● 摘要
红外热无损检测技术由于其单次检测面积大、速度快、非接触和对复杂几何形状构件的可适应性等优点，在飞行器板壳结构和热障涂层的缺陷检测中有广阔的应用前景。为了深入理解多层复合结构内部缺陷特征参数与表面温度信号及可检测信息参数之间的内在联系，探求利用可检参数反求缺陷特征的可能途径，以三层胶接结构和热障涂层结构的TNDT为研究对象进行了建模和仿真分析。三维轴对称模型瞬态传热过程的有限单元求解方程的推导，为后续的仿真分析提供了理论基础。应用有限元软件ANSYS对三层胶接结构和热障涂层结构的TNDT进行了仿真分析。根据实际的物理模型建立相应的有限元简化模型，通过大量的仿真分析，研究了胶接结构中缺陷大小、缺陷深度、缺陷厚度、缺陷径深比和加热方式对表面温度信号的影响。在缺陷深度一定时，最大温差和最大对比度与缺陷半径成良好的线性关系；在缺陷半径一定时，最大温差和最大对比度与缺陷深度成一定规律的非线性关系。最大温差和最大对比度随着热障涂层厚度的增加趋向一定值。利用ANSYS固有的参数化设计语言(APDL)和图形用户界面语言(UIDL)开发相应的三个红外热无损检测仿真模块，包括三层胶结结构、热障涂层结构、普通三维结构。利用VC++和ANSYS开发出具有相同功能的三个红外热无损检测模块，为以后的系统模块开发打下基础。研究所得的成果为进一步进行其它板壳结构TNDT的仿真研究、实现对缺陷的定量评估和开发更为复杂的仿真模块打下了基础，同时也为多层结构红外热无损检测系统及热像序列处理方法的设计提供了基础理论支撑。