关键词:
GFRP
长脉冲红外检测
缺陷轮廓提取
定量分析
图像处理软件
摘要:
风力发电一直被认为是一种优质的清洁能源,在未来将成为我国主要的动力源。风力发电机组中,风电叶片造价占整机的20%以上,其性能优劣对整个风电机组稳定运作起着至关重要的作用,直接影响发电效率。目前,大多数风电叶片是由玻璃纤维和碳纤维增强复合材料制备,在生产和使用过程中不可避免地存在缺陷和损伤。因此,为了将叶片损坏失效事故发生率降至最低,做好叶片的检测工作是十分必要的。长脉冲红外无损检测有着非接触、检测速度快、检测结果直观的优点,为风电叶片结构的缺陷检测并定量分析提供了新方法。本文以风电叶片材料-玻璃纤维复合材料为研究对象,建立了复合材料在长脉冲型激励下的热传导模型,利用有限元模拟和试验对带有缺陷的叶片试件进行了红外检测,并对缺陷进行定量分析。具体完成了以下四个方面的工作:
(1)基于红外热成像检测基本理论,建立玻璃纤维复合材料在长脉冲激励下的热传导模型,利用COMSOL有限元仿真软件中的固体传热模块,设计了含缺陷玻璃纤维试件模型,并设置不同深度和不同尺寸的缺陷,然后对模型求解。通过提取激励时间下缺陷区域和健康区域的温度,得出了缺陷大小、缺陷深度和激励源功率对表面温度场的影响。
(2)重构仿真所得红外图像序列,提出了一种单帧缺陷轮廓提取处理方法,处理后的红外图像缺陷明显,轮廓清晰,基于缺陷轮廓进行定量分析,得到缺陷尺寸计算平均误差为7.13%,实现了2 mm以内的缺陷尺寸定量表征。同时考虑到红外热量的动态传播过程,利用主成分分析算法处理红外图像序列,提出了一种缺陷中心像素值统计法,分析四个主成分,对缺陷增强效果最佳的主成分进行轮廓提取算法处理,并对缺陷定量分析,验证了两种算法的可行性。
(3)含缺陷的GFRP试件采用RTM真空灌注工艺制备,然后搭建长脉冲红外检测系统,开展红外试验。对试验中所得红外热图分别采用单帧轮廓提取和主成分分析算法进行轮廓提取与缺陷定量,结果表明:两种方法均能实现缺陷轮廓提取,缺陷形貌清晰准确,定量精度高。
(4)基于轮廓处理算法,设计缺陷尺寸自动评估软件。根据用户操作习惯合理布局软件操作页面,绘制人机交互UI。分析实际需求,设计软件系统模块,基于Matlab软件编码实现功能并测试通过。