1。2  热波成像的意义

当今社会对质轻、高强的材料需求，使复合材料得以快速发展，其应用也越来越广泛，尤其在航空航天领域的应用更是发挥着不可替代的作用。因为复合材料制造过程复杂，在复杂环境下又非常容易受到损伤，所以其无损检测是至关重要的[1]。热波检测技术已经成功应用于复合型材料方面的检测。[2]美、英、俄、法、加等国已经在飞机构件内部缺陷还有蒙皮铆接质量检测上大力应用了这一检测技术。[3]

1。3  课题设计及要求 

 本文为完成热波成像的有限元分析研究做了如下的工作：

    第一章为绪论部分，主要简单介绍了热波成像检测技术。

第二章则详细介绍了热波成像检测技术的理论知识，列举了部分红外热成像检测的应用，在此基础之上又对不同缺陷形式的试件进行了实验研究。

第三章主要讲述了有限元分析方法的理论，并利用ANSYS高级分析技术完成实验仿真。

2  热波成像检测

2。1  热波成像的原理

    在许多情况下，研究人员不仅需要知道物体表面的温度，还需要了解物体的温度分布，便于研究物体的结构，探查内部缺陷。[4]热波成像能将物体的温度分布转换成图像，用热图表示出来。

热波成像其实就是一个测温系统。利用被测对象各点的温度不等，受热强度也不等的特点来从而产生温度云图，实现结果后处理。[5]

2。2  热波成像检测技术的原理

红外检测就是通过对红外辐射能量的测量，测出物体表面温度分布，并进而对其内部是否存在缺陷，运行状态是否正常作出判断，这就是红外热波成像检测的基本原理。[6]

对半无限大且介质均匀物体，在δ脉冲撇励后，温度变化符合：

式中，T(z,t)代表试件表面下z处，t时刻的温度，代表试件密度,c代表试件比热，k代表试件热导率。

设初始温度为，激励热能为，且被测对象为半无限大物体，则求解式2。1得：

在被测物体表面，z=0，有

上式即为脉冲激励后无缺陷试件表面温度随时间的变化关系。 

由于试件都是有厚度的。对于厚度为d的试件，当红外热波传播到被测对象内部缺陷处时，缺陷区域所对应的温度不同于无缺陷区域的混度，可近似表示为：

则缺陷区域在试件表面的温度为，有： 

    设缺陷处厚度减少了，则表面温度随时间的变化关系为：

    由式2。5和式2。6可得正常区域与缺陷区域的温差为：

式中，。

  由式2。7可以看出，如果被测对象内部存在缺陷，则在被测对象表面。其正常区域和缺陷区域的混度不同，会产生温差，应用红外检测设备可以获得被测对象表面的温度图像，从而可以判断出被测对象内部缺陷的存在（如图2。1（b）、2。1（c）所示）。

2。3  热波成像检测方法

图2。4红外热波成像检测方法

   1、主动红外检测法，又称为有源红外检测法。是指在进行红外检测时对被测对象通过外界加热方式注入热量，使被测对象失去热平衡，在其内部温度重新达到热平衡状态之前，对被测对象进行检测的方法论文网

主动红外检测又分为单面法和双面法两种。单面法是指加热和探测在工件的同一表面进行，用辐射计或热成像仪扫描加热后工件的表面温度分布，当工件必须从单面检测时，最好从导热性较差的一面进行；双面法是指在工件的一个表面进行加热，而在另一表面记录温度分布。根据热量注入的方式不同有如下几种激励检测形式：