激光激发黏弹表面波有限元数值模拟

研究黏弹性材料中激光激发的Rayleigh波的传播特征. 考虑到黏弹性材料的黏性特征,在频域内建立黏弹性材料中激光激发Rayleigh波的有限元数值模型. 在验证有限元频域数值模型正确性的基础上,模拟脉冲激光作用在黏弹性材料上激发出Rayleigh波,进而讨论激光激发的黏弹Rayleigh波的传播特征,并比较黏弹性材料与弹性材料中激光激发的Rayleigh波差异,同时分析了材料的黏性劲度参量变化对Rayleigh波特征的影响. 关键词： 表面波 激光超声 有限元方法 黏弹性     

非线性电磁超声对铝合金拉伸变形评价研究

非线性系数是描述材料中微纳尺度损伤的特征参量,非线性系数常通过接触式压电超声进行检测,但耦合剂引起的非线性一般是未知的,针对这一问题,提出了一种非接触式电磁超声非线性纵波检测方法。该方法基于洛伦兹力机理在试件表面产生的振动弹性波,利用不同拉伸载荷下所制备的损伤试件,分别利用压电超声、电磁超声进行非线性超声系数测量。实验结果表明:利用两种非线性超声检测的相对非线性系数与铝合金的拉伸形变呈单调关系,同时也论证了电磁超声纵波基于非线性理论对塑性变形评估的可行性。     

负折射率材料用于表面波传感的特性分析

利用严格电磁理论分析了负折射材料界面上激励表面波的相关特性,证明两种偏振入射都能在负折射材料与正折射材料界面上激发表面波,并推导出了相应表面波的传播波矢和激发条件.针对负折射材料在表面波传感方面的应用,对膜厚选择,偏振态,测量范围,线性度等性能参量进行了具体分析,与传统的金属表面等离子波传感器相比,使用负折射材料在灵敏度相当的情况下,能有效提高线性度,增大测量范围,提高信噪比.     

列车外圆弹簧疲劳损伤的非线性超声测试

进行了列车外圆弹簧在疲劳载荷作用下所产生损伤的非线性超声测试。对列车外圆弹簧进行疲劳加载,利用专门的非线性超声测试系统激发和接收透过弹簧的超声纵波。在相应的信号处理后,建立了声学非线性系数与弹簧疲劳次数之间的关系。实验结果表明,当疲劳次数小于150万次时,由于弹簧材料内部位错、滑移带等微观缺陷还没有形成足以产生显著非线性的积累,该非线性系数增长不明显;当疲劳次数达到150万次至300万次之间的疲劳响应期时,非线性系数增加明显,表明弹簧材料的内部损伤快速增加;当疲劳次数超过300万次时,弹簧材料的内部损伤积累速度减缓,非线性系数增加放缓。该研究表明列车外圆弹簧的疲劳损伤程度与其声学非线性系数直接相关,利用该方法可以为材料和结构早期力学性能退化的检测和评价提供一种有效的途径。     

晶体材料电光系数和压电系数的同时测量

利用双面金属包覆波导结构激发的高阶导模是导波层折射率的灵敏函数这一特性提出了一种测量非线性材料电光系数和压电系数的新方法. 该方法利用反射率曲线在不同电压下的移动参量可以直接计算出被测样品的电光系数和压电系数. 理论与实验研究表明, 该方法具有结构紧凑、插入损耗小、整个装置无运动部件、可靠性能高等诸多优点. 预计这一研究在应用压电效应和电光效应制备光电子器件的诸多领域中有极其广泛的应用前景.     

晶体材料电光系数和压电系数的同时测量

利用双面金属包覆波导结构激发的高阶导模是导波层折射率的灵敏函数这一特性提出了一种测量非线性材料电光系数和压电系数的新方法.该方法利用反射率曲线在不同电压下的移动参量可以直接计算出被测样品的电光系数和压电系数.理论与实验研究表明,该方法具有结构紧凑、插入损耗小、整个装置无运动部件、可靠性能高等诸多优点.预计这一研究在应用压电效应和电光效应制备光电子器件的诸多领域中有极其广泛的应用前景.     

利用劳埃镜干涉测量压电陶瓷的压电系数

利用劳埃镜干涉测量了压电陶瓷的横向压电系数d31,将平面反射镜安装在压电陶瓷的一端,当压电陶瓷在外加横向电场的作用下产生微米量级的纵向形变时,劳埃镜干涉条纹间距将发生相应的变化,从而放大了压电陶瓷的微小形变.通过相机采集干涉条纹的位置与条纹间距的相关信息,并运用Matlab程序对其进行分析,得到压电陶瓷在不同驱动电压下对应的形变量,计算出该材料的压电系数.     

嵌入式超声传感器的混凝土损伤非线性检测研究*

对建筑结构在其生命周期中的损伤状态进行实时监测十分重要,借助埋在混凝土构件内部的压电传感器对结构进行无损检测是一种新型的检测手段。本文将压电传感器嵌入混凝土试件内部,通过超声二次谐波法对信号进行分析处理得到表征材料损伤的非线性参数,以此来监测混凝土的早期强度并对混凝土试件受压和钢筋混凝土梁受弯的不同损伤程度进行检测。结果证明,非线性参数可以反映混凝土养护过程的强度增长情况,也可以表征不同损伤形式下试件的损伤程度。     

非线性拟合方法用于透射式脉冲红外技术测试碳/碳复合材料的热扩散系数

为了测试碳/碳复合材料的热扩散系数,本文提出了非线性拟合用于透射式脉冲红外检测的数据处理方法.非线性拟合通过循环迭代的方法持续调整拟合参数,让理论值不断逼近实验值,直至获得最佳结果.传统的透射式脉冲红外成像技术利用半高时间法测试材料的热扩散系数,但通常会受到采集时间不足和信噪比差的限制.本文提出的非线性拟合方法可以有效消除或减弱这两种影响.在使用该方法之前,首先选用常见的304不锈钢评估了该方法的测量精度及拟合长度对测试结果的影响.结果显示304不锈钢的测量精度达到0.3%,且当拟合长度不小于半高时间法采集时间的1/5时,拟合长度对非线性拟合结果影响很小.随后使用该拟合方法测试了不同厚度的碳/碳复合材料试件,并通过热扩散系数测量结果分析了试件之间的热参数差异性和材料自身的均匀性.     

PVDF压电计的动态响应特性及其在橡胶材料SHPB实验中的应用

通过夹心式PVDF(Polyvinylide Fluoride)压电计的动态分离式Hopkinson压杆(SHPB)标定实验,系统地讨论了传感器的动态响应特性,其中包括测量电路、PVDF表面应力集中、压电计的材料及结构特性和同一压电计受多次撞击对测试信号的影响,为PVDF压电计的制作工艺研究提供参考。利用标定好的压电计测试了橡胶材料在SHPB实验中的动态应力均匀过程。结果表明:调节并联电阻值可以提高压电计的传感精度;增大压电计的敏感面积可以减小因应力集中所造成的信号失真;材料的热粘塑性性质、摩擦效应等将使信号振荡幅度偏小;多次撞击对信号的加载与卸载段都将产生影响,但当传感器表面未发生明显损伤时,测试的应力平台平均值与真实信号近似相同。