金屬結(jié)構(gòu)件裂紋超聲紅外熱像檢測(cè)及其激勵(lì)參數(shù)影響規(guī)律研究.pdf

1、機(jī)械設(shè)備關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件缺陷一旦沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)，其擴(kuò)展會(huì)導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)件破壞失效極易導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。結(jié)構(gòu)件無(wú)損檢測(cè)健康維護(hù)是機(jī)器安全運(yùn)行的可靠保證。超聲波紅外熱像無(wú)損檢測(cè)方法是一項(xiàng)創(chuàng)新性地將超聲波激勵(lì)與紅外熱像技術(shù)結(jié)合的檢測(cè)手段，獨(dú)具其他無(wú)損檢測(cè)方法不可比擬的優(yōu)勢(shì)。該方法被提出以來(lái)，國(guó)內(nèi)外研究人員對(duì)該方法進(jìn)行了各方面的研究，包括實(shí)驗(yàn)方面超聲紅外熱像法對(duì)不同材料、不同缺陷類型的檢測(cè)適用性以及理論方面超聲紅外熱像法激勵(lì)裂紋缺陷生熱機(jī)制的研究、紅外

2、熱圖序列數(shù)據(jù)處理分析等。但目前為止，超聲紅外熱像法在工程應(yīng)用中超聲波激勵(lì)參數(shù)的選取仍然基本依靠操作人員的經(jīng)驗(yàn)，暫無(wú)理論研究超聲波激勵(lì)參數(shù)對(duì)裂紋缺陷檢測(cè)的影響。
　　本文針對(duì)機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)件疲勞裂紋缺陷對(duì)超聲紅外熱像無(wú)損檢測(cè)方法的激勵(lì)參數(shù)對(duì)裂紋缺陷生熱影響規(guī)律進(jìn)行分析研究，其中研究的超聲波激勵(lì)參數(shù)包括激勵(lì)幅值、激勵(lì)頻率和激勵(lì)位置。本文運(yùn)用彈性理論基本原理、接觸動(dòng)力學(xué)理論和傳熱和傳質(zhì)基本理論等研究超聲波激勵(lì)結(jié)構(gòu)件裂紋缺陷局部生熱及熱流傳

3、導(dǎo)至結(jié)構(gòu)件表面過(guò)程，建立固熱耦合理論模型和結(jié)構(gòu)件溫度場(chǎng)分布模型；運(yùn)用有限元方法建立超聲波紅外熱像法檢測(cè)金屬平板件裂紋的仿真模型，分析求解超聲波激勵(lì)金屬結(jié)構(gòu)件裂紋生熱的整個(gè)過(guò)程得到超聲波激勵(lì)結(jié)束后裂紋缺陷的溫度場(chǎng)分布；在超聲紅外熱像無(wú)損檢測(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)對(duì)預(yù)制裂紋缺陷平板件進(jìn)行裂紋檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果對(duì)比分析，驗(yàn)證了通過(guò)建立的結(jié)構(gòu)熱耦合模型進(jìn)行有限元分析的可行性；基于超聲波激勵(lì)結(jié)構(gòu)件裂紋缺陷局部生熱的固熱耦合理論模型，研究了超聲波激勵(lì)

4、參數(shù)對(duì)裂紋生熱的影響規(guī)律。
　　通過(guò)研究超聲波激勵(lì)參數(shù)對(duì)裂紋生熱的影響中發(fā)現(xiàn)，裂紋區(qū)域的生熱量隨著超聲波激勵(lì)幅值的升高而增加，但在不同的激勵(lì)幅值范圍內(nèi)，裂紋生熱量速率并不相同；小范圍內(nèi)變化的超聲波激勵(lì)頻率與裂紋生熱量二者之間不呈現(xiàn)線性關(guān)系，且當(dāng)超聲波的激勵(lì)頻率與待測(cè)結(jié)構(gòu)件的自然頻率接近時(shí)，超聲波激勵(lì)引起結(jié)構(gòu)件發(fā)生共振，使得裂紋區(qū)域的生熱量大大增加；的確存在一個(gè)最佳的激勵(lì)位置使得在相同的激勵(lì)條件下裂紋區(qū)域的生熱量比其他激勵(lì)位置的生熱