超聲波探測(cè)物體內(nèi)部瞬態(tài)非均勻溫度場(chǎng)的靈敏度方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及溫度的無(wú)損測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體地，設(shè)及一種超聲波探測(cè)物體內(nèi)部瞬 態(tài)非均勻溫度場(chǎng)的靈敏度方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，普遍使用的金屬或合金物體溫度測(cè)量技術(shù)為接觸式，即在被測(cè)物體表面利 用粘貼或焊接方式設(shè)置溫度傳感器測(cè)量，或在結(jié)構(gòu)內(nèi)部打孔安裝溫度傳感器。但接觸式的 方法有很多局限性，如表面黏貼的傳感器受外部環(huán)境如熱流來(lái)流條件影響很大；打孔安裝 破壞了結(jié)構(gòu)的原有形態(tài)會(huì)導(dǎo)致材料內(nèi)部局部的溫度變化，使得測(cè)量存在較大誤差，并且相 對(duì)較緩的響應(yīng)速率也會(huì)對(duì)實(shí)時(shí)測(cè)量帶來(lái)誤差等，該一定程度上限制了其使用條件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于，針對(duì)上述問(wèn)題，提出一種超聲波探測(cè)物體內(nèi)部瞬態(tài)非均勻溫 度場(chǎng)的靈敏度方法，W實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的獲得金屬或金屬合金物體表面溫度和內(nèi)部非均勻溫 度場(chǎng)的優(yōu)點(diǎn)。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0005] 一種超聲波探測(cè)物體內(nèi)部瞬態(tài)非均勻溫度場(chǎng)的靈敏度方法，包括W下步驟：
[0006] 步驟一：加工一個(gè)與被測(cè)物體母材相同的長(zhǎng)方體試件，該長(zhǎng)方體試件被測(cè)方向的 長(zhǎng)度大于一個(gè)超聲波波長(zhǎng)；并標(biāo)定不同溫度條件下長(zhǎng)方體試件內(nèi)超聲波傳播時(shí)間t與溫度 T的相關(guān)關(guān)系，由最小二乘法擬合出其線(xiàn)性或二次函數(shù)關(guān)系式T(t);
[0007] 步驟二：使用耐高溫超聲波探頭，由超聲波脈沖回波法，獲得上述被測(cè)物體母材ti 時(shí)刻的超聲波傳播時(shí)間并同步記錄測(cè)量全過(guò)程時(shí)間及對(duì)應(yīng)時(shí)刻下的超聲波傳播時(shí) 間；
[000引步驟S ;基于上述步驟一中的線(xiàn)性或二次函數(shù)關(guān)系式T(t)，W及步驟二的超聲波 傳播時(shí)間和超聲波傳播時(shí)間，求解熱傳導(dǎo)的反問(wèn)題：
[0009] 熱傳導(dǎo)反問(wèn)題的目標(biāo)函數(shù)為：
[0010]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種超聲波探測(cè)物體內(nèi)部瞬態(tài)非均勻溫度場(chǎng)的靈敏度方法，其特征在于，包括w下 步驟： 步驟一：加工一個(gè)與被測(cè)物體母材相同的長(zhǎng)方體試件，該長(zhǎng)方體試件被測(cè)方向的長(zhǎng)度 大于一個(gè)超聲波波長(zhǎng)；并標(biāo)定不同溫度條件下長(zhǎng)方體試件內(nèi)超聲波傳播時(shí)間t與溫度T的 相關(guān)關(guān)系，由最小二乘法擬合出其線(xiàn)性或二次函數(shù)關(guān)系式T(t); 步驟二：使用耐高溫超聲波探頭，由超聲波脈沖回波法，獲得上述被測(cè)物體母材ti時(shí)刻 的超聲波傳播時(shí)間并同步記錄測(cè)量全過(guò)程時(shí)間及對(duì)應(yīng)時(shí)刻下的超聲波傳播時(shí)間； 步驟基于上述步驟一中的線(xiàn)性或二次函數(shù)關(guān)系式T(t)，W及步驟二的超聲波傳播 時(shí)間和超聲波傳播時(shí)間，求解熱傳導(dǎo)的反問(wèn)題： 熱傳導(dǎo)反問(wèn)題的目標(biāo)函數(shù)為：
式中，LquiYd。。,為待辨識(shí)的被測(cè)物體等效溫度邊界條件；e是實(shí)際測(cè)量值與計(jì)算值之 間的誤差；為數(shù)值計(jì)算得到的t i時(shí)刻的超聲波傳播時(shí)間，下標(biāo)i表示的測(cè)量時(shí)間序數(shù)， n表示總的測(cè)量時(shí)間點(diǎn)數(shù)； 目標(biāo)函數(shù)約束條件為：
T (X, t), t > 0, X G [0, L] 式中，P為材料密度；Cp為材料比熱；k = k(T)為材料的熱傳導(dǎo)系數(shù)，是溫度的函數(shù)；L 為試件被測(cè)方向的長(zhǎng)度； 根據(jù)熱傳導(dǎo)反問(wèn)題的目標(biāo)函數(shù)和約束條件得出等效的溫度邊界條件LquiYd。。,； 步驟四：根據(jù)步驟=所得的等效的溫度邊界條件^。^、。^。，，基于熱傳導(dǎo)的正問(wèn)題求解獲 得試件內(nèi)部不同時(shí)刻的溫度場(chǎng)分布狀態(tài)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波探測(cè)金屬或金屬合金物體內(nèi)部非均勻溫度場(chǎng)的靈敏 度方法，其特征在于：試件等效溫度邊界條件的獲取需要求解靈敏度方程，得出靈敏度矢 量。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲波探測(cè)物體內(nèi)部瞬態(tài)非均勻溫度場(chǎng)的靈敏度方法，其 特征在于；還包括，針對(duì)變壁溫傳熱問(wèn)題，采用線(xiàn)性逼近方式獲取各時(shí)刻的等效溫度邊界條 件，再根據(jù)等效的瞬態(tài)溫度邊界獲得試件內(nèi)部不同時(shí)刻的溫度場(chǎng)分布狀態(tài)的步驟。

【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種超聲波探測(cè)物體內(nèi)部瞬態(tài)非均勻溫度場(chǎng)的靈敏度方法，根據(jù)標(biāo)定不同溫度條件下被測(cè)試件母材內(nèi)超聲波傳播時(shí)間 與溫度的相關(guān)關(guān)系以及由超聲波脈沖回波法獲得的測(cè)量全過(guò)程時(shí)間及對(duì)應(yīng)時(shí)刻下的超聲波傳播時(shí)間，求解基于解靈敏度方程的熱傳導(dǎo)反問(wèn)題，要求優(yōu)化所得等效的溫度邊界條件使得數(shù)值模擬所得的超聲在物體內(nèi)傳播時(shí)間與實(shí)測(cè)的超聲波傳播時(shí)間差值最小，再通過(guò)熱傳導(dǎo)正問(wèn)題的求解即可獲得試件內(nèi)部不同時(shí)刻的溫度場(chǎng)分布狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確地獲得金屬或金屬合金物體表面溫度和內(nèi)部非均勻溫度場(chǎng)的優(yōu)點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬或合金物體表面溫度和溫度內(nèi)部瞬態(tài)非均勻溫度場(chǎng)的實(shí)時(shí)測(cè)量。
【IPC分類(lèi)】G01K11-22
【公開(kāi)號(hào)】CN104596667
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510003663
【發(fā)明人】魏東, 石友安, 杜雁霞, 曾磊, 桂業(yè)偉, 肖光明, 劉磊, 楊肖鋒
【申請(qǐng)人】中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心計(jì)算空氣動(dòng)力研究所
【公開(kāi)日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2015年1月5日