基于超声波的结构内部温度场重建方法研究.pdf

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1、第53卷第12期2017年6月机械工程学报JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGVbl．53Jun．NO．122017DoI：10．3901／JME．2017．12．044基于超声波的结构内部温度场重建方法研究木施超1胡斌1，2梁晓瑜1(1．中国计量大学计量测试工程学院杭州310018；2．中国特种设备检测研究院无损检测中心北京100029)摘要：针对在工业应用中对结构内部温度场无损测量的需求，以超声测温机理和热传导理论为基础，提出一种一维稳态结构内部温度场的重建方法，并且设计一套微秒级超声声

2、时测量的超声测温系统以验证此方法的可行性。根据所提出的结构内部温度场重建方法，分别进行超声声速与温度的标定试验和结构内部一维稳态非均匀温度场的重建试验，测量了结构试样在单边受热过程中的超声声时，构建了结构试样底面在100℃、150℃、200℃加热，上表面15℃水冷情况下的内部温度场分布，并且系统分析冷端边界条件、标定方程、热扩散系数、热膨胀等因素对重建效果的影响。结果表明：本方法能够实现结构内部一维稳态温度场的重建，并且在对于温度梯度明显的区域具有较好的重建精度。关键词：超声测温；一维稳态温度场；温度场重建；试验验

3、证中图分类号：TK311ReconstructionofInternalTemperatureDistributioninSolidStructurebyUltrasoundThermometrySHICha01HUBinl，2LIANGXiaoyul(1．CollegeofMe仃ologyandMeasurementEngineering，ChinaJiliangUniVersi劬Hallgzhou310018；2．Nondes仃uctiveTestingcenter，ChinaSpecialEquipmentI

4、nspectionandResearchInstitute，Beijing100029)Abstract：Tbsatis匆t11erequirementsoftheindustrial印plicationfort11enon—des仃uctiVemeasurementofintemaltempera咖instrIlctures，anewmetllodforrecons协lctingtlleone—dimensionalsteadyintemaltemperaturedistributioninsolidstrLlc

5、turesusingul仃asound也emome仃ymechanismandheatconductiontheoryispresemed．Andan111trasonicsystemofmicrosecondmeasurementisdesignedtoveri匆thefeasibilityofthememod．AccordingtotheproposedtempemtIlrefieldreconsmJctionmemod，thecalibmtionexp嘶memsofmeul仃asonicvelocityand

6、temperatIlreandtheone—dimensionalsteadynon—unifomtemperamrefieldreconstrIlctionexperimentsinmesmlcturesareca—edout．U1n毽sonicpulseechomeasurementsareperfb姗edfort11ealuminumcylindcrof200lIlInthickness，whosebottomsideisheatedbyaheaterof100℃，150℃and200℃，眦dsimul协ne

7、ouslymet叩sll癌扰eiscooleddownbyme15℃watertorecons饥lcttheintemaltemperatLlrefielddistribution．Besides，theinnuencesofmec01dboundarycondition，mecalibrationequation，themlaldifmsioncoefficient，andt11emalexpansionontheprecisionofreconstnJctionarec删edoutindetail．Itshow

8、sthatmepresentedmethodcanrealizethereconstrIlctionofmeimemalonedimensionalsteadytempemturefieldinsnllctures，andhasbetterreconstmctionprecisionfortheregionswimobvioustempemturegradi