基于导热反问题的三维复杂形状多缺陷的定量红外识别研究

定量缺陷识别研究是目前红外热像无损检测技术由定性到定量发展急需解决的关键课题，同时也是完善边界识别类导热反问题理论的迫切需要。本题基于红外无损检测理论和导热反问题理论，在前期准备工作的基础上，将以获得最佳识别精度为目标的红外检测方式的优化引进到识别算法的研究过程中，研究三维试件内部单个和多个复杂形状缺陷边界的识别算法以及基于试件总传热效果的多缺陷综合评估方法，达到可以直接应用于定量红外缺陷检测工程实际的目的。具体研究内容：1）系统研究不同检测方式、试件参数条件下，三维缺陷参数与检测表面红外特征的内在联系、缺陷的可检测范围，并绘制可检范围图表；2）三维试件内部单个不规则形状缺陷的导热反问题识别算法研究；3）三维试件内部多缺陷的导热反问题识别算法及综合评估方法研究；4）实际红外定量识别工作中的影响因素分析及消除方法研究。识别算法及综合评估方法的有效性分别通过数值验证和实验验证。

基于导热反问题的缺陷定量红外识别算法研究，不仅是目前红外无损检测技术从定性到定量发展厄待解决的关键理论基础，也是传热反问题领域的重要研究课题。因此，本题的研究内容具有重要的理论和应用价值。本题在充分研究红外无损检测过程中试件内部的传热机理、建立缺陷参数和试件检测表面红外特征之间的内在联系的基础上，提出了多维外边界缺陷的简单快速识别算法，首次提出了单个试件内部多缺陷识别的通用算法，并对一系列相关缺陷检测和识别问题进行了系统的研究和讨论。同时，算法研究过程中，提出了一系列新的缺陷识别求解思想，并报道了虚假缺陷现象：提出了缺陷定量红外识别研究必须将算法研究和红外无损检测实际相结合的思想，该思想是目前缺陷识别算法研究取得成功和突破的保证；提出了将外边界缺陷识别问题向有效导热系数分布识别问题转化的思想，大大简化了试件外边界缺陷识别的计算过程，缩短了计算所需时间；提出了将内部缺陷的识别问题向整个试件的导热系数分布识别问题转化的思想，并通过改进人工智能方法以及提出的大量后处理办法，成功突破了试件内部形状任意、个数未知的多缺陷的识别困难，使该算法成为目前该问题在国内外报道中的唯一解决方法；首次报道了虚假缺陷现象，并分析了其形成机理、探讨了虚假缺陷现象的形成条件，对实际红外无损检测工作具有重要的意义。大量的数值算例和实验均证明了本课题求解思想及算法的正确性和有效性。