基于脉冲红外热像法的缺陷尺寸测量及有限元模拟分析

【摘要】红外热波无损检测技术是近年来发展较快的非接触式无损检测技术,在航空航天、机械制造方而都有广泛的应用。红外热波无损检测根据被检物的材料特性和缺陷类型等采用不同的激励源对物体表面进行加热,热量在被检测物内部传递,由于缺陷的存在导致缺陷区域与无缺陷区域对应的表面产生温差,利用热像仪记录下来物体表面温度场随时间的变化。通过红外辐射学和材料学的知识建立热激励源与材料的联系,可以得到被检物表面和内部的各种缺陷信息和边界条件影响下的热传导规律,建立被检测物表面温度场分布与缺陷之间的内在联系,利用捕捉到的材料表面温度场变化和分布情况来分析被检物表面下的缺陷深度、形状和大小等各种信息,以此来实现材料缺陷大小和深度的定量计算。实验中有很多限制条件,如环境等的影响,这些不能解决的因素可以借助数值模拟来实现,建立热传导的模型,模拟红外无损检测的检测过程,提取模型的内部温度变化信息,得到理想条件下的缺陷尺寸。ANSYS软件是目前比较流行的大型有限元分析软件之一,可以分析解决多学科问题,如：结构、力学、热学、流体、电磁场以及任意两种或两种以上物理场之间的耦合问题。本课题中主要用到的热分析模块可以分析实验中各种热力学问题。红外热波无损检测中,表面下缺陷的定量计算和研究,利用ANSYS有限元软件对被检物做模拟检测,提取模型的表面温度云图结果进行计算同样可得到模型的内部信息,将此作为实际检测的参考依据,为实际检测的优化提供依据。本论文简要介绍了红外热波技术的基本理论,ANSYS有限元软件基本原理和热分析模块的功能与应用。分别对铝平底洞、不锈钢平底洞、玻璃钢平底洞三种不同材料试件的缺陷进行检测,并以半高宽法为判据分别进行三种试件缺陷尺寸的计算,讨论找出缺陷半高宽误差随时间变化的规律。ANSYS有限元软件突破实验中不能达到的限制,特别是对实验中不能检测到的信息起到了辅助的作用。利用ANSYS软件分别对上述三种传热速度相差较大的试件进行红外热波无损检测过程的模拟,同样地将模拟数据采用半高宽法进行缺陷尺寸的计算,与红外热波实验结果进行对比,结果表明ANSYS有限元软件可以对红外热波无损检测缺陷进行定量测量,并且在一定意义上可以为实验结果进行补充和解释,为脉冲红外热像检测提供了参考。
【作者】黄新萍；
【导师】陶宁；
【作者基本信息】首都师范大学，光学工程，2014，硕士
【关键词】脉冲红外热像；ANSYS有限元模拟；缺陷尺寸测量；

【参考文献】
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