空間結構的損傷熱像檢測方法
2023-10-11 19:07:04 4
空間結構的損傷熱像檢測方法
【專利摘要】本發明公開了一種空間結構的損傷熱像檢測方法，包括在真空冷黑環境下，選擇一與待檢測空間結構相同的完好結構，對其施加一變化熱流，熱流大小隨時間線性變化；採用熱像儀記錄熱流變化時間段內的溫度場變化圖像與溫度數據；對待檢測空間結構施加同樣的隨時間變化的熱流，記錄待檢測空間結構的溫度變化圖像和數據；在得到兩組溫度場變化數據後計算出空間結構內部存在損傷的概率大小。本發明的方法可快速有效地檢測空間結構內部是否存在損壞，從而為進一步確認損傷情況提供支撐，有力地提高空間飛行器的可靠性。
【專利說明】空間結構的損傷熱像檢測方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於空間結構損傷的無損檢測【技術領域】。本發明的方法適用於天線反射面板、往返飛行器機翼等的複合材料、太陽翼電池板等空間結構。
【背景技術】
[0002]目前，隨著航天技術的發展，空間結構採用越來越多的複合材料，空間結構的複合材料一般是由多層結構組成，內部構型較為複雜，損傷多由內部出現，在地面一般環境下很難通過人工發現。如果帶有內部損傷的空間結構發射入軌，在空間複雜惡劣環境的影響下將會進一步發展並惡化，嚴重時將引起空間結構的功能失效，甚至造成整個太空飛行器任務的失敗。因此，通過有效的方法檢測出空間結構是否存在缺陷具有非常重要的現實意義。
[0003]現有的無損檢測方法主要有超聲波探傷和X射線探傷兩種。對於空間結構這種內部複雜的結構，使超聲波和X射線探傷的計算變得非常複雜，判斷結構是否出現異常的難度大大增加。現在主要通過環境應力篩選的方法增加空間結構所受的環境應力強度，使內部損傷及早暴露到人工可以發現的程度，然後作出相應的改進措施，提高太空飛行器可靠性。但是，增加環境應力以提早暴露缺陷的方法會造成完好結構的過試驗問題，降低空間結構的使用壽命。另外，對於往返飛行器中可重複利用的空間結構，這種檢測方法的可行性較低。因此，為了提高空間結構可靠性，須實現對空間結構的無損檢測。
【發明內容】
[0004]本發明的發明目的在於提供一種快速有效地檢測空間結構內部是否存在損壞的檢測方法，從而為進一步確認損傷情況提供支撐，有力地提高空間飛行器的可靠性。
[0005]為了實現上述目的，本發明採用了如下的技術方案:
[0006]一種空間結構的損傷熱像檢測方法，包括以下步驟:
[0007]I)在真空冷黑環境下，選擇一個與待檢測空間結構相同的完好結構，對其一側施加一變化熱流，熱流大小隨時間線性變化，最小值和最大值分別為O和10個太陽常數；
[0008]2)隨著變化熱流的施加，採用熱像儀記錄外加的熱流變化時間段內該完好結構的溫度場的變化圖像與溫度數據；
[0009]3)對待檢測空間結構施加同樣的隨時間變化的熱流，採用熱像儀記錄待檢測空間結構的溫度變化圖像和數據；在得到兩組溫度場變化數據後，通過熱像無損檢測法計算出空間結構內部存在損傷的概率大小，並給出損傷的位置和大小範圍。
[0010]其中，變化熱流通過紅外加熱板、紅外加熱燈以及雷射加熱方式來施加。
[0011]其中，對於無標準件(即與待檢測空間結構相同的完好結構)可對比的情況下，採用溫度場數值計算軟體ANSYS、SINDA/FLUINT、UG等計算完好結構在所施加瞬態外熱流下的溫度場，採用熱像無損檢測法比對分析損傷位置和大小。
[0012]本發明與現有技術相比，具有以下優點:該方法可以快速有效地檢測空間結構內部是否存在損壞，從而為進一步確認損傷情況提供支撐，有力地提高空間飛行器的可靠性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為本發明的空間結構的熱像檢測方法的系統示意圖；
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖對本發明的空間結構的無損檢測方法實施系統作進一步的說明。
[0015]參見圖1，圖1為實施本發明的空間結構熱像檢測方法的系統示意圖，其中，在該系統中，對於設計的該熱像檢測空間結構而言，實現了對標準件(即與待檢測空間結構相同的完好結構)與待測件(待檢測的空間結構)的瞬態加熱與熱像測溫。首先選擇一個與待檢測空間結構相同的完好結構，在空間結構一側施加一變化熱流，熱流大小隨時間線性變化，最小值和最大值分別為O和10個太陽常數，結構材料的導熱係數越大，外熱流變化速率越大；加熱方式採用三種方式:紅外加熱板、紅外加熱燈以及雷射加熱。
[0016]同時採用熱像儀記錄外加熱流變化時間段內溫度場的變化圖像與溫度數據。熱像儀正對標準物體表面，操作熱像儀記錄待測表面溫度分布數據。然後對待檢測件施加同樣的隨時間變化的熱流，採用熱像儀記錄待測件溫度變化圖像和數據；在得到兩組溫度場變化數據後，通過熱像無損檢測分析方法(例如上述的計算軟體)計算出空間結構內部存在損傷的概率大小，並給出損傷的位置和大小範圍。計算內部存在損傷概率的方法分以下幾個步驟:a)計算標準件與待測件之間的溫度差異。
[0017]熱像無損檢測分析方法根據標準件與被測件同一位置處溫度隨時間變化的差異大小進行損傷情況判斷。某時刻同一點溫差為:
[0018]Δ T (x, y, t) = T(x, y, t)-Ts(x, y, t)
[0019]首先逐點掃描(x，y，t)坐標下AT超過限制值ATc的點(xl，yl)，然後掃描其周圍點，若周圍點AT(x，y，t)均大於限制值ATc，則繼續掃描，直至T(x，y，t)小於限制值。然後計算此區域的面積S(n，t)。b)根據S(n，t)與臨界面積的對比，判斷此區域是否存在損傷。若S (n，t)大於臨界面積,則認為發生損傷。c)根據ATcXS(n, t) =B,判斷(xl,yl)區域發生損傷的概率。(xl，yl)發生損傷的概率計算為:P = Min(B/lK*cm2,1)。
[0020]對於無標準件可對比的情況下，採用溫度場計算軟體計算完好待測件在所施加瞬態外熱流下的溫度場，採用熱像無損檢測分析軟體比對分析損傷位置和大小。
[0021]在給出損傷位置和大小後通過人工方法或其它方法進一步確認損傷情況。
[0022]儘管上文對本發明的【具體實施方式】進行了詳細的描述和說明，但應該指明的是，我們可以對上述實施方式進行各種改變和修改，但這些都不脫離本發明的精神和所附的權利要求所記載的範圍。
【權利要求】
1.一種空間結構的損傷熱像檢測方法，包括以下步驟: 1)在真空冷黑環境下，選擇一個與待檢測空間結構相同的完好結構，對其一側施加一變化熱流，熱流大小隨時間線性變化，最小值和最大值分別為O和10個太陽常數； 2)隨著變化熱流的施加，採用熱像儀記錄外加的熱流變化時間段內該完好結構的溫度場的變化圖像與溫度數據； 3)對待檢測空間結構施加同樣的隨時間變化的熱流，採用熱像儀記錄待檢測空間結構的溫度變化圖像和數據；在得到兩組溫度場變化數據後，通過熱像無損檢測法計算出空間結構內部存在損傷的概率大小，並給出損傷的位置和大小範圍。
2.如權利要求1所述的損傷熱像檢測方法，其中，變化熱流通過紅外加熱板、紅外加熱燈以及雷射加熱方式來施加。
3.如權利要求1所述的損傷熱像檢測方法，其中，對於無標準件(即與待檢測空間結構相同的完好結構)可對比的情況下，採用溫度場數值計算軟體ANSYS、SINDA/FLUINT.UG計算完好結構在所施加瞬態外熱流下的溫度場，採用熱像無損檢測法比對分析損傷位置和大小。
【文檔編號】G01N25/72GK104181200SQ201410437100
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月29日 優先權日:2014年8月29日
【發明者】畢研強, 尚永紅, 李西園, 紀欣言, 王晶, 解崢, 李濤 申請人:北京衛星環境工程研究所