基于熱波理論的紅外熱成像缺陷量化研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)械設(shè)備或者構(gòu)件的質(zhì)量安全成為人們?nèi)找骊P(guān)注的問題。紅外熱成像無損檢測技術(shù)，對于設(shè)備的安全運(yùn)行，產(chǎn)品質(zhì)量控制以及確保裝備處于安全可靠狀態(tài)起到了不可或缺的作用。然而，目前對于亞表面缺陷的檢測多為定性評估，定量化程度不高，理論研究主要集中在平板結(jié)構(gòu)的規(guī)則缺陷上，定量的分析缺陷深度和表面溫度分布的表征關(guān)系。對于不規(guī)則缺陷、復(fù)雜材料或者構(gòu)件仍舊缺乏相關(guān)的理論研究。因此，本文主要研究熱波與有缺陷試件相互作用的機(jī)理，并通過仿真

2、和實(shí)驗(yàn)對缺陷的形狀進(jìn)行重構(gòu)。
　　本文采用基于熱波理論的紅外熱成像無損檢測方法對亞表面缺陷進(jìn)行量化分析。通過理論推導(dǎo)、仿真分析以及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證對缺陷形狀重構(gòu)方法進(jìn)行研究。重點(diǎn)闡述了采用相位差表征缺陷深度，根據(jù)反演的深度信息對缺陷的形狀進(jìn)行重構(gòu)，通過仿真和實(shí)驗(yàn)表明該方法可以達(dá)到重構(gòu)缺陷形狀的目的。本文研究內(nèi)容主要分為以下幾個(gè)方面：
　?。?）分析紅外熱波無損檢測系統(tǒng)的基本原理，探討缺陷的幾何特征對于熱波在試件內(nèi)部傳播、反射以及散射

3、的影響，即在試件表面施加熱激勵(lì)后產(chǎn)生的瞬態(tài)熱波與被測試件內(nèi)部結(jié)構(gòu)和界面相互作用的機(jī)理及作用后的表征問題。
　　（2）根據(jù)傳熱學(xué)的相關(guān)理論，建立溫度場分布的二維熱傳導(dǎo)數(shù)學(xué)模型。采用COMSOL多物理場仿真軟件對二維模型試件中預(yù)制的三角形、矩形、階梯形缺陷分別施加正弦激勵(lì)和脈沖激勵(lì)進(jìn)行仿真研究，通過相位差與缺陷深度的關(guān)系，反演出缺陷的深度信息，然后結(jié)合在不同加熱位置的相位差分布圖和采用包絡(luò)線的方式重構(gòu)出的缺陷輪廓對缺陷形狀進(jìn)行判定。同

4、時(shí)分析了缺陷的體積-深度比在檢測過程中對相位差的影響。
　?。?）根據(jù)搭建的脈沖渦流紅外熱波無損檢測系統(tǒng)，對內(nèi)部含有三角形、矩形、階梯形缺陷的鋁平板試件進(jìn)行檢測。對熱源位置像素點(diǎn)的溫度-時(shí)間熱響應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波和多項(xiàng)式擬合處理消除高頻噪聲的干擾后，通過傅里葉變換將時(shí)域信號(hào)變換到頻域。用低頻段的相位差作為判定缺陷深度的特征量，反演出熱源位置處對應(yīng)的深度信息，采用包絡(luò)線重構(gòu)出缺陷形狀。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可以看出本文提出的方法能夠達(dá)到重構(gòu)缺陷形