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钛合金蜂窝蒙皮脱焊线性调频激励红外检测

范瑾 赵翰学 李根 周正干

范瑾, 赵翰学, 李根, 等 . 钛合金蜂窝蒙皮脱焊线性调频激励红外检测[J]. 北京航空航天大学学报, 2017, 43(9): 1909-1916. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0684
引用本文: 范瑾, 赵翰学, 李根, 等 . 钛合金蜂窝蒙皮脱焊线性调频激励红外检测[J]. 北京航空航天大学学报, 2017, 43(9): 1909-1916. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0684
FAN Jin, ZHAO Hanxue, LI Gen, et al. Detection of skin desoldering defect in Ti-alloy honeycomb using linear frequency modulated infrared imaging[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2017, 43(9): 1909-1916. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0684(in Chinese)
Citation: FAN Jin, ZHAO Hanxue, LI Gen, et al. Detection of skin desoldering defect in Ti-alloy honeycomb using linear frequency modulated infrared imaging[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2017, 43(9): 1909-1916. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0684(in Chinese)

钛合金蜂窝蒙皮脱焊线性调频激励红外检测

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0684
基金项目: 

中央高校基本科研业务费专项资金 50100002015107039

详细信息
    作者简介:

    范瑾  男, 硕士研究生; 主要研究方向:红外无损检测

    周正干  男, 博士, 教授, 博士生导师; 主要研究方向:超声及红外无损检测

    通讯作者:

    周正干, E-mail:zzhenggan@buaa.edu.cn

  • 中图分类号: V262.7;TG115.28

Detection of skin desoldering defect in Ti-alloy honeycomb using linear frequency modulated infrared imaging

Funds: 

the Fundamental Research Funds for the Central Universites 50100002015107039

More Information
  • 摘要:

    变蒙皮厚度的钛合金蜂窝在航空航天领域有着广泛的应用,蒙皮脱焊是钛合金蜂窝结构最常见的缺陷类型之一。传统锁相红外检测由于调制频率单一,不能对变蒙皮厚度的蒙皮脱焊实现一次性检测,检测效率低。针对这一问题,研究了线性调频激励红外检测以及激励参数选择方法。使用ANSYS建立了钛合金蜂窝有限元仿真模型,通过相关算法计算了对应脱焊区域和正常区域的相位差,分析了频带范围、啁啾时间对相位差绝对值最大值的影响以及蒙皮厚度与相位差绝对值最大值所在频率成分的关系。利用线性调频激励对预制脱焊缺陷的蜂窝试样进行了实验研究,获得了不同频带范围和不同啁啾时间下的相位图。实验结果表明,采用频带范围为0.01~0.21 Hz,啁啾时间为22 s的线性调频信号可以对蒙皮厚度为0.6~1.2 mm的钛合金蜂窝实现一次性检测,为钛合金蜂窝结构的实际检测提供了工艺指导。

     

  • 图 1  线性调频正弦热流传递

    Figure 1.  Transfer of linear frequency modulated sine heat flow

    图 2  钛合金蜂窝结构模型

    Figure 2.  Ti-alloy honeycomb structure model

    图 3  温度分析点分布

    Figure 3.  Temperature analysis points distribution

    图 4  缺陷区与非缺陷区温度时间历程

    Figure 4.  Time history of temperature in defect and non-defect regions

    图 5  相位差的频域分布

    Figure 5.  Frequency domain distribution of phase difference

    图 6  啁啾时间对相位差绝对值最大值的影响(仿真)

    Figure 6.  Effect of chirp time on maximum of phase difference absolute value (simulation)

    图 7  频带宽度对相位差绝对值最大值的影响(仿真)

    Figure 7.  Effect of frequency bandwidth on maximum of phase difference absolute value (simulation)

    图 8  蒙皮厚度对相位差绝对值最大值频率的影响

    Figure 8.  Effect of skin thickness on frequency of phase difference absolute value maximum

    图 9  钛合金蜂窝试样实物图

    Figure 9.  Photos of Ti-alloy honeycomb specimens

    图 10  钛合金蜂窝试样摆放实物图

    Figure 10.  Photo of Ti-alloy honeycomb specimens placed

    图 11  锁相红外热像检测系统构成示意图

    Figure 11.  Layout of lock-in infrared thermography detection system

    图 12  试样加热过程某时刻热像图

    Figure 12.  Thermal image of specimens during heating at certain moment

    图 13  啁啾时间对相位差绝对值最大值的影响(实验)

    Figure 13.  Effect of chirp time on maximum of phase difference absolute value (experiment)

    图 14  不同啁啾时间下的相位图(实验)

    Figure 14.  Phase diagram at different chirp time (experiment)

    图 15  频带宽度对相位差绝对值最大值的影响(实验)

    Figure 15.  Effect of frequency bandwidth on maximum ofphase difference absolute value (experiment)

    图 16  不同频带宽度下的相位图

    Figure 16.  Phase diagram at different frequency bandwidth

    图 17  不同频率下锁相红外检测相位图

    Figure 17.  Phase diagram of lock-in infrared detection at different frequency

    图 18  不同数据处理算法下的相位图

    Figure 18.  Phase diagram of different data processing algorithms

    表  1  材料的热学性能参数

    Table  1.   Parameters of thermal properties of material

    材料 热导率/
    (W·(m·℃)-1)
    密度/
    (kg·m-3)
    比热容/
    (J·(kg·℃) -1)
    钛合金 7 4450 678
    空气 0.026 1.161 1007
    下载: 导出CSV

    表  2  边界与初始条件参数

    Table  2.   Parameters of boundary and initial conditions

    参数 换热系数/
    (W·(m·℃)-1)
    热流强度/
    (W·m-2)
    环境温度/
    数值 12.5 200 24
    下载: 导出CSV

    表  3  仿真变化参数

    Table  3.   Simulation change parameters

    参数 数值
    啁啾时间/s 6,10,12,14,16,18
    蒙皮厚度/mm 0.6,0.85,1.0,1.2,1.4,2.0
    频带宽度/Hz 0.2,0.4,0.6,0.8,0.99
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-08-24
  • 录用日期:  2016-09-02
  • 网络出版日期:  2017-09-20

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