[发明专利]基于温度场有限元分析仿真的亚表面损伤检测方法

摘要

本发明公开了一种基于温度场有限元分析仿真的的亚表面损伤检测方法，其特征在于，当对零件上下表面加恒温热源时，零件基体内的温度场分布曲线会有两个转折点，分别对应于裂纹的上下端。对被测零件上下表面加恒温热源，用高分辨率扫描热探针探测零件上表面稳定后的温度场分布，得到实测温度场变化曲线；建立具有不同深度亚表面损伤裂纹零件的三维模型，对零件模型的温度场分布进行有限元分析仿真，得到仿真温度场变化曲线。通过计算分析实测的和仿真的温度场分布曲线相对误差，根据仿真变化曲线的拐点判定出损伤裂纹的深度。本发明能够在不损伤零件的情况下短周期、低成本检测出零件亚表面损伤裂纹的深度。

主权项

一种基于温度场有限元分析仿真的的亚表面损伤检测方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)固定被测光学零件且保证零件四周没有影响热传导的较大障碍物，在零件上表面设置第一加热恒温源T1，下表面设置第二加热恒温源T2，T2＞T1，直至上、下表面加热恒温源T1、T2热传递到达动态平衡。(2)用高分辨率扫描热探针探测被测光学零件上表面D区域中上方温度场的分布，得出实测温度场分布曲线；(3)用有限元分析软件建立被测光学零件的三维模型，设置与步骤(1)相同的温度环境，且设定被测光学零件三维模型中D区域存在h的亚表面损伤裂纹深度，模拟计算被测光学零件三维模型温度场的变化，得到仿真的温度场分布曲线；(4)比较步骤(2)实测温度场分布曲线与步骤(3)模拟仿真的温度场分布曲线得到一个温度场比较曲线，计算两条曲线在横坐标‑20mm‑0.00mm范围内的相对误差，当相对误差满足误差范围时说明假定的亚表面损伤裂纹深度h合理，由此可判定被测光学零件表面D区域的亚表面损伤裂纹深度为h＝h2‑h1，其中h2为亚表面损伤裂纹下端距被测光学零件上表面的距离，h1为亚表面损伤裂纹上端距被测光学零件上表面的距离；(5)当步骤(4)中计算的相对误差大于误差范围，则返回到步骤(3)，重新设置被测光学零件三维模型中D区域的亚表面损伤裂纹深度h’，再按照步骤(4)计算出两条曲线在横坐标‑20mm‑0.00mm范围内的相对误差，直至相对误差满足误差范围。