振动红外热像检测是一种发展迅速的红外热像无损检测技术, 可检测材料的内部缺陷, 在航空航天金属材料和复合材料的裂纹检测中有广阔的应用前景。为了揭示振动红外热像法的物理机制和影响因素, 为检测条件的设计提供理论指导, 用有限元单元法对振动热像检测的物理过程进行了数值模拟。以铝合金梁上的裂纹为检测对象, 用ANSYS有限单元法分析了裂纹的振动-热的转换机制, 并对瞬态温升与检测条件的关系进行了分析。通过分别改变试件厚度、裂纹开口宽度、预紧力、激振力等条件, 计算和考察了它们对裂纹缺陷区温升的影响。结果表明: 靠近裂纹尖端裂纹面处的温升会有明显的变化, 在时域上表现为波动式上升; 验证了摩擦和热弹效应是铝合金梁裂纹缺陷处温升的原因, 其中摩擦是主要原因。

所属栏目

科研成果与学术交流航空科学基金资助项目(2009ZD51045); 国家自然科学基金资助项目(50975016,U1433122)

收稿日期

2016/3/8

作者单位

管和清:北京航空航天大学 机械工程及自动化学院, 北京 100191
郭兴旺:北京航空航天大学 机械工程及自动化学院, 北京 100191
马丰年:北京航空航天大学 机械工程及自动化学院, 北京 100191

联系人作者

管和清(ghqclear@163.com)

备注

管和清(1991-), 男, 硕士, 主要研究方向为红外热像无损检测理论和技术。

引用该论文:

GUAN He-qing,GUO Xing-wang,MA Feng-nian.Numerical Simulation of Vibrothermography Testing of Cracks in Aluminum Alloy Beams[J].Nondestructive Testing,2016,38(9):1～5
管和清,郭兴旺,马丰年.铝合金梁裂纹振动红外热像检测的数值模拟[J].无损检测,2016,38(9):1～5

参考文献

【1】

FAVRO L D, HAN X, OUYANG Z, et al. Progress in thermosonic crack detection［C］// Proc. SPIE Thermosense XXIII, Bellingham:［s.n.］, 2001: 546-549.

【2】

BUSSE G, DILLENZ A, ZWESCHPER T. Defect-selective imaging of aerospace structures with elastic-wave-activated thermography［C］// Proc. SPIE Thermosense XXIII, Bellingham:［s.n.］,2001: 580-586.

【3】

FAVRO L D, HAN X, OUYANG Z, et al. Thermosonic imaging of cracks and delaminations［J］.Progress in Natural Science,2001,11(Suppl): 133-136.

【4】

BURKE M W, MILLER W O. Status of VibroIR at lawrence livermore national laboratory［C］//Proc. SPIE Thermosense XXVI, Bellingham:［s.n.］, 2004: 313-321.

【5】

JEREMY R, JOHN C C, STEPHEN D H, et al. The sources of heat generation in vibrothermography［J］. NDT & E International, 2011, 44: 736-739.

【6】

ROBIN P, THOMAS U. Structural-thermal finite element simulation of vibrothermography applied to cracked steel plates［J］.QIRT Journal,2011,2: 201-220.

【7】

冯辅周, 闫庆旭, 张超省, 等. 超声红外热像技术仿真模拟的电-力类比激励方法［J］. 无损检测, 2014, 36(7):1-5.

【8】

STEPHEN D H, CHRISTOPHER U, ZHONG Ou-yang, et al. Quantifying the vibrothermographic effect［J］. NDT & E International, 2011, 44: 775-782.

【9】

秦雷, 刘俊岩, 龚金龙, 等. 超声红外锁相技术检测金属板材表面裂纹［J］. 红外与激光工程, 2013, 42(5):1123-1130.

【10】

张超省, 冯辅周, 闫庆旭, 等. 超声红外热像技术中预紧力对金属平板振动特性的影响［J］. 机械工程学报, 2016, 52(5):154-161.