行了检测条件优化,给出了热响应分布图和检出概率分布图。研究成果为涡流脉冲热像检测中的检测条件优化提供理论指导。     

超声红外热波技术的研究现状

超声红外热波技术是一种新型无损检测技术,对金属试件疲劳裂纹、复合材料冲击损伤等缺陷具有良好的检测效果。简述了超声红外热波检测技术的基本原理及特点,然后从试验研究、理论研究和缺陷识别等方面归纳了该技术的国内外研究现状,最后针对现有研究中存在的不足,指出了相应的对策与建议。