红外热像法是检测金属疲劳损伤状况有效的方法，但是忽略了疲劳损伤过程中表面显微结构对自发辐射的影响，难以从微观角度对红外热像特征进行完整解释。金属疲劳是一个复杂的能量耗散过程，自发辐射具有偏振特性。在红外热像法中引入偏振探测，不仅能够获取温度场信息，而且能够获得包含发射率变化的表面纹理信息。基于此，搭建拉伸疲劳实验平台和偏振热像采集平台，以Q235低碳钢材料为研究对象，获取循环载荷作用下金属材料表面的热红外偏振图像，利用灰度共生矩阵（GLCM）提取偏振方位角、偏振度以及斯托克斯（Stokes）参量等热像纹理信息，分析金属疲劳损伤过程中金属材料的表面形貌的演化过程。实验结果表明，金属构件偏振热像纹理特征随着疲劳损伤周次不断变化，共生矩阵统计量呈现一定规律性。

为克服红外热像法的不足,提出一种基于表面红外偏振热像特征的金属疲劳损伤评估方法。首先给出金属疲劳损伤评估偏振热成像的理论基础,然后通过实验说明疲劳损伤过程表面微观形貌的变化规律,再基于Tsalis熵进行目标图像分割并分析其特征,最后通过主成分分析进行特征选择并构建基于BP(back propagation)神经网络的非线性预测模型。结果表明,模型训练、验证、测试结果与实际实验测量值具有较好的相关性,Q235平板试件的拉-拉疲劳损伤预测平均误差小于20%。

电涡流脉冲热成像（Eddy current pulsed thermography，ECPT）技术是一种集成了电、磁、热等多物理效应的新兴无损检测技术，具有单次检测范围大、无交互、检测速度快等特点。传统基于特定时刻的单帧热图像分析，很难直接区分不同区域的热分布，无法建立有效的数学、物理模型，对微小缺陷与早期疲劳损伤难以进行完整、有效的检测与评估。本文利用多帧热图像序列构造出了不同阶段的多维观测矩阵，通过拉普拉斯特征映射（ Laplacian eigenmap，LE）方法对高维观测数据集进行降维处理。利用 COMSOL仿真分析了隐马尔科夫模型（ hidden Markov model，HMM）追踪、评估材料特性的有效性，最后通过 HMM对降维后的齿轮疲劳数据进行学习、评估。通过不同阶段的齿轮疲劳实验验证，基于隐马尔科夫模型与电涡流脉冲热成像的技术可以很好地评估齿轮在不同阶段的疲劳损伤状态。

疲劳效应是诱导高功率固体激光装置中光学元件激光损伤的因素之一, 目前对SiO2化学增透膜激光诱导疲劳损伤的研究鲜见报道。基于此, 本文采用单一激光能量多发次辐照和多梯度激光能量多发次辐照两种不同的激光辐照方式, 研究1064 nm化学增透膜层的激光疲劳损伤效应及特征。研究结果表明, 在单一激光能量多发次脉冲激光辐照下, 膜层最易发生疲劳损伤; 采用多梯度激光能量多发次辐照的方式, 可以有效地提升膜层的损伤阈值, 进而提升膜层的抗激光疲劳损伤性能。

利用高精度同步辐射X射线三维成像技术，对激光-电弧复合焊缝的气孔率进行测定，并将其作为GTN损伤模型中的初始孔洞体积分数。通过建立含余高与不含余高的复合焊接接头的细观损伤力学有限元模型，得到了拉伸接头主应力和孔洞体积分数的分布。通过对拉伸断口金相组织进行分析，发现了几何和材料的不连续性是导致接头失效的重要原因。