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基于三维热传导模型的风力机叶片缺陷深度检测

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仪器仪表学报 2021年第1期42卷 174-182页

作者：张雪岩周勃李鹤沈阳工业大学机械工程学院沈阳110870 沈阳工业大学建筑与土木工程学院沈阳110870 东北大学航空动力装备振动及控制教育部重点实验室沈阳110004

基于等效源法建立了含缺陷叶片三维热传导模型,解决了一维导热模型不能有效预测各向异性材料缺陷周围三维热流的问题,实现了用脉冲红外热像技术对大型风力机叶片缺陷深度进行准确评估。通过线性坐标变换将含缺陷叶片三维导热方程简化为... 详细信息

基于等效源法建立了含缺陷叶片三维热传导模型,解决了一维导热模型不能有效预测各向异性材料缺陷周围三维热流的问题,实现了用脉冲红外热像技术对大型风力机叶片缺陷深度进行准确评估。通过线性坐标变换将含缺陷叶片三维导热方程简化为各向同性问题,再用分离变量法求得第三类边界条件下的缺陷区表面过余温度解析解,建立了缺陷几何尺寸、过余温度峰值时刻与缺陷深度之间的定量关系。对1.5 MW风力机玻璃纤维增强复合材料(GFRP)复合材料叶片进行了现场检测,证明了方法的可行性。测试结果表明,量程可达7.8 mm,检测误差低于10%,相较于一维模型方法可使精度提高10%~31.4%。此外,当缺陷深度超过3 mm,边界换热不可被忽略,否则将导致10.0%以上的检测误差。文中方法可为其他各向异性材料的缺陷检测提供参考。

关键词：风力机叶片缺陷深度红外热像三维热传导模型玻璃纤维增强复合材料

缺陷深度对X70管线钢压磁信号的影响规律研究

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缺陷深度对X70管线钢压磁信号的影响规律研究

作者：金鹏飞浙江大学

学位级别：硕士

海洋管道是海洋油气输运的生命线,在油气资源开发中占据重要地位。海洋管道长期受海水、输送介质等的腐蚀作用,在管壁上易形成各类腐蚀坑。腐蚀坑的存在会导致油气泄露,严重时可使管道失效,造成巨大的经济损失。因此,定期检测海洋管道... 详细信息

海洋管道是海洋油气输运的生命线,在油气资源开发中占据重要地位。海洋管道长期受海水、输送介质等的腐蚀作用,在管壁上易形成各类腐蚀坑。腐蚀坑的存在会导致油气泄露,严重时可使管道失效,造成巨大的经济损失。因此,定期检测海洋管道的腐蚀坑的数量、大小,对于评估管道剩余寿命和及时修补具有重要的工程意义。传统的无损检测方法如超声波检测、X射线检测等由于成本高、耗时长等原因,在海洋管道腐蚀缺陷检测中存在一定的局限性,而基于压磁效应的磁信号检测技术通过检测腐蚀缺陷处的畸变磁场信号,能有效识别缺陷。国内外学者对于缺陷长度和宽度变化引起的磁场畸变开展了大量研究,发现切向磁场峰值、法向磁场梯度等磁场参数与缺陷的形状参数存在密切联系。然而,目前关于缺陷深度对磁信号的影响规律研究较少,且主要以数值模拟为主,缺乏相关的实验验证。本文通过实验和数值模拟相结合的方式,探究缺陷深度对磁信号的影响规律,证明使用压磁磁场定量识别铁磁性钢缺陷深度具有潜在可能性,以期进一步推动该技术在工程领域的应用。本文的主要研究内容如下:(1)静载拉伸荷载作用下X70试件周围的空间磁场分布研究。通过拉伸试验机对X70标准拉伸试件施加循环荷载,同时采用2个磁探头测量试件上下端、中部正反面等处的压磁磁场,分析压磁磁场的空间分布规律。此外,改变探头与试件之间的距离,研究距离变化对压磁信号的影响规律,为后续研究奠定基础。(2)静载拉伸荷载作用下X70缺陷试件表面的力磁对应关系研究。通过拉伸试验机对不同缺陷深度的X70试件逐级施加预定荷载,并采用磁探头测量每一级荷载下试件表面的压磁磁场,分析荷载与压磁磁场之间的关系,研究钢材弹性阶段与塑性阶段中试件表面的压磁磁场演变规律。使用绘图软件O RIGIN绘制磁场分布云图,同时采用有限元软件ABAQUS模拟试件表面的应力分布,通过比较试件正面和背面的磁场分布与应力分布,研究力磁之间的对应关系。(3)缺陷深度与压磁磁场特征参数的相关性分析。将实验数据和理论模型模拟的结果作比较,分析产生差异的原因,揭示缺陷深度与压磁磁场的内在联系。通过数据分析,提出磁特征参数,建立磁特征参数与缺陷深度之间的函数关系,证实通过磁信号反演缺陷深度这一技术具有可行性。

关键词：压磁信号漏磁力磁耦合效应缺陷深度

基于脉冲红外热成像的缺陷深度定量测量技术研究

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强度与环境 2023年第2期50卷 60-64页

作者：张凯刘永清王则力巨亚堂宋俊柏北京强度环境研究所北京100076 北京强度环境研究所可靠性与环境工程技术重点实验室北京100076

缺陷深度定量测量是脉冲红外热波无损检测技术的重要应用,本文深入研究了脉冲红外热波成像无损检测的数据处理方法。基于预制的复合材料缺陷试件,对脉冲红外热波成像无损检测过程进行了数值模拟和实验,计算了缺陷深度。结果表明:数值模... 详细信息

缺陷深度定量测量是脉冲红外热波无损检测技术的重要应用,本文深入研究了脉冲红外热波成像无损检测的数据处理方法。基于预制的复合材料缺陷试件,对脉冲红外热波成像无损检测过程进行了数值模拟和实验,计算了缺陷深度。结果表明:数值模拟和实验获得的缺陷深度结果与预制试件的缺陷深度之间有较好的包络关系,使用脉冲红外热成像进行缺陷深度定量分析的实验技术具备工程应用价值。

关键词：脉冲红外无损检测缺陷深度定量测量数值模拟

缺陷深度对30CrMnSiA钢激光再制造件旋转弯曲疲劳性能的影响

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理化检验（物理分册） 2020年第9期56卷 7-10页

作者：朱兆祺刘倩邱伟科汪宏斌吴益文上海大学材料科学与工程学院上海200072 上海海关工业品与原材料检测技术中心上海200135

采用手工激光堆焊技术对预置缺陷深度为0.15 mm和0.55 mm的30CrMnSiA高强度钢疲劳试样进行激光修复,然后对试样进行了旋转弯曲疲劳性能测试和疲劳断口分析。结果表明:在低应力下,缺陷深度为0.15 mm的试样疲劳性能接近于无缺陷试样的,但... 详细信息

采用手工激光堆焊技术对预置缺陷深度为0.15 mm和0.55 mm的30CrMnSiA高强度钢疲劳试样进行激光修复,然后对试样进行了旋转弯曲疲劳性能测试和疲劳断口分析。结果表明:在低应力下,缺陷深度为0.15 mm的试样疲劳性能接近于无缺陷试样的,但随着试样缺陷深度的增加,试样的疲劳性能显著降低;随着应力水平的增加,疲劳裂纹数量增多,更易发生断裂。

关键词： 30CrMnSiA钢再制造缺陷深度疲劳性能

脉冲红外无损检测缺陷深度定量测量的数值模拟

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红外与激光工程 2013年第4期42卷 875-879页

作者：李美华曾智沈京玲张存林首都师范大学物理系北京市太赫兹波谱与成像重点实验室太赫兹光电子学教育部重点实验室北京100048 重庆师范大学物理与电子工程学院重庆400047

缺陷深度定量测量是脉冲红外热波技术定量测量的重要应用,在一维热传导理论模型基础上分析了对数温度-对数时间二阶微分峰值法计算原理。以背面有6个大小相同深度不同的平底洞不锈钢试件为例,利用Ansys模拟脉冲红外无损检测过程,采用对... 详细信息

缺陷深度定量测量是脉冲红外热波技术定量测量的重要应用,在一维热传导理论模型基础上分析了对数温度-对数时间二阶微分峰值法计算原理。以背面有6个大小相同深度不同的平底洞不锈钢试件为例,利用Ansys模拟脉冲红外无损检测过程,采用对数温度-对数时间二阶微分峰值法计算缺陷深度。比较和分析了Ansys和脉冲红外热波实验结果,结果表明所建立Ansys模型与脉冲热波实验结果相符,可为脉冲红外热波技术缺陷深度定量测量应用提供理论依据。

关键词： Ansys数值模拟缺陷深度定量测量脉冲红外无损检测

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基于脉冲相位的缺陷深度定量辨识

红外技术 2018年第1期40卷 95-98页

作者：黎敏谦陈林张凌海海军士官学校兵器工程系安徽蚌埠233000

为了改进传统脉冲相位检测法在缺陷深度检测中存在的不足,提出了利用检测表面相位信息来进行缺陷深度反演识别的方法,研究了初始假设、窗口时间以及测温误差对缺陷深度识别的影响。研究结果表明在无测温误差时,在不同初始假设、缺陷深... 详细信息

为了改进传统脉冲相位检测法在缺陷深度检测中存在的不足,提出了利用检测表面相位信息来进行缺陷深度反演识别的方法,研究了初始假设、窗口时间以及测温误差对缺陷深度识别的影响。研究结果表明在无测温误差时,在不同初始假设、缺陷深度和窗口时间下,缺陷深度都准确的识别;识别精度会随随机误差的增大而减小而均匀误差不改变识别精度,并且在较大的随机误差下仍有较好的识别精度,表明了利用检测表面相位进行缺陷深度反演辨识的可行性。

关键词：脉冲相位无损检测缺陷深度反演识别 L—M算法

基于非线性变换的光激励热成像缺陷深度估计关键技术研究

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基于非线性变换的光激励热成像缺陷深度估计关键技术研究

作者：汪美伶电子科技大学

学位级别：硕士

碳纤维增强复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP）是一类具有高韧性、高强度、耐高温、抗腐蚀等出色性能的新兴材料,被广泛应用于航空航天、电力电子等领域。由于复合材料的制造过程复杂以及在使用过程中易受到摩擦或冲击... 详细信息

碳纤维增强复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP）是一类具有高韧性、高强度、耐高温、抗腐蚀等出色性能的新兴材料,被广泛应用于航空航天、电力电子等领域。由于复合材料的制造过程复杂以及在使用过程中易受到摩擦或冲击等外力影响,材料会产生不同程度的缺陷问题。光激励红外热成像（Optical Infrared Thermography,OT）无损检测技术具有可检面积大、操作方便简洁等优点,被大量使用在复合材料的缺陷检测中,以保证试件的工程质量。缺陷的检测一般分为定性和定量两个方向,定性检测旨在寻找缺陷的位置,研究数据处理算法,增强图像的信噪比和缺陷的检出率;定量检测包括检出并量化缺陷的尺寸和深度。本文提出了基于温度对比度峰值时间的非线性变换模型,利用光激励热成像技术预测缺陷深度。实验验证了峰值对比时间与缺陷深度非线性关系的机理。为了有效地预测缺陷深度,将高斯变换用于深度检测中的非线性变换。实验结果表明,该方法可以有效的预测缺陷的深度。本文的研究内容和创新点如下:1)介绍了无损检测技术的国内外研究现状,阐述了常用的缺陷深度检测方法,详细分析了光激励热成像技术的基本原理,引入了光激励红外系统设备;对常用的数据处理方法和信号激励模式进行了讨论和分析。2)对比了两种不同激励下的热传导物理模型:（1）闪光灯热源的传统光激励热成像技术;（2）卤素灯热源的光激励热成像技术。对比了两种激励模态下试件表面的温度响应,对比了闪光灯和卤素灯激励模式下预测深度方法与适配性。3)创新性地提出了一种新兴预测缺陷深度方法。在短脉冲激励的模型基础上,拓展了长脉冲热成像的热传导物理模型,建立了特征时间和缺陷深度之间的非线性热传导模型,采用高斯变换将非线性模型转化为线性模型。利用线性模型预测缺陷的深度,并利用大量实验验证了其准确性。

关键词：复合材料无损检测光激励红外热成像高斯变换缺陷深度

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燃料包壳管超声波幅与缺陷深度对应关系

材料导报 2021年第S01期35卷 473-475,484页

作者：李丹李书良柴玉琨刘健林震霞中国核动力研究设计院成都610213

燃料包壳管作为燃料芯块的密封外壳,长期运行在高温、高压、强辐照、循环水流冲刷及腐蚀等恶劣环境下,其一旦破裂,将污染整个回路。为保证包壳管的安全性和可靠性,在其生产制造过程中,往往采用多种检测方法对其进行检测,而超声波检验是... 详细信息

燃料包壳管作为燃料芯块的密封外壳,长期运行在高温、高压、强辐照、循环水流冲刷及腐蚀等恶劣环境下,其一旦破裂,将污染整个回路。为保证包壳管的安全性和可靠性,在其生产制造过程中,往往采用多种检测方法对其进行检测,而超声波检验是非破坏性检验最有效、工程应用最多的手段之一。超声波检验主要是通过将包壳管内自然缺陷的反射波幅与标准伤的反射波幅进行比较来判定包壳管的合格性。根据超声波检测理论可知,自然缺陷反射波幅的高低与缺陷形状、取向、尺寸(长度、深度及宽度)等均有关,仅仅通过缺陷反射波幅很难准确判定缺陷的实际深度。为此,本实验针对核燃料包壳管超声波检测中缺陷反射波幅与缺陷深度的对应关系开展研究,采用CIVA仿真模拟软件仿真模拟与金相解剖验证相结合的方式开展研究。研究结果表明:通过CIVA模拟发现,当缺陷取向为0~68°时,燃料包壳管超声波检验缺陷反射波幅与其深度基本成对数递增关系;金相解剖发现,总体上缺陷反射波幅随缺陷深度的增加而增大;模拟结果与金相解剖结果较吻合,原有判废线均能有效发现深度大于30μm的缺陷。

关键词：燃料包壳管超声波检验波幅缺陷深度

缺陷尺寸对红外热波技术缺陷深度测量的影响研究

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红外与激光工程 2012年第7期41卷 1910-1915页

作者：曾智陶宁冯立春张存林重庆师范大学物理与电子工程学院重庆400047 首都师范大学物理系北京市太赫兹波谱与成像重点实验室太赫兹光电子学教育部重点实验室北京100048

缺陷深度测量是脉冲红外热波技术定量测量的一个重要应用,常用的几种测厚方法都是基于一维热传导模型。而实际测厚都是针对有限缺陷尺寸,因而三维热扩散会对深度测量产生一定影响。文中以表面阳极化处理后的铝和玻璃钢材料为例,采用脉... 详细信息

缺陷深度测量是脉冲红外热波技术定量测量的一个重要应用,常用的几种测厚方法都是基于一维热传导模型。而实际测厚都是针对有限缺陷尺寸,因而三维热扩散会对深度测量产生一定影响。文中以表面阳极化处理后的铝和玻璃钢材料为例,采用脉冲红外热波技术作为实验方案。提取所获得的热图序列不同缺陷宽度位置处热波降温数据,利用这些数据近似模拟不同深度缺陷在相同缺陷尺寸时受到不同程度的三维热扩散影响。通过研究一维热传导理论模型分析了3种常用方法的测厚原理,并建立了测厚特征时间与缺陷深度平方线性关系。结果表明:缺陷尺寸对各线性关系的斜率和截距均有影响,且热扩散系数较小材料的斜率明显大于热扩散系数较大材料。

关键词：红外热波技术缺陷深度测厚三维热扩散