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脉冲红外无损检测缺陷深度的有限元模拟及定量分析

李美华  
【摘要】:红外热成像作为一种新型的无损检测方法,近几年得到了快速的发展。红外热成像技术针对材料特性、结构和缺陷类型及检测条件,设计不同特性的热源,并用计算机和专用软件控制热激励系统,对试件进行周期、脉冲等函数形式的加热,采用现代红外热像仪对时序热波信号进行捕捉和数据采集,利用软件和算法实现对实时图像信号的处理和分析。实际应用中通过建立热传导模型、分析物体表面温场变化来获取内部缺陷和损伤(如异物、孔隙、分层等异常结构)的热学参数,实现对缺陷大小和深度的定量测量。 ANSYS是融结构、热、流体、电磁和声学于一体的大型有限元分析软件,其中的热分析模块可分析各种热力学问题,将其与红外无损检测相结合,根据实际检测条件和参数在ANSYS中进行模拟分析,得到的模拟检测结果可作为实际检测的参考数据,根据这些参考数据调整实际检测方案,最大限度地缩短检测时间,优化检测过程。将模拟数据进行处理,采用不同的计算方法,可以得到缺陷的深度。 本文介绍了红外热波无损检测和ANSYS模拟的基本原理。推导了一维热传导模型下的热传导方程,得到缺陷深度与峰值时间的关系。采用对数温度对数时间二阶微分峰值(PSDT)法和绝对斜率峰值法(APST)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深度计算。利用ANSYS软件分别对上述三种试件进行红外热波无损检测的模拟,采用PSDT、APST两种方法对模拟数据进行缺陷深度的计算,验证ANSYS有限元软件可以对红外热波无损检测缺陷的定量测量进行模拟,并探讨缺陷尺寸对缺陷深度定量测量的影响。ANSYS有限元模拟软件可以突破实际检测中的条件限制,通过设置不同的实验参数,找到合适的检测方案,提高缺陷定量测量的精度。不仅为检测起到辅助作用,而且为后续缺陷深度的定量测量奠定基础。


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