[发明专利]一种基于涂层的卤素灯激励红外热成像无损检测仿真模型

说明书

本发明公开了一种基于涂层的卤素灯激励红外热成像无损检测仿真模型，基于有限元的多物理场建模并采用ANSYS或COMSOL软件进行仿真，采用纯铝代替铝合金，采用铁代替功能涂层；忽略磷化底漆/TB06‑9底漆以及底面漆层，用空气代替PVC层。本发明极大地降低了有限元仿真的计算复杂度，同时仿真结果与实验结果有极高的相关性。

技术领域

本发明属于无损检测的技术领域，具体涉及一种基于涂层的卤素灯激励红外热成像无损检测仿真模型。

背景技术

无损检测技术以不破坏被测物体内部结构为前提，应用物理的方法，检测物体内部或表面的物理性能、状态特性以及内部结构，检查物体内部是否存在不连续性，从而判断被测物体是否合格，进而评价其适用性，它是控制产品质量、保证在役设备安全运行的重要手段。卤素灯激励红外热成像将光与热成像技术结合，可实现大范围缺陷的快速检测，近年来在复合材料无损检测领域得到广泛的研究，成为分析复合材料失效原因的重要手段。仿真是各种复杂系统研制工作的一种必不可少的手段，合适的有限元仿真模型，能够大大减少计算复杂度，更贴合实际情况，对实验分析有重要的辅助作用。

卤素灯激励红外热成像检测办法原理如图1所示，计算机控制触发器产生触发信号，同时打开卤素灯和红外摄像仪，并设置有激励时间。以脉冲方式的热源(卤素灯)加热带缺陷的试件，在趋于热平衡的过程中，其表面温场的空间和时间变化方式不仅与物体材料有关，也受物体内部结构和不均匀性的影响，热波的传播方式由试件的材料特性、几何边界形状和边界条件决定。大多情况下试件内部的缺陷使得热非均匀传播。试件表面下热传导非均匀性在试件表面形成非均匀温场。利用红外摄像仪记录试件表面的红外辐射并将人眼不可见的红外辐射转化成可见的温度图像。通过这些信息可以分析材料结构和材料内部的缺陷和材料的均匀性问题。

然而，缺陷检测灵敏度的提高与激励源参数设置密不可分，如光源的功率、光源距试件的距离，激励时间等等。这些参数如果一一通过实验来验证，需要耗费非常多的精力，并且误差也会很大，容易出错。而如果我们能够找到合适的仿真模型来模拟实验环境，得到贴近实验的结果，这将在很大程度上帮助进行涂层材料缺陷检测的研究，减少实验工作量和实验误差，因此，光激励热成像无损检测的仿真模型构建具有很重要的现实意义。

目前，对卤素灯激励红外热成像检测方法的仿真主要使用ANSYS和COMSOL两种软件，对于光激励，又有使用热通量和热辐射源两种方法。而针对涂层材料，其各层属性如表1所示，带有缺陷的试件示意图如图2所示，仿真模型建立时存在以下缺点：

由于第一层和第三层漆层过薄，在建立几何模型时，会使计算复杂度非常的庞大，难以得到仿真结果。同时，仿真模型的参数设置不当，也难以与实际实验结果相符，无法与实验对比。

表1试件各层材料参数