近日，我院徐长航教授团队在纤维金属层合板（Fiber Metal Laminate，FML）低速冲击损伤无损评价领域取得新的研究进展。相关研究成果《面向航空纤维金属层合板结构低速冲击损伤评价的增强型低功率超声诱导热成像》（Enhanced Low-Power Ultrasonic-Induced Thermography for Evaluation of Low-Velocity Impact Damage in Aerospace Fiber Metal Laminate Structures）在线发表于《Aerospace Science and Technology》。《Aerospace Science and Technology》是航空航天工程领域具有重要影响力的国际期刊，最新影响因子为6.4（中科院一区TOP）。论文第一作者为安全科学与工程学科博士研究生张玉彬，通讯作者为徐长航教授，中国石油大学（华东）为署名单位和唯一通讯单位。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目联合
资助。
论文首页
FML由薄金属层与纤维增强树脂基层交替铺设而成，兼具轻质、高损伤容限、良好疲劳性能与耐腐蚀性，已用于飞机机身、前缘等关键结构。此类材料受到工具跌落、跑道异物或维修碰撞等低速冲击后，表面往往仅出现轻微压痕或鼓包，但内部可能产生基体开裂和层间分层，形成具有隐蔽性的“几乎不可见冲击损伤”。表面目视检查难以准确判断其真实范围与严重程度，因此需要高灵敏、可快速成像的无损检测手段。
超声热成像技术利用超声振动使损伤界面发生局部能量耗散，并通过红外热像仪对缺陷区域产生的异常温升进行全场观测。相较高功率激励，低功率超声热成像（Low-Power Ultrasonic-Induced Thermography，LUIT）更有利于降低激励能耗和工程应用门槛，但因为其在缺陷位置激励的热响应较弱，且容易受到背景不均匀和随机噪声干扰。既有研究多面向人工预制缺陷，对航空FML真实低速冲击损伤的系统验证仍较少。围绕这一难题，研究团队开展了低功率超声激励和红外热图增强的一体化研究。
低功率超声诱导热成像实验与频率优化系统
研究团队首先制备了GLARE纤维金属层合板并通过施加不同能量的低速冲击实现结构损伤状态，然后分别开展正面和背面超声激励的红外热成像检测试验。为提高低功率条件下的能量局部化水平，首先在30～55 kHz范围内进行扫频，并利用双谱分析为每个试件确定缺陷敏感的优化激励频率。基于优化激励频率，在实际超声激励功率为14～18 W时即可实现浅层、较大尺寸冲击损伤的有效检测。
针对低功率超声红外热成像技术对深层和较小缺陷检测时出现的热响应“对比度不足、空间细节模糊、时序噪声明显”的问题，论文进一步提出三阶段增强型LUIT方法实现冲击缺陷的超分辨率重建：第一阶段采用初始基线减除，以削弱初始温度场和背景不均匀的影响；第二阶段引入超分辨率生成网络，在保持原有热响应形态的同时实现4倍空间重建；第三阶段采用简化的一维卷积去噪自编码器（SOCDAE），沿时间维度提取稳健热响应并抑制不连贯噪声。该方法以信息增强替代单纯提高激励功率，使弱损伤热特征同时在空间和时间域得到更加清晰的表征效果。
增强型低功率超声诱导热成像方法框架
研究结果表明，本文提出的低功率超声红外热成像方法能够在所有试件上产生可识别的损伤热响应，其中正面检测呈现以冲击中心为主的集中升温形态，背面检测则呈现较稳定的环形或近环形热分布。两类热异常均位于冲击损伤区域附近。相关检测结果与水浸超声C扫描的检测结果吻合性良好，但该方法在检测便捷程度和检测效率方面均明显优于水浸超声C扫描方法。尤其经过超分辨成像处理后，方法对于深层微小冲击损伤缺陷同样具有优异的检测能力，为工程中进行FML冲击损伤的无损检测及评价提供了新的思路。
不同冲击能量下正面检测热图增强前后对比
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ast.2026.113376
