含双圆柱亚表面缺陷板条材料的表面温度分布

基于非傅里叶热传导方程,采用复变函数法和镜像法,研究了含双圆柱亚表面缺陷板条材料热波散射的温度场,并给出了热波散射温度场的解析解。分析了入射波波数、热扩散长度、缺陷的埋藏深度以及板条材料的厚度等对板条表面温度分布的影响。温度波由调制光束在材料表面激发,缺陷表面的边界条件为绝热。该分析方法和数值结果可为工程材料结构的传热分析、热波成像和材料内部缺陷评估,以及热物理反问题研究提供参考。     

功能梯度材料中异质圆柱夹杂的热波散射问题

基于非Fourier热传导方程,应用镜像方法考虑材料表面对热波的反射作用,采用波函数展开法研究了半无限功能梯度材料中亚表面异质圆柱夹杂的热波散射问题。给出了功能梯度材料中温度分布的一般解。分析了亚表面异质圆柱的几何参数(如夹杂大小、埋藏深度)和热物理参数(如导热系数、非均匀参数等)对功能梯度材料外表面温度的影响。热波可以通过谐和的调制激光加热在材料表面激发。本文可望为功能梯度材料的红外热波无损检测、热物理反问题的研究提供分析计算方法和参考数据。     

亚表面异质缺陷对功能梯度材料表面温度场的影响

基于双曲型热传导方程,采用镜像法和波函数展开法,求解了含亚表面异质圆柱缺陷的半无限功能梯度材料的表面温度场,给出了功能梯度材料中热波散射的一般解.分析了亚表面异质圆柱缺陷的几何参数(如埋藏深度)和热物理参数(如导热系数、热扩散长度、热扩散率及热弛豫时间等)对功能梯度材料表面温度场的影响.温度波由调制的超短脉冲激光在功能梯度材料表面激发,异质圆柱缺陷表面的边界条件为导热边界.研究结果可望为功能梯度材料的红外热波无损检测、导热反问题提供计算方法和参考数据.     

半无限体内双圆柱亚表面热波散射问题的研究

本文基于非傅里叶导热定律,采用波函数展开法,研究了含双圆柱缺陷非透明半无限体中热传播问题,给出了基于热传导波动模型的热波散射问题的一般解．温度波由调制光束在材料表面激发,缺陷表面的边界条件为绝热,分析了各物理参数对温度分布的影响,特别是热波波长对温度变化的影响,并给出了温度变化的数值结果。     

亚表面圆柱体对热波的多重散射问题

极端条件下的传热问题是工程热物理研究中的重要课题。基于非傅里叶热传导定律,采用波函数展开法,研究了含圆柱缺陷非透明体中热波散射问题。基于热传导波动模型给出了物体中热波多重散射问题的一般解。温度波由调制光束在材料表面激发,缺陷表面的边界条件为绝热。具体分析了几何参量、各物理参量对温度分布的影响,特别分析了热波波长对温度变化的作用,并给出了温度变化的数值结果。研究结果可望为红外辐射技术、热波成像等问题的分析提供理论基础和参考数据。在检测金属材料缺陷空间分布的激光热波探测系统中应用。     

热损伤奥克托金(HMX) 缺陷的X射线小角散射研究

奥克托金(HMX) 在温度作用下, 会发生热膨胀、 相转变、 热分解等物理、 化学变化, 导致在材料内部产生大量缺陷, 进而会对其宏观性能造成明显影响. 为了深入了解热损伤HMX内部的缺陷演化, 本文采用X射线小角散射和原子力显微技术研究了热损伤HMX的内部缺陷. 结果发现HMX在180 °C相变过程中散射曲线有明显的变化, 颗粒内部生成了大量10nm左右的孔洞, 随着加载时间延长, 其尺寸增大到25nm, 数量明显降低. 当HMX在190 °C、 200 °C保温5h时, 由于HMX热分解内部有新缺陷生成, 小角散射发现其尺寸约为5至8nm, 随着加载温度升高, 其数量增加.     

孔洞缺陷对二维石墨烯/氮化硼横向异质结热传导的调控

本文采用孔洞缺陷来实现对二维石墨烯/氮化硼横向异质结热导率的调控.平衡态分子动力学(EMD)计算结果表明,界面孔洞的引入会降低二维石墨烯/氮化硼横向异质结的热导率.相较于有序的孔洞分布,无序的孔洞分布能够更有效地降低异质结的热导率,这一现象可通过声子安德森局域化来解释.孔洞缺陷的存在导致声子的频率和波失发生变化,从而使声子散射变得更加频繁,孔洞随机分布时,则导致声子波在材料中发生多次反射和散射,最终形成局域振动模式.本研究揭示了孔洞缺陷降低二维石墨烯/氮化硼横向异质结热导率的物理机制,对二维热电材料的结构设计有一定的指导意义.     

红外窗口辐射导热耦合换热研究

针对高速飞行器典型红外窗口材料及气动加热外部热环境特点,建立红外窗口辐射导热耦合换热模型,采用光线跟踪法及有限差分法研究了红外窗口内部温度分布。考察了材料的物性、热边界条件等因素对温度分布的影响。研究结果表明,壁面对流换热系数、光谱吸收系数对红外窗口内部温度分布影响很大。     

三维非等温多孔层的红外测温误差分析

以太阳能多孔吸热器等热利用系统为研究背景,针对多孔层表面的红外测温问题,基于反向蒙特卡罗法建立了三维非等温各向异性散射多孔层的红外测温模型,讨论了散射类型、多孔层厚度、基材发射率、孔隙率、孔径等物理性质和结构参数对红外测温误差的影响,提出了一种多孔层表面温度的反向计算方法。结果表明,将红外温度的实验测量值视作多孔表面温度会导致一定误差;后向散射可削弱高温背景辐射,从而减小探测温度较高时的误差,但增大了探测温度较低时的误差;高孔隙率(大于0.93)会造成测温误差迅速增大;测温误差小于2%时的参数范围如下:多孔层厚度为14~27mm,基材发射率为0.33~0.81,孔隙率为0.86~0.93,孔径为1.5~2.8mm。     

红外热像法研究空心砖墙表面温度

建筑墙体的室内表面温度直接反映墙体的保温隔热性能,并且作为室内平均辐射温度的主要组成部分对室内热环境有重要影响。针对建筑工程中大量使用的空心砖墙体具有表面温度不均匀的特点,采用ThermaCAM P20型红外热像仪和ThermaCAM Reporter分析软件,研究应用红外热像法测量空心砖墙体的表面温度,分析空心砖墙体的温度特征以及空心砖、 砌筑砂浆、 配砖等组成材料对表面温度分布的影响。在高层住宅建筑工程现场,选择三层住宅的填充外墙位置,使用不同的烧结页岩空心砖、 砌筑砂浆和配砖砌筑成三种空心砖墙体进行传热实验。通过采集三种烧结页岩空心砖墙体在冬季室内采暖条件下的内表面温度红外热像图,对比分析了两种空心砖和两种砂浆砌筑的墙体表面温度特性数据以及温度均匀性和温度频率分布。结果表明：提高空心砖和砌筑砂浆的保温性,能够有效提高墙体内表面温度,改善室内热环境;由保温砂浆代替水泥砂浆砌筑的节能型烧结页岩空心砖墙体,表面温度的不均匀性从0.6 ℃下降为0.4 ℃,并使表面温度频率分布发生变化,从非对称分布变为正态分布;随着表面温度均匀性的提高,平均温度所占的频率增大。本研究为空心砖墙体热功能的提高和优化提供了依据。     

Compton散射下的强激光等离子体冲击波对固体的热烧蚀效应

应用多光子非线性Compton散射理论,研究了Compton散射下的强激光等离子体冲击波对固体的热烧蚀效应,给出了冲击波功率密度与靶材熔化温度及沸腾温度与加热时间的表达式,得到了冲击波照射靶材烧蚀孔的最佳实验条件。结果表明：固体的生热率提高,温度分布发生变化,作用点达到熔化和沸腾温度所需时间和功率比无散射时小。当冲击波能量为250J,到靶面的距离为70~80mm时,对靶材烧蚀孔的效果较好。当时间为1.2~3.6ms,到靶面的距离为28~80mm时,烧蚀效果较好;当能量密度为400~2800J•cm-2时,烧蚀深度成较差的线性增加,功率密度与烧蚀斑尺寸近乎成反比。     

Visualization of surface elastic waves on structural materials

A technique developed by Adler, Korpel, and Desmares for the visualization of surface elastic waves has been applied to the problem of inspecting structural materials. The technique produces a stationary display of the crests and troughs of a travelling surface wave, much as would occur under stroboscopic illumination. Changes in the local elastic properties on or near the surface are indicated by scattering and distortion of the wavefronts. Photographs are presented illustrating the use of the technique both in locating defects and in studying the intrinsic properties of materials. The examples include thickness variations and holes in sheets and plates, cracks in surfaces, and metallurgical variations in nominally defect-free material.     

Influence of stacking sequence on scattering characteristics of the fundamental anti-symmetric Lamb wave at through holes in composite laminates

This paper investigates the scattering characteristics of the fundamental anti-symmetric (A(0)) Lamb wave at through holes in composite laminates. Three-dimensional (3D) finite element (FE) simulations and experimental measurements are used to study the physical phenomenon. Unidirectional, bidirectional, and quasi-isotropic composite laminates are considered in the study. The influence of different hole diameter to wavelength aspect ratios and different stacking sequences on wave scattering characteristics are investigated. The results show that amplitudes and directivity distribution of the scattered Lamb wave depend on these parameters. In the case of quasi-isotropic composite laminates, the scattering directivity patterns are dominated by the fiber orientation of the outer layers and are quite different for composite laminates with the same number of laminae but different stacking sequence. The study provides improved physical insight into the scattering phenomena at through holes in composite laminates, which is essential to develop, validate, and optimize guided wave damage detection and characterization techniques.     

表面划痕中残余抛光颗粒对材料热损伤特性的影响

建立了高功率激光辐照下光学表面存在划痕且残存抛光颗粒时的热损伤分析模型,对这种复杂缺陷条件下的光学材料热损伤性能进行了研究。利用有限差分法计算了不同尺度抛光颗粒处于划痕中不同位置时光学材料表面的光场调制和温度场的分布。根据表面温度分布,得到了对应条件下光学材料的热损伤阈值变化规律。结果表明:除了抛光颗粒半径对材料损伤阈值存在影响外,当抛光颗粒位于划痕宽度方向不同位置时,材料的热损伤阈值也会有比较明显的变化;当位于划痕中心时,抛光颗粒对材料光场调制最强,更容易造成材料的熔化损伤。     

红外热波无损检测中材料表面下缺陷类型识别的有限元模拟及分析

鉴于红外热波无损检测中被检测物的形状、尺寸、材料和缺陷类型的不同，为给红外热波无损检测提供前期实验结果的预演，利用大型有限元分析软件ANSYS选择3种热特性差异较大的均匀材料，设计了三维模型。利用软件的前处理器和通用后处理器，绘出不同时刻模型表面的温度场分布，以此确定温度分布材料缺陷的类型。通过对模拟数据进行分析，绘出不同缺陷的温度变化曲线。根据曲线斜率的不同，可定性确定缺陷的类型。模拟结果说明：大型有限元分析软件ANSYS可用于红外热波无损检测实验过程的模拟,模拟结果与实验结果相符。该方法可用于其他不同缺陷类型的模拟及定量识别。     

NDT capability of digital shearography for different materials

In this paper, the capabilities of shearography for detecting hole and crack type defects in polymeric and metallic materials using thermal loading were investigated. In order to improve the ability of the identifying defect, the fringe multiplication technique was applied to some suspectable shearography fringe patterns. Based on the test results empirical rules for inspection plates of different material with specific thicknesses were established. For aluminium plates with thicknesses of 3 mm, minimum diameter of a surface breaking hole which is detectable is approximately equal to 2.5–3.0 times the depth of the defect, and for polymer plates with a thickness of 10 mm, the minimum detectable diameter is 0.8–1.3 times of the depth. For polymeric materials results from the increasing temperature period are approximately the same as those from the decreasing temperature period. When the orientation of the image shearing is not perpendicular to the longitudinal direction of the crack type defects, the sensitivity for defect detection is relatively higher than with perpendicular image shearing.