金属板材缺陷的超声红外锁相热像检测仿真与试验研究

摘要

由于金属板材缺陷是导致构件破损、失效的主要原因之一,所以采用一种行之有效的无损检测技术解决此类问题就显得尤为重要。超声红外锁相热像检测法是在红外无损检测技术的基础上新兴的一种检测方法,它结合了声学、弹性力学、红外物理学和计算机技术的一门跨学科技术,该技术有望实现对金属板材缺陷快速、准确地检测。
　　本文参考了近年来相关学者在超声红外锁相热像检测法的研究现状,阐述了该检测法的检测原理,分析了超声波激励构件缺陷的选择加热特性。运用弹性理论的基本原理、接触动力学和传热学理论等对超声波激励金属板材接触界面类缺陷生热过程进行了理论分析,建立了超声波激励金属板材接触界面类缺陷生热的声-机-热能量耦合数学模型。
　　接着,利用有限元软件ANSYS,建立了幅值调制超声波激励金属板材表面裂纹缺陷生热的仿真模型,并根据相关算法,利用 MATLAB软件提取了仿真结果中的幅值与相位信息,实现了超声红外锁相热像法检测金属板材表面裂纹缺陷的仿真分析。利用上述仿真方法,获得了不同材料特性和调制超声波激励参数(加载位置、初始静压和调制频率)对检测结果的影响及规律。
　　最后,采用超声红外锁相热像检测系统,对预制带有表面裂纹缺陷的金属板材试件进行了试验研究,分析了实际检测中超声波激励参数(加载位置、初始静压和调制频率)对检测结果的影响及规律,并验证了超声波激励金属板材接触界面类缺陷生热的声-机-热能量耦合模型与仿真模型的正确性。进一步,对超声红外锁相热像法检测金属板材内部缺陷进行了仿真分析与试验验证。

目录

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题研究的目的及意义

1.2 超声红外锁相热像无损检测技术

1.3 超声红外锁相热像检测法研究现状

1.4 主要研究内容

第2章 超声波激励金属板材缺陷的选择性加热特性分析及数学模型建立

2.1 引言

2.2 超声红外锁相热像法检测原理

2.3 超声波激励金属板材缺陷生热的能量耦合过程分析

2.4 本章小结

第3章 超声红外锁相热像法检测金属板材表面裂纹缺陷的仿真分析

3.1 引言

3.2 对声-机-热能量耦合模型进行有限元仿真分析

3.3 提取有限元仿真结果中的幅值和相位信息

3.4 超声红外锁相热像法检测金属板材表面裂纹的仿真分析

3.5 本章小结

第4章 超声红外锁相热像法检测金属板材缺陷的试验研究

4.1 引言

4.2 试验条件

4.3 检测金属板材表面裂纹的试验研究

4.4 检测金属板材内部接触界面类缺陷的探索性研究

4.5 本章小结

结 论

参考文献

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致 谢