[发明专利]一种基于超声波的瞬态转捩热流的无损探测方法

摘要

本发明公开了一种基于超声波的瞬态转捩热流的无损探测方法，本发明基于超声波在固体结构中的传播时间，通过求解波传播路径和热传导反问题，反演导致结构温度变化的瞬态转捩热流，同时，较为精确的计算出转捩位置。本发明公开的超声无损探测方法，无需破坏结构，有效的保证了结构的强度和刚度，直接求解超声波路径方程和二维热传导反问题，减小了转捩热流测量的原理性误差，实时性强，分辨率高、稳定性好，可实现转捩热流和转捩位置的同时高精度测量。

主权项

1.一种基于超声波的瞬态转捩热流的无损探测方法，其特征在于，包括以下步骤：1)根据转捩热流测量精度的需要，沿着平行热边界的方向，形成n点均布的扫描，得到共计K条传播路径；2)在扫描的同时，向热边界的方向激发垂直入射的超声信号，经热边界反馈后接收回波信号，得到第k条传播路径上t_i时刻的传播时间3)根据超声波传播时间的测量误差建立目标泛函：式中，q(Γ0,t)为待辨识的瞬态转捩热流；Γ0为转捩热流加载的边界，σ是计算传播时间与测量传播时间的偏差；ttof,c(sk,ti)为数值计算得到的第k条路径上ti时刻的超声波传播时间；4)基于多目标优化思想，将反问题求解过程，转为带约束条件的优化问题，反问题描述：已知测量得到的超声波渡越时间ttof，求解约束条件中的边界热流q(Γ0,t)，约束条件:式中：ρ为材料密度；Cp为材料比热；k为材料的热传导系数；Γ1为超声波入射边界；Γ2是余下的边界；a，b分别是传播路径的起始点和终点；5)耦合温度场，根据最速传播原则，建立超声波传播路径方程：式中：y”为y关于x的二阶导数；y'为y关于x的一阶导数；6)基于超声波传播速度与温度的相关性，将约束条件代入目标函数，引入伴随变量，建立伴随方程：式中：λ是伴随变量；δ是克罗内克符号；7)数值求解传播路径方程和伴随方程，得到目标函数的梯度矢量，并构造共轭梯度；8)以共轭梯度为优化方向，由一维精确搜索确定步长，对参数值进行优化，得到第l轮优化的瞬态转捩热流q(Γ0,t)l；9)根据测量误差原则取J≤Knσm2，判断是否收敛，若收敛，则停止计算；否则返回步骤5)，继续优化迭代，直至收敛，σm是测量传播时间的误差。