现代工业对于无损检测技术的要求不再停留在对缺陷有无的判断,而是需要更加精确的定量测量,用于进一步评估产品损伤级别和寿命等。论文以红外热波无损检测技术为基础,研究了材料热参数和缺陷深度或材料厚度的红外热波定量测量方法,并以大型风电叶片质量可靠性检测与评估为例,展示了红外热波定量测量的应用,为现有工业无损检测提供了新途径。研究内容1.针对红外热波技术应用于厚重材料测量的局限,利用数学卷积的方法推导获得阶梯函数热源作用下,有限厚平板模型内热传输规律,提出了阶梯激励定量测量方法。使用ANSYS有限元模拟结果以及实验验证试块对本方法的测厚精度进行了评估,结果显示,模拟厚度10mm-50mm的均匀材料,测量误差小于0.5%;设计试块厚度大于10mm时,误差均小于3%,而且随着厚度增加误差减小,这主要是由于实际热源与理想热源的差别引起的。2.提出了一种新的热扩散系数测量方法,采用非线性拟合,通过循环迭代使理论值逼近实验数据,进而得到材料的扩散系数,相比传统方法检测效率提高5倍。ANSYS数值模拟数据显示,该方法对所测试的覆盖范围很大的常用材料的测试误差均小于0.15%。论文还评估了脉冲宽度对于测量结果的影响,脉冲越宽,误差越大;热量透过材料越慢,脉冲宽度对其影响越小。3.缺陷宽深比p是缺陷大小与其所在深度的比值,在热波内部信息获取方法中常用来评估检测分辨率。当p值较小时,受三维热扩散影响,使用对数二阶微分峰值法（LPSD）计算深度时会带来较大误差。论文在一维热传导模型的温度-时间函数中引入了一个修正项,建立了深度测量受p值影响的规律曲线,提出了矫正方法,提高了缺陷的定量测量精度。这种矫正方法与材料性质无关,具有普适性。4.使用两层介质模型下脉冲激励热传导方程进行求解,推导了蓄热系数的测量方法。在方程对应的对数温度-对数时间一阶微分曲线中,峰值大小与两层介质蓄热系数比值e₁/e₂相关。据此,选用预先标定过蓄热系数的电工胶带作为第一层介质,测试了铝、铜、碳钢、不锈钢、黑塑料和树脂玻璃六种材料的蓄热系数。测量结果显示这种方法具有较高的精度。5.应用论文研究的红外热波定量测量方法,测试了大型风电叶片中常用材料的热参数,评估了风电叶片中主梁与腹板的粘接质量。风电叶片大量采用粘接结构,其中梁与腹板的粘接贯穿从叶根到叶尖的整个区域,而且主梁承担了叶片大部分的剪切载荷,因此,其粘接质量可靠性对保证风机正常运行至关重要。针对实际检测需求,应用ANSYS数值分析模拟了粘接情况,并设计了主梁与腹板粘接试块,应用阶梯激励厚度测量方法的理论探讨和处理数据方法,测量粘接试块的厚度,编写程序自动识别粘接边界并计算粘接宽度,进而评估粘接质量。最后,应用此方法实现了45.3米叶片整体粘接质量检测,解决了大型风电叶片无损检测的工程技术难题。