电磁超声法测量结构内部温度场的试验研究

为实现结构内部温度场的无损、实时与高精度探测,研究设计一种可非接触式测量的电磁超声测温原理性试验系统。通过检测超声波回波信号在结构内部传递过程中波速的变化,根据热/声耦合理论,采用基于灵敏度法的温度场重建技术实现了对超声传播路径上温度非均匀分布状态的测量。基于钢试件的标定试验、稳态传热试验和瞬态传热试验,对超声测温系统及灵敏度测温方法的可靠性和准确性进行了试验研究。试验结果表明,采用灵敏度法的超声测温技术,结合无损非接触式探测的电磁超声方法,能够有效测量结构内部稳态/瞬态温度场分布状态,具有重要的工程应用价值。     

稳态传热条件下的结构温度场和厚度同时测量方法研究

同时预测结构内部温度场和厚度对定量化评估油气管道等高温石化设备的安全可靠性有重要意义.采用增大初始时间和时间步,建立稳态传热条件下基于热/声耦合分析的超声同时测厚测温模型.采用超声回波法和热传导反问题分析方法相结合,将结构内部温度场的预测转化为等效热边界条件的反演和热传导正问题的计算问题,发展一种同时测量结构厚度和内部温度场的方法.研究表面,不仅避免了参数识别中输入信息不足带来的矩阵奇异问题,而且反映了波传播路径上由于温度不同所带来的声时累积特性,可有效提升稳态传热条件下超声同时测温测厚的准确性.试验验证可行性和可靠性,不同采样点数、热边界条件和试件厚度等算例分析也表明了该方法有很好的抗噪性.     

三维与准三维碳纤维增强轻质复合材料传热对比研究

基于随机算法,建立了三维与准三维碳纤维增强轻质复合材料代表性体积单元模型,利用周期性边界条件,开展其传热行为对比研究。结果表明：利用随机算法与周期性边界条件,可构建纤维增强复合材料代表性体积单元模型,模型预测值与实测值仅相差0.5%;相同纤维长径比与体积分数,三维碳纤维轻质复合材料面内导热系数比准三维碳纤维轻质复合材料面内导热系数低,厚度方向上则相反,且随长径比增加,三维与准三维碳纤维轻质复合材料的面内导热系数差值显著变大。     

基于细观特征的泡沫混凝土导热系数有限元模拟

在泡沫混凝土孔结构实测参数的基础上,基于随机算法构建了泡沫混凝土代表性体积单元（RVE）模型,结合voxel网格技术,在周期性边界条件下模拟了泡沫混凝土的传热。结果表明：基于球体随机产生算法构建的RVE模型与泡沫混凝土的实测孔结构特征高度一致,孔径分布平均偏差最高为-2.0%,孔隙率平均偏差为-0.1%;基于voxel网格技术在周期性边界条件下求解出的泡沫混凝土导热系数模拟值与实测值的平均偏差仅为-3.1%,具有良好的可靠性。     

固体结构内部瞬态非均匀温度场的重建方法研究

固体结构内部瞬态非均匀温度场的无损测量在航空航天、机械制造、材料加工和医疗卫生等领域都具有十分重要的作用。基于超声波脉冲回波法,建立了超声测量各向同性均匀介质结构内部瞬态温度分布的理论模型,发展了预测结构内部非均匀温度场的灵敏度法和共轭梯度法,并系统比较分析了两种瞬态温度场重建算法的精度、抗噪性和稳定性等特性。实验验证表明：基于热传导反问题的两种方法,重建得到的结构内部瞬态非均匀温度分布精度均较高,实时性好,适用性强;对结构内部瞬态温度场的预测与评估以及探索研究结构内部量的新型测量和控制技术等具有参考意义。固体结构内部瞬态非均匀温度场的无损测量在航空航天、机械制造、材料加工和医疗卫生等领域都具有十分重要的作用。基于超声波脉冲回波法,建立了超声测量各向同性均匀介质结构内部瞬态温度分布的理论模型,发展了预测结构内部非均匀温度场的灵敏度法和共轭梯度法,并系统比较分析了两种瞬态温度场重建算法的精度、抗噪性和稳定性等特性。实验验证表明：基于热传导反问题的两种方法,重建得到的结构内部瞬态非均匀温度分布精度均较高,实时性好,适用性强;对结构内部瞬态温度场的预测与评估以及探索研究结构内部量的新型测量和控制技术等具有参考意义。