航空透明件表面波声弹效应

表面波作为超声波的一种特殊形式,由于其传播特性,使得通过改变频率检测距物体表面不同深度处的;初邕应力成为可能,因此,各种产表面波声弹理论与实验技术的研究不断受到重视。本文从弹性波和有限变形理论出发,推导了表面波在有初始应力的各同性弹性体中传播时,物体表面应力与超声波传播速度之间的一般关系。对作为收音机坐舱的航空透年ＹＢ－３有机玻璃试件进行了声弹性实验。同时还给出了由实验数据回归的三次多项式声弹公式     

声表面波在声栅上的Bragg衍射

本工作揭示了声表面波在声栅上的Bragg型衍射效应。应用简正波理论近似处理了在强Bragg条件下,声表面波在声栅上衍射的一些规律:栅阵内简正模式,偏转角和偏转效率与入射声波工作频率和声栅参数的关系。实验上,我们在y切割LiNbO₃压电晶体表面,用金属栅阵构成声栅,用光学法观察了声表面波(Rayleigh波)在上述声栅上的Bragg型衍射现象,并测量了偏转角和偏转效率随工作频率的关系。实验与理论结果比较表明,二者基本上是符合的。 关键词：     

近表面弹性性质连续变化材料中激光声表面波的理论研究

基于金属材料近表面层弹性性质（杨氏模量）的连续变化，建立了一种激光在基底上的梯度材料中激发声表面波的理论模型，并用有限元方法模拟了脉冲激光作用于材料上表面激发出的超声波及其传播过程.讨论了表面层厚度的变化以及表面层弹性性质的变化对热弹条件下产生的声表面波波形特征的影响，并分别计算了两种情况下的声表面波的相速度色散，得到了两种情况下声表面波的变化规律.     

读者来信摘登

安康学院的方小兵老师来信指出：在《物理实验》2006年第2期上，关于“超声波波型转换与表面波的检测”一文中，出现波形与波型混用．波形和波型，虽然都是用来描述波的性质，但两者没有任何因果关系，波形由波源的振动决定，由示波器来显示，波型则是通过测量声速来判定，它的类型由波源和介质共同决定且在介面上能发生波型转换．     

短路金属栅对正入射瑞利波的散射

由压电晶体动力学方程等出发,用电表面边界微扰技术得到了入射声表面波在栅区激发的微扰电场及电荷分布;将这些电荷作为表面激发源,用积分变换得到了包括散射声表面波和体波的一般积分解。数值计算了YZ-LiNbO_3,表面上短路金属栅对正入射瑞利波散射的声表面波,给出了其反射系数,前向散射系数等与栅条宽度的关系;进而导出了声表面波经过金属栅时的相速变化。理论计算与实验测量结果符合较好。     

声表面波生物传感器质量灵敏度的理论与实验验证

针对声表面波传感器在生物检测中的性能评价与优化,提出一种快捷验证适用于生物传感器的声表面波器件质量负载灵敏度的实时检测方法.首先基于二维近似假设和周期性边界条件,建立了以石英为压电基底材料、SiO2为波导层的Love波传感器的三维有限元分析模型,从理论上验证了波导层对Love波传感器灵敏度的影响.在实验上,通过MEMS...     

由于表面粗糙引起的激光声表面波色散的实验和理论研究

表面粗糙是材料制造过程中必有的副产物, 粗糙表面会引起其中传播的声表面波的速度发生变化. 在利用激光声表面波对材料性质进行评估时, 常用宽带的激光声表面波速度频散特性对材料性质进行反演. 为了研究表面粗糙度是否能作为反演的特征参数之一, 本文建立了激光在表面粗糙样品中激发声表面波、聚偏氟乙烯换能器宽带接收声表面波的实验装置来研究不同粗糙度表面对声表面波速度的影响; 理论上建立了激光在粗糙表面中激发声表面波的计算模型, 利用有限元法得到声表面波的时域特征, 并进一步得到声表面波的速度色散曲线, 理论结果和实验结果能很好地拟合. 这为利用激光声表面波对表面粗糙的评估提供理论和实验依据. 关键词： 表面粗糙 激光声表面波 速度色散 聚偏氟乙烯传感器 有限元法     

无源无线声表面波温度传感器及其在智能变电站中的应用

为了克服智能变电站温度检测环境复杂、非接触、精度低、成本高的缺点,研究并开发了一款无源无线声表面波智能温度传感器;研究了该型温度传感器的检测机理,并研究了无源无线声表面波智能传感器收发系统;设计了传感器系统射频模块匹配电路,并对输入输出信号进行了Multism仿真;基于无源无线声表面波传感器构建了智能变电站温度检测系统;现场试验发现系统温度精度提高了10%以上,长期运行无故障,表明该无源无线声表面波温度传感器在智能变电站测温中具有优异的表现,具有较广的应用前景。     

一种高灵敏度的桥型声表面波应变传感器*

为了提高声表面波传感器应变灵敏度,该文提出了一种桥型声表面波应变传感器。首先根据受压弯曲构件中应变分布特点设计了桥型声表面波应变传感器,并建立有限元模型,结合微扰法分析了桥型结构几何参数与声表面波应变传感器灵敏度的关系。根据分析结果确定桥型声表面波应变传感器几何结构参数,并与传统声表面波应变传感器的应变灵敏度进行了对比研究,在此基础上搭建受压弯曲微动平台开展实验研究,结果表明:在直梁构件受压弯曲应变测量时,Y34°切向的桥型声表面波应变传感器的应变灵敏度为1692 Hz/με,传统声表面波传感器应变灵敏度为1328 Hz/με,桥型声表面波应变传感器的应变灵敏度较传统声表面波应变传感器有明显提高。     

用V(z)曲线分析压电陶瓷表面的声学特性

本文利用超声显微镜技术中的V(z)曲线,无损伤地测量了压电陶瓷表面上不同点声表面波(瑞利波)速度,定量地分析了陶瓷的一致性。同时又根据V(z)曲线中周期的起伏,定性地给出了表面颗粒均匀性及缺陷存在的可能性。文中给出了几种不同陶瓷材料的实验数据及分析结果,并简单地描述了V(z)曲线的理论与声表面波(瑞利波)速度的计算公式、测试方法。     

超声光栅测声速的方法运用到液体表面波波速的测量

理论上分析了超声光栅衍射和液体表面波光栅衍射,得到了表面波光栅衍射图样与表面波参数的解析关系.实验上得到清晰的衍射图样,利用表面波光栅衍射法测量了液体表面波波速,实验结果与理论值误差不超过1%.     

轨道板中超声兰姆波传播的有限元计算和实验*

该文针对我国高速铁路轨道板缺陷的非接触动态检测问题,研究了空气耦合超声兰姆波在轨道板中的传播规律。首先,给出了轨道板中超声兰姆波的相速度和群速度频散曲线,结果表明:随着频厚积的增加,频散现象越明显,并且A0相速度收敛于Rayleigh波的波速。然后,建立轨道板中波传播的有限元模型,计算得到兰姆波传播的群速度为2220 m/s,且二维傅里叶变换系数的较大值沿Rayleigh波的频散曲线分布。最后,在沪杭高铁嘉兴南站进行了现场测试,以8.8°倾斜角向轨道板激励产生超声兰姆波,激发产生的兰姆波模态群速度为2325 m/s,且二维傅里叶变换分析其系数的较大值沿Rayleigh波的频散曲线分布。有限元计算结果和实验结果均与理论计算结果一致。该研究为后续轨道板缺陷的非接触动态检测提供了理论依据和实验方法。     

受力腓肠肌剪切波速度的超声检测*

肌肉组织受力时的弹性特征变化,是其功能特性、健康状态的重要评估参量。该文利用在离体肌肉组织表面施加低频振动引起组织发生形变,在组织内部产生剪切波的方法,经过快速超声成像,通过剪切波图像估计剪切波的传播速度。研究结果表明顺肌纤维方向传播的剪切波速度快于垂直肌纤维方向传播的剪切波速度,剪切波的传播速度随受力的增加而变大,且顺肌纤维方向传播的剪切波速度与受力大小呈正相关。探讨肌纤维不同方向上的剪切波速度,为肌肉组织的病变及疲劳状态的检测和评估提供了参考。     

激光超声检测带过渡圆角平板表面缺陷的数值研究

为了研究激光激发出的超声波在带过渡圆角的金属平板上的传播规律和检测表面缺陷的方法，采用有限元法模拟了该类平板中的激光超声现象，分析了表面波在圆角区域的传播规律和与表面缺陷的作用过程。数值结果表明:激光激发出纵波、横波和Rayleigh波等，其中Rayleigh波主要存在于表面mm量级，并且在过渡圆角处发生模式转换生成了直达波R′和模式转换波R_R等多种表面波；经过过渡区域后的声波在表面缺陷处发生了反射和透射现象，通过B扫图可以检测缺陷的位置。随着缺陷深度的增加，表面波的透射系数不断减小，且透射波R_t和R_st存在0.5 μs左右的到达时间差，该时间差与缺陷深度近似成线性正相关。数值结果为激光超声检测带过渡圆角的平板表面缺陷提供了有价值的参考。     

纵横波测已紧固螺栓轴向应力

本提出了用纵横波声时测已紧固螺栓轴向应力的一种新方法,解决了用超声精确地测已紧固螺栓应力问题,并且利用超声波沿轴向传播的波速同轴向应力以及三阶弹性常数的关系导出了螺栓应力同其材料声速特性、夹紧距离、温度及纵、横波声时的一种新关系,考虑了受应力作用时温度对声速的影响,简化了测量及计算过程,本还介绍了材料的声速特性实验及测量方法;实验结果表明应力低于２５０ＭＰａ,夹紧距离大于３０ｍｍ时,应力超声测     

Simulation on laser-induced surface acoustic wave on isotropic cylinders by finite element method

Based on the thermoelastic theory, a finite element model is developed to simulate the process of laser inducing ultrasonic field in isotropic cylinders, which can take the temperature dependence of thermal parameters into account. Using the finite element model, we have simulated the ultrasonic fields induced by a pulse laser line source impacting on the generatrix of aluminum cylinders with different diameters. And the intact waveforms of surface acoustic wave (SAW including cylindrical Rayleigh and Whispering gallery (WG) modes) are presented, which are in very good agreement with the calculated and experimental waveforms in other literatures. Furthermore, the dispersion properties of cylindrical Rayleigh waves are analyzed by the method of phase spectral analysis, and the results show that with the increasing frequency, the phase velocity of cylindrical Rayleigh wave rapidly increases to the maximum value, and then gradually decreases to that of plane Rayleigh wave. With the diameter of cylinder decreasing, the maximum value of phase velocity and the corresponding frequency increase.     

表面脉冲超声波沿曲面爬行的可视化研究

为了研究超声表面脉冲波在钢、铁等不透明曲面材料中的传播规律,我们采用和金属材料声速比较接近的光学玻璃作样品,利用研制的数字化动态光弹系统,分析了表面波和次表面波沿玻璃圆棒侧面传播时的行为,记录了不同时刻的横截面上的脉冲声场传播图像,求出了表面波和次表面波沿曲面爬行的传播速度。     

用于储罐底板缺陷检测的超声兰姆波模式研究

从超声兰姆波的声场方程出发,得到板材表面离面位移(法向位移)为零的条件,即当超声兰姆波的相速度等于板材介质的纵波声速时,在板材表面的离面位移为零。在给定适当频厚积的条件下,分别数值模拟了仅有切向位移而无离面位移的A1、S1、A2和S2兰姆波模式在有液体负载的单层钢板中的传播情形。结果表明:离面位移为零的S2模式频散较小且对板中缺陷更为敏感。     

激光在近表面弹性性质梯度变化的材料中激发超声波的数值分析

激光激发超声波为评价材料近表面弹性性质提供了有效的手段. 考虑到由于冲击硬化、表面热处理、表面氧化等引起的金属材料近表面层弹性性质的变化，建立了一种激光在基底上的梯度材料中激发超声波的理论模型. 用有限元方法模拟了热弹条件下脉冲激光作用于材料上表面激发出的超声波及其传播过程，研究了近表面层离散的层数对超声波的产生和传播的影响，并分别讨论了表面层“变硬”和“变软”两种情况下声表面波的模式变化及用二维傅里叶变换得到各模式的色散曲线. 为进一步研究近表面层的弹性性质建立合理的计算模型及材料性质的反演提供了理论依 关键词： 超声波 有限元法 近表面弹性性质 色散     

Resonance attenuation of ultrasonic waves in a superconductor with a moving vortex structure

Equations describing the interaction of ultrasonic waves with a moving vortex structure are derived. The addition to attenuation and the relative change in the velocity of longitudinal ultrasonic waves due to this interaction are calculated. It is found that when a longitudinal ultrasonic wave propagates along the direction of motion of the vortex structure and the velocity V of the structure is equal to half the velocity of the wave, then anomalous acoustic attenuation occurs and the contribution from the ultrasound-vortex interaction to the velocity of the ultrasonic wave vanishes. It is shown that if the vortex structure moves at a sufficiently high velocity, then (in contrast to the case of the structure at rest) a weakly damping collective mode propagating with velocity 2V arises in the structure. It is this mode that is responsible for anomalous attenuation of longitudinal ultrasonic waves.