复合材料脱粘缺陷的红外热像无损检测

以固体火箭发动机中的玻璃纤维复合材料壳体/绝热层试件的脱粘缺陷为研究对象,利用脉冲闪光灯热激励方式对试件进行加热,用红外热像仪实时监测试件的表面温度场,由表面温度差异来判定试件内部缺陷,然后通过对热像图进行图像增强处理和分割以定量识别缺陷。将实验结果与超声C扫描检测结果进行的对比分析表明:红外热像无损检测方法能够快速直观地发现深度5 mm以内、直径10 mm以上的脱粘缺陷,而超声C扫描检测更适合于对特定缺陷进行准确定量检测。     

玻璃纤维蜂窝复合材料的太赫兹无损检测技术(英文)

采用双高斯脉冲反卷积滤波技术对太赫兹时域波形进行滤波优化,提出一种基于太赫兹时域光谱无损检测的太赫兹反射式层析成像技术,用于分析玻璃纤维蜂窝复合材料的粘接质量.结合玻璃纤维蜂窝复合材料结构的特点,分别在蜂窝上层胶膜和下层胶膜中设计了不同直径的圆形和梯形脱粘缺陷,在此基础上,完成了脱粘缺陷蜂窝结构样品的制作.提出的太赫兹反射式层析成像和B-scan成像方法,适用于玻璃纤维蜂窝复合材料的脱粘缺陷分析.针对反射式层析成像图像对比度差的问题,结合脱粘缺陷处的太赫兹时域波形数据特征,采用缺陷特征时间区域成像优化技术,提高了脱粘缺陷的检测能力和识别准确率,实现了玻璃纤维蜂窝材料的上层脱粘厚度50μm、下层脱粘厚度50μm缺陷的太赫兹无损检测.     

碳纤维复合材料内部缺陷深度的定量红外检测

利用脉冲红外热成像技术对碳纤维复合材料试件内部的模拟脱黏缺陷的深度进行测量, 研究在被测物热属性参数未知情况下,碳纤维增强塑料中缺陷深度的测量方法. 分析了平板材料在脉冲热源激励下的一维热传导模型;给出了内部缺陷深度的红外测量原理; 选用对数温度二阶微分峰值时刻作为特征时间测量缺陷深度; 考虑单点标定测量深度可能产生较大的随机误差,提出利用最小二乘法多项式拟合建立阶梯件中阶梯深度与其对应的对数温度时间二阶微分曲线峰值时间两者之间的标定关系式的方法, 选择在相对误差平方和最小情形下的拟合关系式作为脱黏缺陷深度测量的标定关系式. 实验结果表明,利用该方法测量脱黏缺陷深度的精度优于单点法标定测量结果, 实现了在被检测材料热属性参数未知的情况下仍能较准确地测量脱黏缺陷深度.     

二维不规则形状发热型缺陷的红外识别算法

对带有自身发热型缺陷的试件建立二维传热模型,利用有限元法进行求解,研究试件表面的温度分布规律,并根据共轭梯度法提出根据试件外表面红外测温,定量识别发热型内部缺陷边界轮廓的方法.数值实验证明了算法的有效性.对所研究缺陷类型,导热系数较小的试件识别精度较高;温度测量误差、测温点数目及缺陷轮廓初值假设对识别结果的影响可以忽略;检测表面最大温差越大,识别精度越高.     

超声红外热像技术及其在无损评价中的应用

本介绍在光热红外检测的基础上发展的超声红外热像技术。该技术利用超声脉冲作为激发源，当超声脉冲在试样上传播的过程中遇到裂纹等缺陷时，缺陷引起超声附加衰减而局部升温。利用红外照相机获取试样表面的温度分布，可显示裂纹等缺陷。超声红外热像技术发挥了超声和红外技术的优点，可实时地检测裂纹等缺陷，在无损评价和检测中有广泛应用。     

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。     

基于超声红外技术对金属管内壁缺陷的检测

为提高管道的运送效率,及时检测排除管道内壁的缺陷非常重要。提出利用超声红外无损检测方法对管道内部进行检测。超声主动热激励试件,高频红外热像仪记录试件表面温度变化,结合了超声摩擦生热和红外热成像的优点。对壁厚约为3.3mm检测难度较大的金属管内壁缺陷进行了检测。通过对采集数据和热图的处理分析,准确快速地确定缺陷所在的位置。实物对比分析表明：超声热激励红外无损检测技术可以对金属管道内壁缺陷进行准确检测定位。     

红外无损检测在面向等离子体部件检测的应用

建立了主动式内热源激励的红外无损检测平台,并进行了不同缺陷大小的EAST W/Cu 面向等离子体部件(PFC)的无损检测实验(NDT),得到试件表面的红外热图。通过最大温差值融合法消除由试件表面发射率不均匀引起的温度误差,通过快速离散傅里叶变换法提高了图像的信噪比,实现了对W/Cu 面向等离子体部件缺陷的分辨。通过数值模拟的手段对可能影响该检测技术的关键因素进行了定量分析。     

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建立了主动式内热源激励的红外无损检测平台,并进行了不同缺陷大小的EAST W/Cu面向等离子体部件(PFC)的无损检测实验(NDT),得到试件表面的红外热图。通过最大温差值融合法消除由试件表面发射率不均匀引起的温度误差,通过快速离散傅里叶变换法提高了图像的信噪比,实现了对W/Cu面向等离子体部件缺陷的分辨。通过数值模拟的手段对可能影响该检测技术的关键因素进行了定量分析。     

振动激励条件下复合材料损伤生热的研究

为实现对复合材料表面及浅表面损伤的快速检测,采用振动热成像技术,对复合材料在疲劳、冲击等不同作用下产生的损伤进行了检测研究。分析了瞬时性和周期性两种内生热源形式下平板构件的表面温度场分布。基于有限元法计算了表面裂纹、浅表面分层及内部脱粘等不同类型损伤在振动激励条件下的生热情况。在设计制作复合材料疲劳裂纹试件和冲击损伤试件的基础上,利用超声波发生器和红外热像仪开展了试验研究。结果表明:振动热成像技术能够快速准确地检测到复合材料表面及浅表面的紧贴型损伤;通过红外序列图中热斑形状可判断损伤的类型。     

热核聚变实验堆中超导母线绝缘层的红外热波检测

本项研究的目的在于探索热核聚变实验堆中超导母线绝缘层的主动式 红外热波检测方法.文中用装有热水的薄膜袋对预埋脱黏缺陷的试件表面进行接触热激励; 给出了在面热源作用下长圆柱内一维瞬态导热的近似理论模型;通 过对理论模型的模拟和分析,发现对热波降温信号进行微分处理可有效提高缺陷和 非缺陷信号对比度;与闪光灯激励的结果进行比较,显示接触热激励的检测深度优于 闪光灯脉冲热激励.     

多层结构中脱粘缺陷的超声检测方法

固体火箭发动机多层装药结构中的脱粘类型、位置和尺寸决定了其对整体安全性能构成的威胁程度。该文研究了多层结构中脱粘缺陷的超声检测方法,通过对不同脱粘缺陷超声脉冲回波的特征分析与统计,实现缺陷的定性、定位和定量。首先,采集含有多类脱粘缺陷的粘接结构的超声脉冲回波信号,分析信号中主能量波包所代表的声程,提取五种声程的波峰时刻和幅值作为特征值,组建已知脱粘类型训练样本并输入至BP神经网络,实现特征值域到类别域的非线性映射,即脱粘类型分类;其次,采用阈值法确定缺陷的界面位置;最后,提出分段线性插值-相关性定量法将待检测缺陷的定量结果缩小到±2 mm以内。该文利用COMSOL有限元仿真和实验操作验证了多层粘接结构中脱粘缺陷的定性、定位和定量方法的可行性和可靠性。     

基于对数二阶微分极小峰值时间的测厚方法研究

本文提出了一种反射式脉冲红外热波技术中采用对数温度-对数时间二 阶微分极小峰值时间作为特征时间进行缺陷深度定量测量的方法. 首先, 介绍了反射式脉冲红外热波技术的基本原理, 在半无限厚平板解的基础上得到了对数温度-对数时间二阶微分极小峰值时间与缺陷深度平方的关系式. 其次, 利用不锈钢和铝材料制作平底洞试件并得到红外热图序列, 提取对数二阶微分极小峰值时间. 该特征时间与缺陷深度平方实验结果显示其具有很好线性关系, 该线性关系可用于实际缺陷深度定量测量, 并讨论了与应用广泛的对数二阶微分极大峰值法相比的优缺点. 关键词： 红外热波 定量测量 缺陷深度 极小峰值     

主动热激励式红外热成像管道缺陷深度检测

针对管道内壁缺陷深度检测的问题,建立了一种基于电涡流主动热激励的红外热成像管道缺陷深度检测方法。阐述了红外热成像管道缺陷深度检测的机理,针对埋地管道检测对热激励的特殊要求,设计了参数可调控的电涡流热激励实验装置,按照管道内壁形状制作了检测试件,通过基于电涡流的主动热激励实验,分析了谐振频率、提离高度、输入电功率这3个重要参数对热激励效率的影响,并得出它们的优化值。在此基础上,对预先设计带有不同深度缺陷的检测试件进行主动热激励,并获取其红外热图像,通过分析热图像数据发现,缺陷与非缺陷区域间灰度均值的差值随缺陷深度的变化而变化,一在定条件下二者呈单值对应关系,且具有较好的线性度。利用这一规律,通过实验数据拟合建立了槽形缺陷和圆形缺陷的深度检测模型,实验测试显示所建立的模型具有一定的检测精度。研究结果表明:在优化的电涡流主动热激励条件下,可以通过红外热图像计算出缺陷深度,所提出的基于电涡流主动热激励的红外热成像管道缺陷深度检测方法具有可行性。     

铝合金板疲劳微裂纹超声红外成像检测的数值及实验研究

超声红外成像检测技术是一种发展迅速的新型无损检测技术,可用于检测材料表面或近表面的缺陷,由于对缺陷具有选择性加热的特点,近年来备受检测行业的关注。该文在铝合金板中制作疲劳微裂纹,在板中激励声波,裂纹表面因振动摩擦生热,用红外摄像仪记录板表面温度分布。拍摄的红外图像序列经傅里叶变换后得到的幅值和相位图能清晰显示裂纹的特征,测量到的裂纹长度误差达到4.3%。用有限元模拟超声在板中裂纹处的生热过程,研究板中超声在裂纹处的励热机制。超声激励时间、裂纹表面间摩擦系数和裂纹开口宽度直接影响裂纹处的励热效果,最高温度通常位于裂纹尖端附近。模拟和实验结果均表明超声红外成像检测技术能对板中疲劳微裂纹实现快速检测,提供有效、可信的检测结果。     

基于涡流脉冲相位热成像的金属材料裂纹检测

涡流热成像可以对金属材料表面、近表面缺陷进行快速准确的检测。采用涡流热成像与脉冲相位分析相结合的方法,针对裂纹附近相位谱的分布规律及温度场对相位谱的影响关系问题,分别对带有上表面裂纹和下表面裂纹的45#钢料进行感应加热仿真和实验分析。结果表明,相位谱分布与温度大小无关,只与温度变化趋势有关,相位谱图对不均匀加热有很好的抑制作用,可以扩大裂纹的检测范围,当频率低于12.5 Hz时能够清晰地识别裂纹。结合实验验证了仿真结论的正确性,为下一步利用相位信息实现缺陷的定量检测提供参考。     

缺陷关联参数红外检测Levenberg-Marquardt改进识别算法研究

对Levenberg-Marquardt(LM)算法在缺陷参数估计修正过程中无法确保参数几何关联性的局限性进行改进,并保留原算法快速收敛的特性.以二维试件内部矩形缺陷红外检测为例,采用数值实验方法比较改进前后的LM算法,分析初始假设、红外测温误差对缺陷定量识别结果的影响.数值实验表明:改进后的LM算法参数修正过程中确保了关联性的一致性;不同初始假设对缺陷识别结果的影响不大;受红外测温误差的影响,各缺陷参数之间表现出不同的识别精度.     

太赫兹激励的红外热波检测技术

本文的目的在于探索一种新的适用于红外热波检测技术的热激励方式——太赫兹(THz)热激励. 文中介绍了THz波周期性热激励的热传导理论模型; 尝试利用返波振荡器(返波管backward wave oscillator, BWO)太赫兹源对一块碳纤维基底吸波涂层板进行周期性THz热激励, 红外热像仪连续观测和记录试件表面温场变化, Canny边缘算法处理热图像显示缺陷; 检测结果与闪光灯脉冲激励的结果进行比较, 讨论了太赫兹波激励红外热波检测技术可能的优势. 实现了THz技术与红外热波无损检测技术的结合.     

红外测温法研究Al-Mg合金中的Portevin-Le Chatelier效应

试件塑性变形过程伴随着机械能向热能的转化.利用红外测温法,通过分析红外热像仪采集的温度场图像,系统研究了Al-Mg合金中的Portevin-Le Chatelier （PLC）效应.在不同应变率下,实验得到了三类锯齿形应力-应变曲线,分析了相应情况下试件温度变化曲线的异同及其原因,探讨了三种类型PLC变形带的空间传播特性.研究发现,试件表面的温升随着应变率的增加而增加;PLC带的倾角转向发生在试件的两端或者带外的温度最高处. 关键词： Portevin-Le Chatelier效应 红外测温 Al-Mg合金     

太赫兹无损检测的多特征参数神经网络分析技术

提出一种基于太赫兹无损检测的多特征参数神经网络分析技术,用于分析耐高温复合材料的粘贴质量无损检测.采用抽片式方法设计了一种耐高温复合材料的脱粘缺陷样品,抽片厚度为0.1mm.采用太赫兹时域光谱无损检测技术对耐高温复合材料的多层脱粘缺陷进行了检测试验研究,对比了上下脱粘缺陷所对应的太赫兹时域波形及频谱信息的异同,针对性地建立了耐高温复合材料粘贴质量的上层脱粘参数、下层脱粘参数、频域吸收质心参数等多特征参数,将特征参数进行优化作为反向传播神经网络的输入并对其进行上下脱粘分类识别.通过对反向传播神经网络的训练测试,实现了耐高温复合材料上层脱粘0.1mm、下层脱粘0.1mm的脱粘缺陷的识别.