涡流脉冲热像技术是一种将电磁生热和红外热成像相结合的新型无损检测技术。针对金属疲劳裂纹生热研究不深入的问题，本文以含有贯穿的疲劳裂纹金属平板试件为研究对象，搭建了涡流脉冲热像检测实验系统，并建立了涡流脉冲热像有限元模型，分析了涡流脉冲热像检测中裂纹生热的规律。研究结果表明：在红外热像中，同一时刻越靠近裂纹根部的位置，温升的最大值越大；在激励过程中，裂纹区域的温升逐渐升高，当激励结束时，裂纹区域的温升则具有逐渐下降趋势，并且呈现先迅速后缓慢的下降速度。进一步揭示了裂纹尺寸对裂纹区域温升的影响。

在涡流脉冲热像检测中, 检出概率是评价检测可靠性的最重要的指标之一。通常, 检出概率是指在特定检测条件下特定尺寸的缺陷被检出的概率。首先, 以含有不同尺寸疲劳裂纹的金属平板试件为研究对象, 通过正交试验方案设计, 完成了对不同检测条件下不同尺寸裂纹试件表面热响应信号的提取; 然后, 采用线性回归模型建立了裂纹区域的热响应信号与裂纹尺寸的定量化关系, 并采用极大似然估计法给出了裂纹检出概率模型中的具体参数; 最后, 基于Wald方法求得了检出概率的置信区间, 并绘制了检出概率曲线。研究成果可为涡流脉冲热像检测的可靠性评估提供量化依据。

超声红外热像技术是一种新型无损检测技术, 裂纹生热效果直接决定了裂纹的可检测性, 而激励源位置是影响裂纹生热的因素之一。针对激励源位置对裂纹生热影响不清楚的问题, 建立了超声换能器与被测金属平板的有限元模型, 并搭建了超声红外热像检测系统; 研究了不同激励源位置时裂纹的生热特性; 并利用等效摩擦力、等效速度以及等效热流进行了有效验证。研究表明: 当激励源位于裂纹面正下方时, 由于裂纹面两侧振动同步, 裂纹生热效果将受到抑制; 而随着激励源位置向两侧移动, 裂纹生热呈现出先波动上升后波动下降的趋势, 而且预紧力越大波动越剧烈。研究成果有效地揭示了激励源位置对裂纹生热的影响规律, 为超声红外热像技术的检测优化奠定了理论基础。

超声红外热像检测技术的可靠性研究具有重要意义，特定检测条件下不同缺陷的检出概率是衡量检测可靠性的根本方法。文中制作了一系列含疲劳裂纹的45钢试件，实验结果表明：当检测条件确定时，裂纹区域响应热信号随着裂纹尺寸的增大而增强，响应热信号的对数与裂纹尺寸大体上呈线性关系。基于超声红外热像检测数据的统计特征，确定了回归分析模型中变量的形式，采用极大似然估计和Wald法分别给出了检出概率曲线的参数及其置信区间。研究成果能够为评价超声红外热像技术中检测可靠性提供量化依据。

超声红外热像技术是一种新型无损检测技术，缺陷区域生热特性的研究有利于最优化检测方案的制定。实验分析表明：超声激励作用于含贯穿裂纹的金属平板时，与激励同侧的裂纹区域温度升高比异侧更明显，但裂纹面总体的生热效率稳定。针对上述实验现象，采用显式有限元方法建立了与实验系统对应的仿真模型,进行了机热耦合分析。在仿真模型中，采用压电-力类比方法模拟超声换能器的逆压电效应，并引入动态松弛模拟预紧力对被测平板初始状态的影响。仿真与实验结果得到了一致的裂纹区域温度分布和裂纹面生热规律，建立了裂纹面生热效率与裂纹面摩擦力及相对运动速度之间的联系，揭示了工具杆和被测平板之间的预紧力使裂纹面接触状态改变是裂纹生热向激励同侧偏移的直接原因。