[发明专利]复合材料结构热激励系统及其热激励方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种复合材料热激励系统，尤其涉及一种通过红外热成像技术检测复合材料结构内部缺陷与损伤的热激励系统及其热激励方法，属于复合材料无损检测领域。

背景技术

复合材料由于其优异的特性，在航空航天、土木工程、交通运输等领域得到广泛的应用，在现代结构中所使用的比例越来越高。由于复合材料制造过程复杂，并且在各种环境条件下又极易受到损伤，所以缺陷的发生、发展是不可避免的，为了确保产品质量，预测复合材料寿命，评定修补措施是否恰当，对复合材料进行无损检测是非常重要的。足够的和可靠的检测是保证复合材料结构正常使用的必要条件。

一般用于复合材料结构内部缺陷与损伤检测的方法主要有超声法、射线法、声发射法和红外法等。超声法能够较好地检测复合材料结构内部的分层、脱粘等缺陷与损伤，但检测效率低；射线法检测效果较好，但对安全、环保有负面影响；声发射法主要用于结构损伤扩展的过程检测，对缺陷和静态的损伤不敏感。

红外检测就是以红外辐射的原理为基础，运用红外辐射测量分析方法和技术对设备、材料及其他物体的表面温度场的分布和变化进行测量和分析的综合工程技术，可以通过该技术对物体内部的变化进行分析和研究。红外检测是一种实时检测技术，它集光电成像技术、计算机技术、图像处理技术于一身，通过接收物体发出的红外辐射，将其以热像的形式显示出来，从而准确判断物体表面的温度分布情况。与超声、射线等常规检测方法相比，具有准确、实时、快速、无污染等优点。

复合材料内部的缺陷与损伤所产生的与正常区域的温度差对红外检测的效果有直接影响。均匀性好、温度易于控制的热激励源可以提高复合材料红外无损检测的精度和可靠性。

红外无损检测可按照热激励的方式分为主动式红外检测和被动式红外检测两大类。主动式红外检测要根据检测的需要施加热激励，使得有缺陷与损伤的部位产生温度场。被动式红外检测不需要专门施加热激励，一般通过构件的自然工作过程产生温度场。主动式红外检测易于控制，是复合材料检测的主要方式。目前在主动式红外检测中常用的热激励方式有光波式、气流式、接触式等。光波式激励采用大功率电光源作为热源，直接将热量辐射到被测区域，速度快，检测效率高，但功率大，能耗高，激励过程不易控制，输入热量的均匀性不高；气流式激励采用大功率电阻丝加热空气，用鼓风机产生热气流，热气流加热被测区域，加热效率不高，温度均匀性也不高。接触式主要采用加热毯覆盖被测构件的方式实施。加热毯中有电热丝处温度很高，导致温度场不均匀；要求将构件平放，加热毯与构件间容易形成空气隙，产生较大的接触热阻，影响热流的顺利传递。本发明采用两层导热绝缘膜夹护电热丝，在有电热丝区域和无电热丝区域加快热传导，形成等温区，使得加热垫产生相等的温度场；采用安放于柔性支撑导热层上另一面的隔热层减小热量的背向传导，使加热垫产生的热量尽量用于加热被测构件，节约能量；采用吸附机构将加热垫吸附在被测构件上，一方面满足了构件的侧面、底面等部位原位检测的需要，另一方面排除了加热垫与构件间的空气隙，减小接触热阻，使得加热垫能够更充分地与构件接触，产生更均匀的温度场。因此，本发明能够以较小的能量输入产生均匀的温度场，并且能够满足构件的侧面、底面等部位原位检测的需要。

发明内容

本发明为实现复合材料构件在多种工位状态下的缺陷与损伤原位红外无损检测而提出一种高均匀性热激励系统及其使用方法。

一种复合材料结构热激励系统，其特征在于： 包括加热垫、吸附机构、控制系统；上述加热垫依次由柔性支撑导热层和隔热层组成，柔性支撑导热层内布有两层导热绝缘膜，两层导热绝缘膜中间夹有电热丝；上述吸附机构包括：用于将加热垫的柔性支撑导热层贴于复合材料被测区的粘附边条、与加热垫相连的导流接口、通过导流管与导流接口相连的真空泵；上述控制系统由控制器和计算机组成，其中控制器包括分布式温度传感器和温度控制仪，其中温度控制仪的输出端与上述电热丝的输入端连接。

一种利用所述复合材料结构热激励系统的热激励方法，包括如下步骤：步骤1、把加热垫贴靠在被测复合材料构件上，使粘附边条粘附被测构件，挤出粘附区域的气泡，将导流管和导流接口、真空泵接好，打开真空泵；步骤2、激励被测区域，步骤如下：

步骤2-1、根据被测复合材料构件的测试要求，按照不产生超调和最快加热速度为条件，对加热控制参数进行设置或整定；步骤2-2、打开加热开关，进行升温和保温；步骤2-3、保温阶段结束，关闭真空泵，移走加热垫，结束热激励。