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Shearography是什么?

剪切干涉术又称散斑剪切干涉术,是一种测量和检测金属和复合材料上一系列不同缺陷的方法。这种无损检测技术以类似于全息干涉术的方式使用相干激光来创建测试对象的视觉表示无损检测(NDT)、应变测量及振动分析

由剪切术产生的干涉图像可以帮助检测分离、分层、冲击、孔隙、皱纹或其他损伤。它被广泛应用于航空航天、风力涡轮机叶片、汽车工业和材料研究。

内容

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它是如何工作的?

剪切术使用一台相机,或一系列相机,来测量表面的干涉特性,利用激光的相干和单色特性来创建表面的图像。

首先,在中性或空载状态下拍摄表面。如果表面不是完全光滑的,从表面反射的光将产生一个散斑图案被相机记录。

一旦拍摄了第一张图像,材料就会通过机械负载或热加热而受到应力或激发。这种载荷将导致材料发生反应,任何缺陷也随之膨胀。然后拍摄第二张干涉照片,以显示样品在其新加载和变形状态。

第二幅图像将显示与第一幅图像不同的散斑图案,通过从第一幅图像中减去它,将产生剪切条纹图案,或剪切图。该剪切图显示了任何表面缺陷的形貌,包括开裂、脱粘、分层、流体侵入、孔隙和起皱。

特有的黑白条纹图案提供了被检查物体的相对变形的信息。如果图案在外观上是规则的,那么就没有缺陷特征,然而,如果图案被干扰,就会有一个亚表面缺陷。

这个过程不仅允许操作人员识别缺陷,还可以用来测量复合材料和金属材料的变形程度。

这种技术也被称为时间相移或数字剪切术。

优势

作为一种高覆盖率的非接触测试,剪切术有许多优点,包括:

1.大面积的测试

剪切术允许快速测试大型组件和部件,测试能力高达1m²/分钟。

2.生命周期支持

作为一种无损检测方法,剪切成像可以快速检测缺陷,并用于质量控制过程和材料结构完整性鉴定。因此,它可以用于支持产品的整个生命周期,从研发到制造质量控制和在用检验和运行。

3.材料使用

剪切系统可用于多种材料,包括碳纤维层压板;陶瓷;复合材料和金属蜂窝;复合材料包覆压力容器;摘要;fibre-metal分层;金属间键合;泡沫芯;和橡胶。蜂窝材料的良好性能尤其值得注意,因为这是许多传统无损检测技术的挑战。

4.检查复杂的结构

剪切术允许在即使是最难以到达的地方检查部件,不论材料大小、形状、几何形状或复杂性。

5.范围的检测

这种检测技术为金属和复合材料结构提供了广泛的检测能力。可以检测到的不连续包括裂纹或压碎的岩心;开裂;disbonds;分层;流体入口;亲吻债券;孔隙度;皱纹;修复缺陷; and impact damage. Shearography can also be used to gain structural information such as for bulkheads, overlaps, ply drops, ribs, splices and stringers.

6.优于其他NDT技术

剪切成像优于其他许多无损检测方法,如声发射、染料渗透、涡流、磁粉、射线照相和超声波检测。这是由于提供了全现场测量,高灵敏度,易于可视化,快速的测量速度和结果的实时显示。

限制

尽管剪切术有许多优点,但也有一些潜在的局限性:

1.可能的物质损失

因为这个过程需要样本或材料在拍摄的两幅图像之间变形,如果不小心的话,组件可能会损坏。

2.不能在光滑的表面上执行

因为测试需要至少一个波长的光的表面粗糙度来进行,剪切术不能用于更光滑的表面。光滑的表面会返回随机干扰,导致错误的检测结果。

3.复杂的解释

结果可能很难解释,这意味着你需要一个有经验的人来处理剪切试验的结果,以准确地读取边缘图案。

应用程序

剪切术主要用于物体和材料缺陷的无损检测。由于它提供的许多优点,这种方法已经被汽车和航空航天工业采用,作为测试橡胶和复合材料的推荐方法。

该工艺还可用于海洋、国防、铁路和风力发电行业,同时也可用于纺织品和艺术品保护等领域。剪切成像技术很好地应用于复合材料,但它检测橡胶的能力意味着它也可以用于检测轮胎等产品。

Shearios项目案例研究

剪切术被证明是无价的一个例子是Horizon 2020资助的合作项目Shearios项目.该项目旨在提高风力涡轮机叶片检测的效率和安全性,使用能够进行磨损和损伤的剪切试验的叶片检测机器人。

风力涡轮机的叶片由于其运行条件和所受的环境力量特别容易受到损坏。陆上和海上的风力涡轮机叶片都容易产生张力,并受到严格的维护和检查规定。尽管如此,仍有85%的刀片故障是由于维护不善造成的,这导致运营商维修成本高昂,停工时间长。

能够进行频繁且省时的检测有助于解决这些挑战,Shearios设计了一种商业上可行的系统,不仅允许使用剪切成像进行远程检测,还提高了安全性。

虽然可以进行人工检查,但这是一个危险的过程,仅过去10年就发生了249起事故(包括161人死亡)。随着更多的风力涡轮机投入使用,需要检查的次数和相关事故只会增加,这意味着现在确实需要这个解决方案。此外,还缺乏熟练的技术人员进行手动涡轮机检查,这是Shearios项目解决的另一个问题。

你可以在专门的网站上找到更多关于这个项目的信息,在这里

根据第780662 - H2020-ICT-2017-1号资助协议,Shearios项目获得了欧盟地平线2020研究和创新计划的资助

结论

剪切技术是一种通用的、有效的无损检测方法,正在工业上得到越来越多的应用。由Shearios项目开发的系统表明,这种方法可以提供一种更安全、更有效的替代方法。

TWI已经开发了一个光学实验室,包括剪切成像能力,并在帮助我们的成员使用该技术方面有丰富的经验,从航空应用到桥梁支撑、复合船壳、石油和天然气工作和发电使用。

你可以在这里了解更多关于我们的shearography能力

相关常见问题(FAQs)

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