基于热成像的薄型材料热扩散率快速无损检测

发布时间：2017-09-30 15:36

  本文关键词：基于热成像的薄型材料热扩散率快速无损检测

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【摘要】：热扩散率是表征材料内部非稳态导热过程的重要热物性参数,对其准确测量,对于了解材料导热性能有重要意义。闪光法、周期热流法等传统测量方法原理一般是通过构建特定的导热模型,包括导热微分方程、边界条件和初始条件,求取微分方程解析解以确定材料热扩散率值。为使测量准确,往往需要复杂的实验设备和操作过程对实验条件包括热激励、边界等以及对材料外形尺寸进行严格控制,使导热模型贴近理论分析。针对传统热扩散率测量方法对热激励、边界和试样尺寸有严格要求等局限。本文提出设想:对导热微分方程中的微分项进行估测,将求取微分方程解析解转化为代数方程求解以确定热扩散率值,并从以下三个方面对设想进行验证性研究。首先,从导热模型理论研究入手提出基于二维非稳态导热模型的测量原理:采用热成像技术观测受激光激励引起的材料表面温度场变化,将温升数据通过曲线拟合对导热微分方程中的微分项进行估测,将求取微分方程解析解转化为代数方程求解。其次,设计仿真实验。通过COMSOL仿真软件对测量方法基本原理的正确性,以及理论模型的合理性进行验证。搭建实验平台,通过对H62黄铜和304不锈钢材料的实测实验,考察测量方法实际测量效果。最后,关于薄型材料厚度适用范围问题,对测量方法作补充研究,提出测量方法可适用的特征条件。通过仿真实验分析在不同模型厚度条件下,传热距离和激励时间对特征条件的影响以及信噪比问题。并对SUS321不锈钢材料进行实测实验,从而对被测材料厚度的适用范围有定量的认识。本文提出设想,并通过理论建模、仿真验证和实测实验进行研究分析,形成一种基于热成像的薄型材料热扩散率测量新方法,并实现快速无损检测。
【关键词】：热扩散率 红外热成像 无损检测
【学位授予单位】：中国计量学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB302.5
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-13
• 1 绪论13-20
• 1.1 研究背景和意义13-14
• 1.2 国内外研究现状14-17
• 1.2.1 稳态法14-15
• 1.2.2 非稳态法15-17
• 1.3 论文研究内容及组织结构17-19
• 1.3.1 论文主要研究内容17-18
• 1.3.2 论文组织及结构18-19
• 1.4 论文创新点19
• 1.5 本章小结19-20
• 2 基于热成像薄型材料热扩散率测量理论研究20-25
• 2.1 热能传递基本方式20-22
• 2.2 热扩散率物理意义22-23
• 2.3 热扩散率测量方法基本原理23-24
• 2.4 本章小结24-25
• 3 热扩散率测量方法仿真分析与模型验证25-32
• 3.1 基于COMSOL Multiphysics的有限元仿真25-26
• 3.2 热扩散率测量原理的仿真实验验证26-30
• 3.2.1 仿真实验验证方式26
• 3.2.2 仿真模型的建立26-30
• 3.3 仿真实验结果分析30-31
• 3.4 本章小结31-32
• 4 薄型材料热扩散率测量实验32-44
• 4.1 热扩散率测量实验平台搭建32-35
• 4.2 实验数据获取与处理35-38
• 4.3 热像仪噪声与降噪处理38-42
• 4.3.1 热像仪噪声38-39
• 4.3.2 温升数据降噪处理39-42
• 4.4 实验结果分析42-43
• 4.4.1 实验结果准确性分析42
• 4.4.2 实验结果重复性分析42-43
• 4.5 本章小结43-44
• 5 材料厚度适用范围定量研究44-58
• 5.1 基于三维导热模型测量原理44-45
• 5.2 特征条件影响因素的仿真实验分析45-52
• 5.2.1 激励时间对特征条件的影响46-47
• 5.2.2 传热距离对特征条件的影响47-48
• 5.2.3 模型厚度对特征条件的影响48-49
• 5.2.4 边界距离对特征条件的影响49-50
• 5.2.5 热激励对特征条件的影响50-51
• 5.2.6 材料热参数对特征条件的影响51-52
• 5.3 不同厚度材料热扩散率仿真实验52-55
• 5.4 传热模型信噪比问题分析55-56
• 5.5 不同厚度材料热扩散率实测实验56-57
• 5.6 本章小结57-58
• 6 结论与展望58-60
• 6.1 结论58-59
• 6.2 展望59-60
• 参考文献60-63
• 作者简历63

【参考文献】

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本文编号：948993