空間結(jié)構(gòu)的損傷熱像檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種空間結(jié)構(gòu)的損傷熱像檢測方法，包括在真空冷黑環(huán)境下，選擇一與待檢測空間結(jié)構(gòu)相同的完好結(jié)構(gòu)，對(duì)其施加一變化熱流，熱流大小隨時(shí)間線性變化；采用熱像儀記錄熱流變化時(shí)間段內(nèi)的溫度場變化圖像與溫度數(shù)據(jù)；對(duì)待檢測空間結(jié)構(gòu)施加同樣的隨時(shí)間變化的熱流，記錄待檢測空間結(jié)構(gòu)的溫度變化圖像和數(shù)據(jù)；在得到兩組溫度場變化數(shù)據(jù)后計(jì)算出空間結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在損傷的概率大小。本發(fā)明的方法可快速有效地檢測空間結(jié)構(gòu)內(nèi)部是否存在損壞，從而為進(jìn)一步確認(rèn)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(jié)構(gòu)的損傷熱像檢測方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于空間結(jié)構(gòu)損傷的無損檢測【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明的方法適用于天線反射面板、往返飛行器機(jī)翼等的復(fù)合材料、太陽翼電池板等空間結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，隨著航天技術(shù)的發(fā)展，空間結(jié)構(gòu)采用越來越多的復(fù)合材料，空間結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料一般是由多層結(jié)構(gòu)組成，內(nèi)部構(gòu)型較為復(fù)雜，損傷多由內(nèi)部出現(xiàn)，在地面一般環(huán)境下很難通過人工發(fā)現(xiàn)。如果帶有內(nèi)部損傷的空間結(jié)構(gòu)發(fā)射入軌，在空間復(fù)雜惡劣環(huán)境的影響下將會(huì)進(jìn)一步發(fā)展并惡化，嚴(yán)重時(shí)將引起空間結(jié)構(gòu)的功能失效，甚至造成整個(gè)航天器任務(wù)的失敗。因此，通過有效的方法檢測出空間結(jié)構(gòu)是否存在缺陷具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。
[0003]現(xiàn)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(duì)于空間結(jié)構(gòu)這種內(nèi)部復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，使超聲波和X射線探傷的計(jì)算變得非常復(fù)雜，判斷結(jié)構(gòu)是否出現(xiàn)異常的難度大大增加。現(xiàn)在主要通過環(huán)境應(yīng)力篩選的方法增加空間結(jié)構(gòu)所受的環(huán)境應(yīng)力強(qiáng)度，使內(nèi)部損傷及早暴露到人工可以發(fā)現(xiàn)的程度，然后作出相應(yīng)的改進(jìn)措施，提高航天器可靠性。但是，增加環(huán)境應(yīng)力以提早暴露缺陷的方法會(huì)造成完好結(jié)構(gòu)的過試驗(yàn)問題，降低空間結(jié)構(gòu)的使用壽命。另外，對(duì)于往返飛行器中可重復(fù)利用的空間結(jié)構(gòu)，這種檢測方法的可行性較低。因此，為了提高空間結(jié)構(gòu)可靠性，須實(shí)現(xiàn)對(duì)空間結(jié)構(gòu)的無損檢測。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的發(fā)明目的在于提供一種快速有效地檢測空間結(jié)構(gòu)內(nèi)部是否存在損壞的檢測方法，從而為進(jìn)一步確認(rèn)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(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案:
[0006]一種空間結(jié)構(gòu)的損傷熱像檢測方法，包括以下步驟:
[0007]I)在真空冷黑環(huán)境下，選擇一個(gè)與待檢測空間結(jié)構(gòu)相同的完好結(jié)構(gòu)，對(duì)其一側(cè)施加一變化熱流，熱流大小隨時(shí)間線性變化，最小值和最大值分別為O和10個(gè)太陽常數(shù)；
[0008]2)隨著變化熱流的施加，采用熱像儀記錄外加的熱流變化時(shí)間段內(nèi)該完好結(jié)構(gòu)的溫度場的變化圖像與溫度數(shù)據(jù)；
[0009]3)對(duì)待檢測空間結(jié)構(gòu)施加同樣的隨時(shí)間變化的熱流，采用熱像儀記錄待檢測空間結(jié)構(gòu)的溫度變化圖像和數(shù)據(jù)；在得到兩組溫度場變化數(shù)據(jù)后，通過熱像無損檢測法計(jì)算出空間結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在損傷的概率大小，并給出損傷的位置和大小范圍。
[0010]其中，變化熱流通過紅外加熱板、紅外加熱燈以及激光加熱方式來施加。
[0011]其中，對(duì)于無標(biāo)準(zhǔn)件(即與待檢測空間結(jié)構(gòu)相同的完好結(jié)構(gòu))可對(duì)比的情況下，采用溫度場數(shù)值計(jì)算軟件ANSYS、SINDA/FLUINT、UG等計(jì)算完好結(jié)構(gòu)在所施加瞬態(tài)外熱流下的溫度場，采用熱像無損檢測法比對(duì)分析損傷位置和大小。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):該方法可以快速有效地檢測空間結(jié)構(gòu)內(nèi)部是否存在損壞，從而為進(jìn)一步確認(rèn)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(fā)明的空間結(jié)構(gòu)的熱像檢測方法的系統(tǒng)示意圖；

【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的空間結(jié)構(gòu)的無損檢測方法實(shí)施系統(tǒng)作進(jìn)一步的說明。
[0015]參見圖1，圖1為實(shí)施本發(fā)明的空間結(jié)構(gòu)熱像檢測方法的系統(tǒng)示意圖，其中，在該系統(tǒng)中，對(duì)于設(shè)計(jì)的該熱像檢測空間結(jié)構(gòu)而言，實(shí)現(xiàn)了對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件(即與待檢測空間結(jié)構(gòu)相同的完好結(jié)構(gòu))與待測件(待檢測的空間結(jié)構(gòu))的瞬態(tài)加熱與熱像測溫。首先選擇一個(gè)與待檢測空間結(jié)構(gòu)相同的完好結(jié)構(gòu)，在空間結(jié)構(gòu)一側(cè)施加一變化熱流，熱流大小隨時(shí)間線性變化，最小值和最大值分別為O和10個(gè)太陽常數(shù)，結(jié)構(gòu)材料的導(dǎo)熱系數(shù)越大，外熱流變化速率越大；加熱方式采用三種方式:紅外加熱板、紅外加熱燈以及激光加熱。
[0016]同時(shí)采用熱像儀記錄外加熱流變化時(shí)間段內(nèi)溫度場的變化圖像與溫度數(shù)據(jù)。熱像儀正對(duì)標(biāo)準(zhǔn)物體表面，操作熱像儀記錄待測表面溫度分布數(shù)據(jù)。然后對(duì)待檢測件施加同樣的隨時(shí)間變化的熱流，采用熱像儀記錄待測件溫度變化圖像和數(shù)據(jù)；在得到兩組溫度場變化數(shù)據(jù)后，通過熱像無損檢測分析方法(例如上述的計(jì)算軟件)計(jì)算出空間結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在損傷的概率大小，并給出損傷的位置和大小范圍。計(jì)算內(nèi)部存在損傷概率的方法分以下幾個(gè)步驟:a)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)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(jù)標(biāo)準(zhǔn)件與被測件同一位置處溫度隨時(shí)間變化的差異大小進(jìn)行損傷情況判斷。某時(shí)刻同一點(diǎn)溫差為:
[0018]Δ T (x, y, t) = T(x, y, t)-Ts(x, y, t)
[0019]首先逐點(diǎn)掃描(x，y，t)坐標(biāo)下AT超過限制值A(chǔ)Tc的點(diǎn)(xl，yl)，然后掃描其周圍點(diǎn)，若周圍點(diǎn)AT(x，y，t)均大于限制值A(chǔ)Tc，則繼續(xù)掃描，直至T(x，y，t)小于限制值。然后計(jì)算此區(qū)域的面積S(n，t)。b)根據(jù)S(n，t)與臨界面積的對(duì)比，判斷此區(qū)域是否存在損傷。若S (n，t)大于臨界面積,則認(rèn)為發(fā)生損傷。c)根據(jù)ATcXS(n, t) =B,判斷(xl,yl)區(qū)域發(fā)生損傷的概率。(xl，yl)發(fā)生損傷的概率計(jì)算為:P = Min(B/lK*cm2,1)。
[0020]對(duì)于無標(biāo)準(zhǔn)件可對(duì)比的情況下，采用溫度場計(jì)算軟件計(jì)算完好待測件在所施加瞬態(tài)外熱流下的溫度場，采用熱像無損檢測分析軟件比對(duì)分析損傷位置和大小。
[0021]在給出損傷位置和大小后通過人工方法或其它方法進(jìn)一步確認(rèn)損傷情況。
[0022]盡管上文對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了詳細(xì)的描述和說明，但應(yīng)該指明的是，我們可以對(duì)上述實(shí)施方式進(jìn)行各種改變和修改，但這些都不脫離本發(fā)明的精神和所附的權(quán)利要求所記載的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種空間結(jié)構(gòu)的損傷熱像檢測方法，包括以下步驟: 1)在真空冷黑環(huán)境下，選擇一個(gè)與待檢測空間結(jié)構(gòu)相同的完好結(jié)構(gòu)，對(duì)其一側(cè)施加一變化熱流，熱流大小隨時(shí)間線性變化，最小值和最大值分別為O和10個(gè)太陽常數(shù)； 2)隨著變化熱流的施加，采用熱像儀記錄外加的熱流變化時(shí)間段內(nèi)該完好結(jié)構(gòu)的溫度場的變化圖像與溫度數(shù)據(jù)； 3)對(duì)待檢測空間結(jié)構(gòu)施加同樣的隨時(shí)間變化的熱流，采用熱像儀記錄待檢測空間結(jié)構(gòu)的溫度變化圖像和數(shù)據(jù)；在得到兩組溫度場變化數(shù)據(jù)后，通過熱像無損檢測法計(jì)算出空間結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在損傷的概率大小，并給出損傷的位置和大小范圍。
2.如權(quán)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、紅外加熱燈以及激光加熱方式來施加。
3.如權(quán)利要求1所述的損傷熱像檢測方法，其中，對(duì)于無標(biāo)準(zhǔn)件(即與待檢測空間結(jié)構(gòu)相同的完好結(jié)構(gòu))可對(duì)比的情況下，采用溫度場數(shù)值計(jì)算軟件ANSYS、SINDA/FLUINT.UG計(jì)算完好結(jié)構(gòu)在所施加瞬態(tài)外熱流下的溫度場，采用熱像無損檢測法比對(duì)分析損傷位置和大小。
【文檔編號(hào)】G01N25/72GK104181200SQ201410437100
【公開日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月29日
【發(fā)明者】畢研強(qiáng), 尚永紅, 李西園, 紀(jì)欣言, 王晶, 解崢, 李濤 申請(qǐng)人:北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所