超声红外热像技术及其在无损检测中的应用

在超声技术和红外热像技术的基础上，建立了混合型的超声红外热像系统，并利用超声红外热像技术检测材料(试样)的缺陷(裂纹)和残余应力等不均匀结构．当超声波脉冲发射到样品中时，声能在样品中衰减而转化为热能，样品内部及表面的温度会升高．一般情况下，在缺陷或不均匀的区域声衰减更显，引起的温度变化更大，而温度的差别可以用红外热像仪来观察和记录．因此可以很灵敏和迅速地对缺陷或结构和应力不均匀的区域进行检测．     

超声红外热像检测中缺陷发热的瞬态温度场的有限元分析

在超声红外热像技术中，高能量的超声波能使各种材料中的缺陷发热，通过红外热像仪监视样品的温度变化，可以观察到缺陷区在超声激发过程中温度异常升高，从而实现对样品的检测．利用有限元数值计算方法，对脉冲超声波在缺陷(裂纹)处激发的热源引起的瞬态温度场进行分析，计算结果与实验结果很好吻合，从而证明了超声波在缺陷处导致发热是一个平稳的物理过程，且超声红外热像技术对样品的检测是一个无损检测过程．还对材料热学参数与超声激发过程中缺陷中心温度的关系进行了数值分析，为利用红外热像研究材料的各种性质提供了参考依据．     

基于超声热波方法的铝合金应力腐蚀裂纹检测与识别

针对飞行器结构中应力腐蚀裂纹的快速高效检测需求,采用超声红外热波方法进行了检测试验研究。在改进WOL铝合金材料应力腐蚀裂纹试件上,改变超声激励位置在裂纹尖端延伸方向并沿裂纹接触面的切线方向上、在裂纹尖端延伸方向并垂直于裂纹接触面上以及在试件开口延伸方向并垂直于裂纹接触面上,获得了不同激励位置下试件的表面温度场分布,通过提取裂纹方向上的线温,实现了对裂纹的定量识别。结果表明:超声红外热波技术能够快速准确地检测到铝合金应力腐蚀裂纹,将超声波激励源布置在裂纹尖端延伸方向并垂直于裂纹接触面上时,能够更好地激发裂纹缺陷。     

碳纤维混凝土复合材料缺陷的红外热像检测

利用碳纤维混凝土的良好导电性,首先通过对存在缺陷的复合材料——碳纤维混凝土试件施加较低的电压,使其产生焦耳热效应,在表面产生温差,再利用红外热像方法对其缺陷进行了无损检测,并根据数据进行了理论分析。实验结果表明:对电阻不同、裂纹缺陷深度相同的材料,小电阻材料所得的红外热像明显,温差大于大电阻材料且变化趋势比大电阻的明显;对电阻相同的大电阻材料,裂纹深度对温差有影响,但变化趋势不如电阻对温差的影响明显。实验结果为进一步研究红外检测复合材料缺陷提供了理论与实验依据。     

含曲率结构裂纹的超声红外热波检测数值仿真

针对含曲率结构中裂纹缺陷的检测,采用数值仿真方法研究了超声红外热波技术的可行性。建立不同曲率含有裂纹缺陷复合材料构件的有限元模型,在超声波的激励作用下,获得了构件表面温度分布图,实现了对裂纹缺陷的检测,并对比分析了构件的曲率对检测结果的影响。结果表明:超声热波方法可以应用于含曲率结构的裂纹缺陷检测,并且结构的曲率越大,检测结果越好。     

红外热像技术在无损检测中的应用研究进展

介绍了红外热像技术的工作原理及特点,对红外热像技术在材料内部缺陷检测、材料传热参数的检 测、结构内部损伤检测、建筑节能监测、建筑物饰面层粘贴质量的检测、建筑物渗漏检测中的研究进展作了 进行了分析和总结,展望了红外热像技术在无损检测中的应用前景．     

基于形态学方法的工件表面缺陷红外热像检测技术

提出一种基于形态学理论的红外热像分割方法,用于工件表面缺陷的自动检测。首先在含缺陷钢制试件红外热成像检测试验的基础上,对工件的红外热像进行灰度化、高斯高通滤波、对数变换和二值化等方法相结合的增强处理;然后采用形态学方法,基于缺陷的空间连续性和缺陷与噪声的尺寸差别,设定连通分量所含像素数的阈值,最终实现红外热像的有效分割。结果表明,新的红外热像处理方法可以实现缺陷位置和形状的精确检测,可作为含缺陷部件的红外检测和自动识别手段。     

超声红外热波检测多模式激励的数值仿真

针对超声红外热波检测中出现的驻波问题,提出了多模式激励方式消除驻波影响的方法.建立了含裂纹缺陷的复合材料构件有限元模型,并采用双源激励超声热波检测方法进行了检测仿真分析.结果表明:多模式激励方法能够使构件的响应波形中产生更为丰富的次谐波和高次谐波,可有效消除驻波的影响,提高超声热波技术的检测能力,并且可以避免对材料造成二次损伤.     

超声激励下超声刀微裂纹发热的有限元分析

超声手术刀具的疲劳问题突出。采用有限元法,对工作中的超声钛合金手术刀具表面的微裂纹进行动力学仿真,分析了缺陷处的动接触和发热问题。基于罚函数和界面本构摩擦模型,以平衡主控-从属接触算法和整体-局部接触搜索法为超声手术刀具建立瞬态动力学有限元模型。仿真结果定量地计算了裂纹附近瞬态温度场的分布,分析了裂纹两个面的相对动接触行为,解释了超声在裂纹处进行选择性加热的机理。     

3D打印铝合金力学性能的非线性超声检测

为了研究非线性超声检测技术评估材料抗拉强度的可行性,对不同成型角度下的3D打印铝合金材料进行非线性超声检测和力学拉伸试验。结果表明材料的抗拉强度、微观缺陷比率和超声非线性系数三者之间有很强的相关性。随着材料微观缺陷比率增大,超声非线性系数也随之增大,而抗拉强度呈现变小的趋势,因此超声非线性系数可以评价材料的强度。此外,对不同成型角度下的3D打印铝合金试件进行疲劳试验,发现疲劳加载后试件的超声非线性系数随着微裂纹萌生而增大。因此,非线性超声检测技术可用于3D打印铝合金材料力学性能的评估和微裂纹的检测。