光热辐射测量法重建不均匀介质热物理性质的深度轮廓

摘要

光热辐射技术(PTR)是一种测量材料热物理性质非常有效的无损检测方法。硬化样品的表层(硬化层)结构是一个不均匀层，其热物理性质参数从表面到未硬化的核心部分连续变化。为了重建不均匀硬化层的热性质深度轮廓，人们提出并证明了很多反演算法。然而在反演算法中，为了使数学算法成为可能，必须采用一维的理论模型，严重限制了该技术的发展。本文在理论上提出一种新的用光热辐射技术对连续不均匀材料热物理性质深度轮廓重建的方法。我们首次建立了一个符合热物理性质连续变化的不均匀材料性质的三维理论模型，得到了计算激光光热辐射场的理论递推公式。我们进而发展了一种数学拟合算法来重建热物理性质的深度轮廓，并用表面硬化的钢铁样品进行了实验验证。光热辐射实验的结果与传统的显微硬度测试法得到的硬度轮廓的比较证明了本文所提出的理论和算法的可行性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言

1.1课题意义

1.2研究背景

1.3本文的研究思路和主要内容

第二章基本原理

2.1红外辐射基本定律

2.1.1基尔霍夫(Kirchhoff)定律

2.1.2斯忒藩-玻尔兹曼(Stefan-Boltzman)定律

2.1.3谱朗克定律

2.1.4维恩位移定律

2.2光热辐射技术

2.2.1光热效应与光热辐射测量原理

2.2.2光热辐射测量的类型

第三章理论模型与公式推导及计算机模拟

3.1理论模型

3.2表面温度场振幅、相位公式推导

3.3表面温度场振幅、相位公式的计算机模拟

3.3.1多层模型层数对相位，振幅的影响

3.3.2与均匀介质一维理论进行比较

3.3.3与两层结构模型进行比较

第四章正向拟合算法与PTR实验验证

4.1正向拟合算法

4.2表面温度场振幅相位曲线特性

4.2.1入射光斑大小对温度场归一化振幅、相位曲线的影响

4.2.2硬化深度对温度场归一化振幅、相位曲线的影响

4.2.3曲线弯曲程度对温度场归一化振幅、相位曲线的影响

4.2.4表面热导率值对温度场归一化振幅、相位曲线的影响

4.2.5小结

4.3 PTR实验

4.3.1实验装置

4.3.2实验结果

4.4拟合结果分析

4.5小结

第五章总结与展望

参考文献

攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文

致谢

附录