一种基于红外热像技术的微动疲劳状态监测方法

本发明涉及微动疲劳状态监测领域，尤其涉及一种基于红外热像技术的微动疲劳状态监测方法。

背景技术：

1、微动疲劳是指材料或者结构件在微动磨损载荷影响下的疲劳问题，是两个相互接触的物体之间产生极小的相对滑动而导致的疲劳失效问题，这种滑移的量级通常为微米级，且是一个循环往复的过程。连接结构的微动疲劳问题在航空航天领域中十分常见，例如航空发动机中涡轮盘与叶片的榫连接结构、圆弧端齿结构、轴与轴之间、轴与盘之间、机匣的连接等，根据已有的研究，在微动疲劳载荷作用下的零部件疲劳强度将会大大降低。因此，在设计、使用和维护航空发动机关键零部件时需要充分考虑微动疲劳造成的危害。

2、微动疲劳裂纹萌生位置较为隐蔽，裂纹扩展速度较快，因此需要能够在不破坏原有结构前提下实现微动疲劳裂纹萌生与扩展监测的方法。现有无损监测方法包括超声波探伤监测、磁粉探伤监测、射线监测法等等，但是这些方法都存在一定的缺陷，超声波探伤监测由于传感器、放大器、耦合剂等造成的非线性信号无法完全隔离，裂纹真实尺寸与检测结果之间可能会存在一定的误差；磁粉探伤监测只适用于含磁性的材料，难以对复杂的结构或非磁性材料进行损伤裂纹检测且检测耗时较长；射线监测法在监测过程中若防护不当，人体可能会受到一定伤害，并且与材料厚度和密度方向一致的射线出现异常时才可被检测到。材料疲劳过程中损耗的能量大约有90%以热的形式释放出来，此过程表现为材料表面或接触区温度的变化，红外热像技术可以在试验过程中做到非接触式监测且对试件表面红外辐射温度场变化情况实时记录，实现对微动疲劳过程中材料损伤情况的实时监测。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种基于红外热像技术的微动疲劳状态监测方法，能够对不同材料、不同连接结构下的微动疲劳状态进行研究且克服了微动疲劳裂纹萌生寿命难以判断的不足之处，具有重要工程实际意义。

2、本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

3、一种基于红外热像技术的微动疲劳状态监测方法，包括以下步骤：

4、步骤1），选用红外热像仪对微动疲劳试验过程中接触区温度变化情况进行监测，红外热像仪的测温范围为-20℃至±250℃，测量精度为±2%；

5、步骤2），在试验件的接触区喷涂一层黑漆，以增加反射率，能够更加清晰的监测温度的变化；

6、步骤3），在恒温恒湿条件下对试验件进行监测，将红外热成像仪放置于距离试验件表面预设的距离阈值处观测试验件接触区的磨损处表面裂纹的情况，对试验件接触区的磨损处表面进行温度监测并记录；

7、步骤4），通过记录的温度变化分析微动疲劳状态以及判断微动疲劳裂纹萌生时刻。

8、作为本发明一种基于红外热像技术的微动疲劳状态监测方法进一步的优化方案，步骤1）中所述红外热像仪选用flir e4 wifi红外热像仪。

9、作为本发明一种基于红外热像技术的微动疲劳状态监测方法进一步的优化方案，步骤3）中所述预设的距离阈值采用100mm。

10、作为本发明一种基于红外热像技术的微动疲劳状态监测方法进一步的优化方案，步骤3）中每20s对试验件接触区的磨损处表面进行温度监测并记录，循环200次。

11、本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

12、1. 本发明可以对不同材料、不同连接结构下的微动疲劳状态进行有效监测，如压气机内部榫连接结构、带衬套耳片螺栓连接结构、涡轮内部圆弧端齿连接结构，具有重要工程实际意义；

13、2. 可以在不破坏原有结构完整性的前提下，对微动疲劳裂纹萌生寿命进行判定。

技术特征：

1.一种基于红外热像技术的微动疲劳状态监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2. 根据权利要求1所述的基于红外热像技术的微动疲劳状态监测方法，其特征在于，步骤1）中所述红外热像仪选用flir e4 wifi红外热像仪。

3.根据权利要求1所述的基于红外热像技术的微动疲劳状态监测方法，其特征在于，步骤3）中所述预设的距离阈值采用100mm。

4.根据权利要求1所述的基于红外热像技术的微动疲劳状态监测方法，其特征在于，步骤3）中每20s对试验件接触区的磨损处表面进行温度监测并记录，循环200次。

技术总结
本发明公开了一种基于红外热像技术的微动疲劳状态监测方法，首先选择合适的红外热像仪；然后对试验件待监测部位进行处理；接着利用红外热像仪对试验过程中试验件接触区温度变化进行监测；最后通过温度变化分析微动疲劳状态以及判断微动疲劳裂纹萌生时刻；本发明能够对不同材料、不同连接结构下的微动疲劳状态进行研究且克服了微动疲劳裂纹萌生寿命难以判断的不足之处，具有重要工程实际意义。

技术研发人员：张宏建,马晓宇,崔海涛
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23