基于脈沖渦流熱成像的應(yīng)力檢測(cè)技術(shù)研究.pdf

1、航空航天飛行器通常工作在極其苛刻的高溫低壓環(huán)境，長(zhǎng)期承受高強(qiáng)度應(yīng)力負(fù)荷極易導(dǎo)致金屬疲勞現(xiàn)象和裂紋的快速生長(zhǎng)。隨著我國(guó)航空航天事業(yè)的快速發(fā)展，工業(yè)界對(duì)材料的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和疲勞應(yīng)力檢測(cè)提出了更高的要求。目前國(guó)內(nèi)外采用脈沖渦流法檢測(cè)材料應(yīng)力的相關(guān)研究仍然較少，傳統(tǒng)渦流探頭法檢測(cè)精度低、效率不高且對(duì)各項(xiàng)異性金屬材料的應(yīng)力分布檢測(cè)無能為力。
　　針對(duì)傳統(tǒng)渦流探頭法的不足，本文提出了方向性脈沖渦流加熱，并基于應(yīng)力改變金屬材料熱導(dǎo)率的原理進(jìn)行應(yīng)力檢

2、測(cè)的方法。文章首先基于彈性力學(xué)對(duì)平面應(yīng)力狀態(tài)做了簡(jiǎn)要描述，并通過分析金屬材料壓阻效應(yīng)和應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，得到了脈沖渦流熱響應(yīng)峰值與單向應(yīng)力之間的函數(shù)關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，利用魏德曼-弗蘭茲定律得到了熱導(dǎo)率與應(yīng)力之間存在相關(guān)關(guān)系的結(jié)論。然后利用COMSOL仿真軟件對(duì)上述關(guān)系進(jìn)行了有限元分析和驗(yàn)證。
　　最后，本文對(duì)鋁合金、奧氏體不銹鋼和鎳鐵合金薄板進(jìn)行軸向拉伸實(shí)驗(yàn)，利用紅外熱成像儀對(duì)加熱和熱傳導(dǎo)過程的表面溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。同時(shí)，基于二維熱

3、傳導(dǎo)微分方程，計(jì)算得到單向應(yīng)力-熱導(dǎo)率關(guān)系曲線，并進(jìn)行了一維線性擬合。利用該擬合參數(shù)，對(duì)被測(cè)鋁合金試件進(jìn)行了應(yīng)力檢測(cè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，最后對(duì)檢測(cè)誤差原因做了簡(jiǎn)要分析。
　　相比以熱響應(yīng)峰值作為特征的檢測(cè)方法，熱導(dǎo)率計(jì)算不依賴于初始溫度分布，結(jié)果不受提離距離和激勵(lì)功率變化的影響，且一次激勵(lì)就能計(jì)算得到所有發(fā)生熱傳導(dǎo)過程單元的熱導(dǎo)率。理論推導(dǎo)與實(shí)驗(yàn)分析表明，本文提出的方向性脈沖渦流熱成像應(yīng)力檢測(cè)方法，具有穩(wěn)定性好、檢測(cè)效率高且能實(shí)現(xiàn)對(duì)各項(xiàng)異性