基于超声红外热波技术的再制造零件裂纹检测研究现状

再制造是制造的延续,再制造零件由涂覆层和已经服役过的基体组成,异质材料体系的添加以及二次服役使得再制造零件的安全面临巨大的挑战,辨识及表征再制造零件缺陷是再制造零件服役安全评价的重要难题。超声红外热波检测技术利用超声激励产生能量转化和热传导原理,通过采集材料表面和近表面的红外热图对缺陷结构进行反演表征,是热学无损检测技术中非常重要的研究方向。然而,由于涂层的存在,将红外热波技术用于再制造零件裂纹的评价表征也面临着新的理论难题。基于此,本文系统分析了再制造零件的特点,总结了超声红外热波的检测机理,详细综述了低频超声振动能量与裂纹缺陷耦合生热机制研究现状,其中,摩擦生热机制得到了较多的理论支持和试验验证。同时,概述了内部热异常信号向表面瞬态传导的规律。通过对多种超声红外热波的辨识理论的应用,可实现表面异常热波的辨识及准确表征的协同提升。最后,对表面裂纹、界面裂纹及基体裂纹检测的研究现状进行概述,并总结了超声红外热波技术在再制造零件缺陷检测方面的应用和亟待解决的问题。

界面贴合型缺陷的超声红外热波检测与识别

为了实现对复合材料内部界面贴合性缺陷的快速检测和识别,采用超声红外热波方法进行了检测研究。建立了一个含有表面微裂纹、边缘垂直裂纹、分层、脱粘等4种缺陷类型界面贴合型缺陷的复合材料有限元模型,进行了超声热波检测数值仿真。并分别制作了碳纤维增强复合材料分层损伤试件、玻璃纤维复合材料疲劳裂纹试件和T700/BA202环氧树脂基复合材料冲击损伤试件,开展了超声红外热波检测实验和缺陷识别研究。结果表明,超声热波方法适合于复合材料裂纹、分层、冲击损伤等界面贴合型缺陷的快速检测和识别,而对脱粘等非界面贴合型缺陷则无检测效果。微小裂纹(0.001 m)可以被检测出,对浅表面(0.001 m深)缺陷的识别精度达95%,且裂纹越长,裂纹面越大越容易被检出,对0.002 m长的裂纹的检测误差为13.88%,与超声C扫方法相比,超声热波方法对冲击损伤大小的识别误差为5.7%。

超声红外热波检测多模式激励的数值仿真

针对超声红外热波检测中出现的驻波问题,提出了多模式激励方式消除驻波影响的方法.建立了含裂纹缺陷的复合材料构件有限元模型,并采用双源激励超声热波检测方法进行了检测仿真分析.结果表明:多模式激励方法能够使构件的响应波形中产生更为丰富的次谐波和高次谐波,可有效消除驻波的影响,提高超声热波技术的检测能力,并且可以避免对材料造成二次损伤.

含曲率结构裂纹的超声红外热波检测数值仿真

针对含曲率结构中裂纹缺陷的检测,采用数值仿真方法研究了超声红外热波技术的可行性。建立不同曲率含有裂纹缺陷复合材料构件的有限元模型,在超声波的激励作用下,获得了构件表面温度分布图,实现了对裂纹缺陷的检测,并对比分析了构件的曲率对检测结果的影响。结果表明:超声热波方法可以应用于含曲率结构的裂纹缺陷检测,并且结构的曲率越大,检测结果越好。

超声红外热波技术的研究现状

超声红外热波技术是一种新型无损检测技术,对金属试件疲劳裂纹、复合材料冲击损伤等缺陷具有良好的检测效果。简述了超声红外热波检测技术的基本原理及特点,然后从试验研究、理论研究和缺陷识别等方面归纳了该技术的国内外研究现状,最后针对现有研究中存在的不足,指出了相应的对策与建议。

超声红外热波检测中的振动特性及声混沌分析

为了消除超声热波检测中的驻波现象对检测结果的不利影响,运用数值仿真方法研究了构件在超声激励下的振动特性和声混沌现象。首先,通过建立含裂纹损伤的复合材料构件的有限元模型,研究了不同激励频率条件下构件的驻波共振模态,发现构件在超声谐波激励下的响应仍是谐波,且响应频率与激励频率相同,容易产生驻波共振。然后,通过改进仿真模型,分析了声混沌对检测结果的影响,结果表明:在相同激励频率条件下,声混沌的产生能够消除驻波,更有助于提高复合材料构件损伤处的表面温差,并且随着激励频率的增加,声混沌现象出现的概率也增加。实际检测过程中,可据此改善检测条件提高检测能力。

基于超声红外热波成像的桥梁结构损伤识别方法

基于超声红外热波成像技术,对桥梁结构损伤识别方法开展研究。以配置桥梁全结构序列数据信息表为基础,构建超声红外热波成像数学模型;基于有限元修正计算,实现桥梁结构损伤识别。试验以实际运行中的某大跨度大桥为测试对象,分别选择两种现有方法与所研究方法进行对比,两组现有方法的识别结果与实际数据有出入,而所研究的方法可在0.1 s内完成对损伤次数的识别,且损伤长度的识别结果与实际数据一致,这种方法能提高识别的准确程度,具有良好的应用效果。

基于超声热波方法的铝合金应力腐蚀裂纹检测与识别

针对飞行器结构中应力腐蚀裂纹的快速高效检测需求,采用超声红外热波方法进行了检测试验研究。在改进WOL铝合金材料应力腐蚀裂纹试件上,改变超声激励位置在裂纹尖端延伸方向并沿裂纹接触面的切线方向上、在裂纹尖端延伸方向并垂直于裂纹接触面上以及在试件开口延伸方向并垂直于裂纹接触面上,获得了不同激励位置下试件的表面温度场分布,通过提取裂纹方向上的线温,实现了对裂纹的定量识别。结果表明:超声红外热波技术能够快速准确地检测到铝合金应力腐蚀裂纹,将超声波激励源布置在裂纹尖端延伸方向并垂直于裂纹接触面上时,能够更好地激发裂纹缺陷。

基于虚拟仪器的超声红外热图处理

为实现红外热图的自动快速处理和缺陷定量识别,以及提高超声红外热波技术对缺陷检测的效率,在深入研究超声红外热波检测机理的基础上,针对红外热图中存在低对比度、高噪声和高背景等问题,本文基于集成化思想构建了一套基于虚拟仪器的红外热图处理系统。实验结果表明,构建的该系统可以有效地实现热图的采集、保存及显示、热图增强和边缘检测,降低热图颗粒噪声,锁定损伤边缘轮廓,从而获得清晰的损伤热图,可为损伤的定量评估奠定基础。