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

1、機(jī)械設(shè)備關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件缺陷一旦沒有及時發(fā)現(xiàn)，其擴(kuò)展會導(dǎo)致整個結(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)件無損檢測健康維護(hù)是機(jī)器安全運行的可靠保證。超聲波紅外熱像無損檢測方法是一項創(chuàng)新性地將超聲波激勵與紅外熱像技術(shù)結(jié)合的檢測手段，獨具其他無損檢測方法不可比擬的優(yōu)勢。該方法被提出以來，國內(nèi)外研究人員對該方法進(jìn)行了各方面的研究，包括實驗方面超聲紅外熱像法對不同材料、不同缺陷類型的檢測適用性以及理論方面超聲紅外熱像法激勵裂紋缺陷生熱機(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)用中超聲波激勵參數(shù)的選取仍然基本依靠操作人員的經(jīng)驗，暫無理論研究超聲波激勵參數(shù)對裂紋缺陷檢測的影響。
　　本文針對機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)件疲勞裂紋缺陷對超聲紅外熱像無損檢測方法的激勵參數(shù)對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參數(shù)包括激勵幅值、激勵頻率和激勵位置。本文運用彈性理論基本原理、接觸動力學(xué)理論和傳熱和傳質(zhì)基本理論等研究超聲波激勵結(jié)構(gòu)件裂紋缺陷局部生熱及熱流傳

3、導(dǎo)至結(jié)構(gòu)件表面過程，建立固熱耦合理論模型和結(jié)構(gòu)件溫度場分布模型；運用有限元方法建立超聲波紅外熱像法檢測金屬平板件裂紋的仿真模型，分析求解超聲波激勵金屬結(jié)構(gòu)件裂紋生熱的整個過程得到超聲波激勵結(jié)束后裂紋缺陷的溫度場分布；在超聲紅外熱像無損檢測實驗臺對預(yù)制裂紋缺陷平板件進(jìn)行裂紋檢測實驗，通過實驗數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果對比分析，驗證了通過建立的結(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

4、參數(shù)對裂紋生熱的影響規(guī)律。
　　通過研究超聲波激勵參數(shù)對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幅值的升高而增加，但在不同的激勵幅值范圍內(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)超聲波的激勵頻率與待測結(jié)構(gòu)件的自然頻率接近時，超聲波激勵引起結(jié)構(gòu)件發(fā)生共振，使得裂紋區(qū)域的生熱量大大增加；的確存在一個最佳的激勵位置使得在相同的激勵條件下裂紋區(qū)域的生熱量比其他激勵位置的生熱