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第1章 绪论3

1.1 粘接结构主要特点及缺陷5

1.1.1 粘接结构的主要特点及缺陷5

1.1.2 粘接结构无损检测方法综述6

1.2 红外热波成像检测技术的国内外研究与应用现状7

1.2.1 热波理论国内外研究现状7

1.2.2 热激励源问题的研究现状9

1.2.3 陷定量识别方法研究10

1.2.4 存在的主要问题12

1.3 本书的主要工作13

第2章 基于热波理论的热传导特性分析17

2.1 红外热波成像检测的基本原理17

2.2 瞬态导热微分方程及其定解条件18

2.2.1 导热微分方程18

2.2.2 瞬态导热微分方程的定解条件21

2.3 不同热激励条件下的瞬态热传导分析22

2.3.1 脉冲热激励热传导分析（PT）23

2.3.2 持续加热热传导分析（ST）24

2.3.3 锁相热激励热传导分析（LT）25

2.3.4 功率超声激励产生内热源热传导模型（UT）26

2.4 含缺陷半无限大平板结构脉冲热激励条件下的表面温度场分析27

2.5 含缺陷圆柱结构脉冲热激励热传导特性分析29

2.6 实际脉冲热激励条件下表面的温度场分布31

2.7 本章小结34

第3章 热波传导数值分析及脉冲热激励源的参数优化37

3.1 基于有限元理论的热传导分析37

3.2 正交各向异性复合材料脉冲红外热波成像检测数值分析38

3.2.1 建模与划分网格39

3.2.2 初始条件及边界条件39

3.2.3 计算结果与分析40

3.3 固体火箭发动机多层粘接结构脉冲红外热波成像检测数值分析42

3.3.1 建模、划分网格及定解条件43

3.3.2 计算结果与分析44

3.4 脉冲热激励源的参数优化研究46

3.4.1 几种典型的检测参数46

3.4.2 脉冲热流密度与检测参数关系分析48

3.4.3 脉冲宽度与检测参数关系分析49

3.4.4 脉冲能量对检测能力的影响分析49

3.5 基于多脉冲热激励的复合材料结构热传导特性分析51

3.5.1 多脉冲（Multi-pulse）概念的提出51

3.5.2 多脉冲对缺陷检测能力的影响分析及间隔时间优化51

3.5.3 多脉冲热激励的实验验证54

3.6 本章小结56

第4章 缺陷定量识别与重建方法研究61

4.1 红外图像序列数据处理及分析方法61

4.1.1 常规红外图像处理方法61

4.1.2 动态热层析技术66

4.1.3 脉冲相位法67

4.1.4 红外图像序列分段拟合重建68

4.1.5 基于图像序列微分和差分相结合的缺陷对比度增强方法71

4.2 脱粘缺陷大小的定量识别74

4.2.1 最大对比度阈值分割的缺陷大小识别74

4.2.2 基于数学形态学分水岭方法的缺陷分割76

4.3 脱粘缺陷深度定量识别77

4.3.1 采用最佳检测时间计算缺陷深度77

4.3.2 基于BP神经网络的缺陷深度和大小计算78

4.4 基于实验数据与有限元分析相结合的缺陷重建算法80

4.4.1 缺陷模型修正单元80

4.4.2 FEM仿真单元84

4.4.3 缺陷重建过程84

4.4.4 实验验证84

4.5 本章小结86

第5章 固体火箭发动机壳体粘接结构红外热波成像检测实验91

5.1 实验概述91

5.1.1 实验目的91

5.1.2 实验设备91

5.1.3 固体火箭发动机壳体试件描述92

5.1.4 实验准备及实验参数选择92

5.2 含分层缺陷的层状玻璃纤维复合材料试件检测及分析93

5.2.1 含分层复合材料试件93

5.2.2 实验结果及分析94

5.2.3 缺陷大小、深度的定量识别95

5.3 含脱粘缺陷的钢壳体／橡胶绝热层试件检测及分析96

5.3.1 平底洞模拟的钢壳体／绝热层脱粘缺陷检测97

5.3.2 聚四氟乙烯夹层模拟的脱粘缺陷检测100

5.3.3 结论102

5.4 含脱粘缺陷玻璃纤维／橡胶绝热层试件检测及分析102

5.4.1 平底洞模拟的圆形脱粘缺陷红外热波成像检测103

5.4.2 聚四氟乙烯模拟的正方形脱粘缺陷检测105

5.4.3 大面积空气脱粘缺陷的红外热波成像检测108

5.4.4 紧贴性脱粘缺陷的红外热波成像检测108

5.4.5 结论110

5.5 含脱粘缺陷的壳状钢壳体／橡胶绝热层试件检测及分析110

5.5.1 圆柱形小曲率钢壳体／绝热层平底洞试件热波检测110

5.5.2 球形小曲率钢壳体／绝热层平底洞试件的热波检测114

5.5.3 结论119

5.6 某型复合材料SRM红外热波成像检测及分析119

5.7 本章小结121

第6章 粘接结构红外热波成像检测能力评估125

6.1 检测参数影响因素分析125

6.1.1 热波检测的适用性分析125

6.1.2 材料参数对检测参数影响分析126

6.1.3 缺陷参数对检测参数影响分析130

6.1.4 环境因素对检测参数影响分析135

6.1.5 热激励源参数对检测参数影响分析136

6.1.6 参数处理137

6.2 固体火箭发动机壳体脱粘缺陷红外热波成像检测能力评估138

6.2.1 玻璃纤维复合材料检测分辨率分析138

6.2.2 钢壳体／绝热层缺陷检测分辨率分析140

6.2.3 玻璃纤维壳体／绝热层缺陷检测能力分析142

6.3 固体火箭发动机壳体粘接结构的检测策略144

6.4 本章小结145

第7章 固体火箭发动机壳体粘接结构红外热波成像检测系统设计149

7.1 脉冲闪光灯热激励红外热波成像检测系统整体功能设计149

7.1.1 硬件系统功能设计149

7.1.2 软件系统功能设计150

7.2 硬件系统的详细设计方案151

7.2.1 红外热像仪的选择151

7.2.2 脉冲热激励的研制154

7.2.3 反光板和遮罩的设计156

7.3 红外图像处理和缺陷识别软件系统开发157

7.3.1 系统开发环境157

7.3.2 系统的主要功能和总体框架157

7.3.3 热波图像序列处理技术运行界面158

7.4 系统实验和验证163

7.5 本章小结166

参考文献167