恒定热流持续加热红外热像检测数值模拟及实验研究

论文摘要

在工程结构质量检测与诊断领域，红外热像检测已成为建筑构件内部缺陷检测的有效方法。由定性检测走向定量检测是当前红外热像检测方法发展趋势，本文的主要工作是为房屋建筑红外热像检测定量化而进行的基础性研究。 本文首先对持续加热条件下多层复合介质一维热传导的温度分析解用拉普拉斯变换法进行了求解，得到带有可用来模拟缺陷区域温度分布的一维分析解。然后分别用一维有限差分方法和三维有限元方法对恒定热流持续加热条件下有内部空洞缺陷的混凝土构件的热传导过程进行数值模拟，得到有不同参数缺陷试件的表面温度及对比度变化，发现在持续加热条件下缺陷表面温度差峰值及其时间与缺陷深度存在与脉冲红外热像检测相类似的对应关系。为了对数值模拟的结果进行验证，进行了带不同缺陷的混凝土构件在人工恒定热流持续加热下红外热像缺陷检测实验，得到混凝土板内部缺陷参数对表面温度、对比度变化的影响。实验结果与数值模拟结果的对比表明三维有限元方法是进行建筑构件红外热像检测模拟的有效方法。在三维有限元数值模拟的基础上，本文分析了各参数对温度差峰值及时间的影响，进而提出基于人工神经网络原理的关于缺陷深度的反问题的求解方法，并得到了较好的结果。 最后，联系房屋建筑红外热像缺陷检测的实际工程，对红外检测中建筑墙体与环境的热交换过程及各环境因素对红外检测效果的影响进行了的分析，提出了墙体红外检测的传热学模型。用三维有限元数值模拟方法分析了太阳辐射强度对不同朝向墙面饰面层空鼓检测效果的影响，与实际检测工程相比较，提出不同朝向采取不同的最佳检测时间的方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章绪论
• 1.1 混凝土无损检测技术及其发展
• 1.2 红外热像法基本原理
• 1.3 红外热像无损检测技术的研究进展
• 1.3.1 脉冲光热辐射测量技术
• 1.3.2 调制辐射测量技术
• 1.3.3 脉冲相位光热辐射测量技术
• 1.3.4 阶跃光热辐射测量技术
• 1.3.5 振动（超声）激励辐射测量技术
• 1.3.6 热层析方法
• 1.3.7 双波段红外热像法
• 1.3.8 建筑材料红外热像检测的特点
• 1.4 红外热像无损检测的应用
• 1.4.1 电力设备的红外检测与诊断
• 1.4.2 石油化工设备的红外检测
• 1.4.3 房屋建筑检测与诊断中的应用
• 1.4.4 材料与构件的红外无损检测
• 1.4.5 其它方面的应用
• 1.5 本文的技术路线及主要工作
• 1.5.1 本文研究的目标
• 1.5.2 本文的技术路线
• 1.5.3 本文的主要工作
• 第2章 持续加热条件下一维非稳态热传导求解
• 2.1 一维传热分析解
• 2.1.1 不含缺陷区域的求解
• 2.1.2 含有缺陷区域的求解
• 2.2 持续加热条件下一维热传导的有限差分法求解
• 2.2.1 物理模型
• 2.2.2 无缺陷区域的差分方程
• 2.2.3 有缺陷区域的差分方程
• 2.2.4 程序编制
• 2.2.5 计算结果分析
• 2.3 本章小结
• 第3章 持续加热条件下混凝土板热传导的三维有限元模拟
• 3.1 有限元热分析的基本原理
• 3.1.1 有限元计算的传热学基础
• 3.1.2 稳态热传导有限元的一般格式
• 3.1.3 瞬态热传导有限元的一般格式
• 3.2 用ANSYS有限元软件进行热分析的一般过程
• 3.3 实例计算及结果分析
• 3.3.1 物理模型
• 3.3.2 有限元计算过程
• 3.3.3 计算结果及分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 红外热像法检测混凝土板内部缺陷实验
• 4.1 实验目的
• 4.2 试件设计及制作
• 4.4 实验结果及分析
• 4.4.1 缺陷深度对热像图的影响
• 4.4.2 缺陷大小对热像图的影响分析
• 4.4.3 实验结果与一维有限差分计算和三维有限元计算结果的比较
• 4.5 本章小结
• 第5章 关于缺陷深度的反问题分析
• 5.1 引言
• 5.2 关于缺陷深度的反问题计算方法
• 5.2.1 热层析法
• 5.2.2 脉冲相位方法
• 5.2.3 最大对比温度法
• 5.2.4 一阶导数最大值法
• 5.2.5 曲线拟合方法
• 5.2.6 拟合公式法
• max的因素分析'>5.3 影响温度差峰值出现时间t_max的因素分析
• 5.4 利用人工神经网络方法求解缺陷深度
• 5.4.1 神经网络方法概述
• 5.4.2 输入变量的确定
• 5.4.3 基于GUI的神经网络设计和分析过程
• 5.5 本章小结
• 第6章 墙体红外热像检测的热交换模型及工程应用
• 6.1 红外热像法在墙体检测中的应用
• 6.2 墙体红外热像法检测的热交换模型分析
• 6.2.1 建筑外墙与外界的热交换分析
• 6.2.2 红外热像法检测过程中环境影响因素分析
• 6.3 外墙饰面层空鼓红外热像检测中太阳辐射影响的研究
• 6.4 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 本文的主要研究结论
• 7.2 下一步的研究方向
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果