超声双折射法测试铝合金的内部应力

声各向同性的金属材料在应力作用下表现出声各向异性,这是用声弹性法分析材料内部应力的基础。本文用偏振方向平行或垂直于应力方向的超声纯横波对LY11型铝合金进行测试。实验结果表明:材料在拉、压单轴应力作用下,偏振方向平行和垂直于应力方向的超声纯横波的声速都发生了变化。实验在分析材料声各向异性的基础上计算材料声弹性双折射系数,得到测试LY11型铝合金内部应力的理论公式,并对其内部的残余应力进行评估。实验中利用双换能器回振法测量声速,时间测试精确度可达10^-11s,可精确测量声速的微小变化量。     

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     

利用PVDF传感器检测激光超声的实验研究

简要介绍了激光超声技术以及声表面波的基本特点、激光超声产生和接收的基本原理及激光超声技术的应用。概述了聚偏二氟乙烯（PVDF）压电薄膜材料的结构、性质和应用，以及薄膜压电性产生的机理。对PVDF换能器的设计思路和实验方法进行了简单讨论。具体实验采用脉冲激光器激发声表面波，利用PVDF传感器接收实验信号，调试实验信号，得出波形，并对实验现象作出初步分析。证实了该实验装置应用于激光超声无损检测的可行性与可靠性。     

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.     

利用激光超声研究功能梯度材料中声表面波的传播特性

利用有限元的方法建立了脉冲激光在功能材料中激发声表面波的理论模型,根据该理论模型分别分析了脉冲激光在不同空间调制下所激发的声表面波(SAWS)在功能梯度材料表面的传播特性,以及不同力学参量变化对所激发的声表面波传播特性的影响.模拟结果表明,线源激发的宽带声表面波在功能梯度材料表面传播时,声表面波会出现明显的色散效应;当...     

表面垂直裂痕诱发瑞利波散射的数值分析

激光激发的声表面波为材料表面缺陷的检测提供了有力的工具.针对含缺陷材料在模型边界上的复杂性,建立了基于平面应变的有限元模型并选取了相同厚度但含有不同深度的表面裂痕的单层铝板进行了对比计算,得到了声表面波经过不同深度的表面裂痕时产生的反射及透射信号波形的时域特征.进而引入了基于Wigner-Ville分布理论的时-频分析方法计算裂痕前、后散射的瞬态表面波的能量在时间-频率平面内分布的情形.结果显示：声表面波接近中心频率的某一频率成分在经过深度小于其中心波长的表面缺陷时,随着裂痕深度的增加,对应于该频率的反射系数呈现单调递增的趋势;而透射系数呈现递减的特征,这一结果可以为激光超声检测表面缺陷提供一种定量的表征手段.     

激光冲击7075-T6铝合金焊缝的残余应力场数值模拟

针对激光冲击强化铝合金焊缝过程中存在多场耦合导致残余应力变化幅度大、实时表征难的问题,采用ABAQUS非线性有限元软件建立了激光冲击强化7075-T6铝合金板材焊接件的有限元模型,模拟计算焊缝在激光冲击强化前后的残余应力场分布,重点分析了激光冲击强化对焊缝的横、纵向残余应力场的影响规律,并对焊缝的激光冲击强化工艺参数进行优化。研究结果表明,焊缝表面为残余拉应力场并且分布不均,激光冲击强化使得焊缝的拉应力状态转变为高幅压应力状态;优化激光冲击强化工艺参数(如激光能量、激光光斑尺寸、搭接率),可以明显改善焊缝区域和热影响区的残余应力分布;当激光光斑搭接率为50%至70%时,残余应力分布趋于均匀,可以有效消除"残余应力洞"现象。     

激光热弹激发涂层/基底系统中声表面波的有限元数值模拟

激光激发声表面波提供了评价涂层或薄膜的弹性性质的有效手段。考虑激光作用过程中材料热物理参数随温度变化的实际情况,在研究网格大小和时间步长这二个重要参数和求解稳定性的基础上,建立了优化的有限元模型数值模拟两种典型涂层基底系统中声表面波的激光热弹激发和传播过程。数值模拟结果表明:除了掠面纵波外,在快基底慢涂层系统中得到了正常的色散表面波,而在慢基底快涂层系统中得到了反常色散表面波。进一步,采取减小激发激光光斑的办法,使激发出来的声表面波频率高于慢基底快涂层系统中的截止频率时,在慢基底快涂层系统中得到了伪表面波。     

声双折射法研究再结晶退火处理对45#钢微观组织的影响

本文在研究超声测试应力的过程中为了减小材料组织结构以及残余应力对应力测试结果的影响,对45#钢试样进行再结晶退火热处理,并用超声双折射法研究试样的再结晶退火组织,分析其微观组织和各向异性。实验结果表明,试样中横波声速随其偏振化方向改变而变化,存在声速快轴和慢轴且两者相互垂直;试样经650℃炉温,保温40分钟炉冷再结晶退火热处理后,声各向异性因子小,表现出材料微观组织均匀,晶粒细,各向异性小,并与金相实验结果一致。     

Lamb波在石油勘探中的应用研究实验

用频率为342 kHz的Lamb波检测水基钻井液的含气情况. 实验结果表明:发射、接收传感器之间在重叠-100.0～-56.0 mm时,可接收到理想的信号;声速随含气量的增加变化很小,最大变化约为9 m/s,不易用声速来检测钻井液中的含气量;而声透射损失随含气量的增加急剧增大,在气泡大小、分布一定的条件下,可以用声透射损失来反映水基钻井液中的含气量.