随着科学技术的不断发展,机械设备或者构件的质量安全成为人们日益关注的问题。红外热成像无损检测技术,对于设备的安全运行,产品质量控制以及确保装备处于安全可靠状态起到了不可或缺的作用。然而,目前对于亚表面缺陷的检测多为定性评估,定量化程度不高,理论研究主要集中在平板结构的规则缺陷上,定量的分析缺陷深度和表面温度分布的表征关系。对于不规则缺陷、复杂材料或者构件仍旧缺乏相关的理论研究。因此,本文主要研究热波与有缺陷试件相互作用的机理,并通过仿真和实验对缺陷的形状进行重构。本文采用基于热波理论的红外热成像无损检测方法对亚表面缺陷进行量化分析。通过理论推导、仿真分析以及实验验证对缺陷形状重构方法进行研究。重点阐述了采用相位差表征缺陷深度,根据反演的深度信息对缺陷的形状进行重构,通过仿真和实验表明该方法可以达到重构缺陷形状的目的。本文研究内容主要分为以下几个方面:(1)分析红外热波无损检测系统的基本原理,探讨缺陷的几何特征对于热波在试件内部传播、反射以及散射的影响,即在试件表面施加热激励后产生的瞬态热波与被测试件内部结构和界面相互作用的机理及作用后的表征问题。(2)根据传热学的相关理论,建立温度场分布的二维热传导数学模型。采用COMSOL多物理场仿真软件对二维模型试件中预制的三角形、矩形、阶梯形缺陷分别施加正弦激励和脉冲激励进行仿真研究,通过相位差与缺陷深度的关系,反演出缺陷的深度信息,然后结合在不同加热位置的相位差分布图和采用包络线的方式重构出的缺陷轮廓对缺陷形状进行判定。同时分析了缺陷的体积-深度比在检测过程中对相位差的影响。(3)根据搭建的脉冲涡流红外热波无损检测系统,对内部含有三角形、矩形、阶梯形缺陷的铝平板试件进行检测。对热源位置像素点的温度-时间热响应数据进行滤波和多项式拟合处理消除高频噪声的干扰后,通过傅里叶变换将时域信号变换到频域。用低频段的相位差作为判定缺陷深度的特征量,反演出热源位置处对应的深度信息,采用包络线重构出缺陷形状。从实验结果中可以看出本文提出的方法能够达到重构缺陷形状的目的。