激光激发材料中近场声表面波的数值模拟

用有限元方法数值模拟了激光热弹机制下激发材料中的声表面波,分别建立了激光照射无表面缺陷的材料以及含有矩形凹槽缺陷情况下声表面波激发与传播的模型,通过数值计算分别得到了无表面缺陷和存在不同深度表面缺陷的情况下,位于激光光斑辐照半径内固定一点的垂直于材料表面方向的位移曲线.进而计算了固定缺陷尺寸情况下位于入射激光光斑半径之外几百微米范围内各点垂直于材料表面方向的位移.     

激光阵列用于改善声表面波信噪比的数值研究

为了改善激光超声检测中声表面波的信噪比,利用对激光线源进行时间和空间上的调制获得激光阵列作为激励源辐照铝板表面,采用有限元法分别模拟了大位移幅值声表面波(巨声表面波)的激发以及巨声表面波与铝板表面矩形缺陷相互作用的过程。结果表明,激光阵列经过时间调制后辐照铝材料上激发出的声表面波,其垂直于表面方向的位移幅值与阵列中线源个数成线性比例;且巨声表面波与表面缺陷作用后所产生的反射回波的位移幅值也随着线源个数的增多得到明显增大。模拟结果对在激光超声检测中应用激光阵列提高声表面波的信噪比提供了理论依据。     

基于偏振差分干涉技术声表面波检测系统研究

针对宽频声表面波的高灵敏度检测需求,研究设计搭建了基于偏振差分干涉技术的激光声表面波检测系统。实验中从干涉条纹可见度和差分信号的大小来评估系统的调试效果,利用压电陶瓷纳米位移台和SIOS干涉仪对检测系统进行测试和标定,得到系统的最小静态、动态检测位移;对系统各组成部分的噪声信号进行分析,并提出相应的抑制方法。最后对系统进行重复性测量,并对铝、硅样片上的激光声表面波信号进行检测。本研究为声表面波检测系统的性能评估提供了科学可行的方法,为声表面波技术在无损检测中的应用提供了一种可靠的测量手段。     

激光冲击硬化层中激光声表面波的实验研究

激光冲击硬化通过在材料的近表面产生残余压应力来提高材料的表面硬度和抗疲劳寿命。材料近表面性质的变化能够导致在其中传播的声表面波发生色散。为了研究激光冲击硬化后金属Al合金样品中的激光声表面波(SAW)的传播,提出一种合理的宽带激发和接收方法,搭建了由激光激发、聚偏二氟乙烯(PVDF)传感器接收超声信号的实验装置。分别对不同条件下激光冲击的Al合金样品中的激光声表面波进行了探测,通过对接收到的超声信号进行时频分析得到了信号的频谱以及声表面波的相速度色散曲线,速度色散主要是由于晶粒方向改变和错位密度的增加引起的。     

基于EMD的激光声表面波仿真分析

激光超声凭借其具有非接触、信号的信噪比高、灵敏度高、频带宽等特点,在材料的检测方面有着独特优势.本文利用有限元软件针对激光激励声表面波过程进行了数值模拟,得到了声表面波的传播特性;对实际检测信号进行了EMD去噪,得到了去噪后的重构信号,将去噪后的信号同仿真信号对比.结果证明激光超声激发的声表面波主要沿着材料表层向四周发...     

激光声表面波的若干应用研究进展

声表面波在其传播过程中能量主要集中在波长量级的表层内,因此主要受固体表层性质影响.而激光激发的声表面波在具有声表面波的一般特点的同时又具有激光超声的非接触、宽带、空间分辨率高等优点,因此可将其应用于表面残余应力检测,薄膜弹性性质表征及表面和亚表面缺陷检测等方面.文章简要地对激光声表面波在这些方面应用的原理及其研究进展情况作一介绍.     

基于光热调制检测发动机叶片疲劳裂纹的激光声表面波方法

提出了基于光热调制的激光声表面波检测疲劳裂纹的实验系统和方法,并将其用于发动机叶片疲劳裂纹的检测。Nd∶YAG激光器产生的激光通过凸透镜聚焦在样品表面,同时用半导体激光在激发点同一位置进行光热调制,利用干涉仪在另一位置探测声表面波信号。利用精密平移台在可能的裂纹区扫描激发源和加热源,获得打开光热调制和关闭光热调制时的声表面波信号,也即不同位置处样品加热和冷却时的信号Sheat和Scool,由于光热调制产生的压应力使裂纹闭合,使Sheat产生明显的峰值变化,因此差值信号ΔS=Sheat-Scool即为疲劳裂纹闭合引起的信号变化。对叶片表面裂纹检测的实验结果表明,该方法具有较高的检测灵敏度和可靠性。     

圆柱型涂层/基底系统中的激光超声表面波

为了分析圆柱型涂层/基底系统中声表面波的特点及其传播特性,以热弹激发机理为基础建立了脉冲激光在圆柱型涂层/基底系统中激发超声表面波的有限元程序。在此基础上,计算了激光在铝(涂层)/镍(基底)和镍(涂层)/铝(基底)系统中激发的超声表面波波形,它们分别对应了硬涂层系统和软涂层系统。结果表明,圆柱型涂层/基底系统中的超声表面波是色散的,并且其色散特性由弯曲柱面引起的几何色散和涂层/基底系统引起的色散共同决定,这使得圆柱型涂层系统中色散特性远比板状涂层系统杂,不存在简单的正常和反常色散规律。     

激光声表面波检测材料表面微缺陷数值研究

采用平面应变的有限元模型数值模拟了激光线源辐照铝板表面激发出的声表面波的时域波形,比较了不同接收位置得到的位移信号的模式组成;同时研究了激光线源辐照区域近场存在表面微缺陷时产生的时域波形。数值结果说明：当激光源靠近表面微缺陷时激发出的声表面波模式中掠面纵波与瑞利波的位移信号均由典型的单极性迅速转变为显著的双极性特征,且瑞利波的峰-峰值将增加两倍左右,位移信号强度的显著变化为利用扫描激光检测材料表面微缺陷提供了理论依据。     

溴化亚铜激光放电管径向声波共振现象研究

为解决大功率溴化亚铜激光放电管中声共振造成的输出功率不稳定问题,通过数值分析的方法给出了溴化亚铜激光放电管内径向声波振动的数学模型,并获得了激光放电管内声波径向驻波分布的解析表达式,分析了放电频率与激光管固有频率的关系,明确了声共振是导致激光介质重新分布并对输出功率产生影响的原因.由此得出结论:寻求一个在声共振本征基频附近的放电频率,并且能够使激光器稳定工作,是提高激光输出功率及提高激光器效率的一种有效手段.     

激光激发表面波测量表面缺陷深度的数值研究

为了研究声表面波与表面缺陷的作用机理,实现激光超声技术对表面微缺陷定量检测,本文采用有限元法首先分别研究了声表面波与缺陷前沿、缺陷后沿的作用,然后讨论了缺陷宽度的存在对缺陷前沿与声表面波作用的影响,最后通过分析矩形缺陷与声表面波的作用,给出了能定量表征表面缺陷的特征量。研究结果表明:RS波(特征点Q)后的振荡信号(特征点W、E)来源于透射表面波在缺陷后沿所产生的振荡。特征点Q的到达时间随表面缺陷深度或宽度增大都呈现微小的线性增长；特征点W、E的到达时间差随表面缺陷深度的增大呈线性增长,与缺陷宽度的变化无关。最后,根据特征点的到达时间实现了缺陷深度的定量计算。研究结果为表面缺陷的定量检测提供了理论依据。     

基于小波脊的水表面声波激光干涉探测

为准确获取水表面声波的频率,对水表面声波激 光干涉信号的时频分布特点进行了理 论分析和实验研究,发现小波脊点沿着水表面声波频率所对应的尺度 时间曲线分布,或位于该线上,或对称分布于上下两侧。根据此特征,提出了一种基于小波 脊的水表面声波频率解调方法,实验结果表明,本文方法能够对稳频的水表面声波频率进行 精确 测量,绝对误差不大于1Hz。对线性调频的水表面声波进行了探测实验,结果表明,小波脊 能 够实时地跟踪水表面声波频率的变化,通过小波脊计算得到的频率变化率与设定值相吻合, 证明了利用小波脊方法提取水表面声波瞬时频率的准确性。     

激光冲击成形对板料表面质量的影响

利用0.5mm厚铝板和304不锈钢板作为试样进行激光冲击成形，试验发现激光诱导的冲击波在使板料发生塑性变形的同时，还可以显著降低板料前后表面的粗糙度。根据板料激光冲击成形的特性，从理论上分析了板料背面粗糙度降低的机理。分析表明一方面是由于应力波在板料背面的微尖峰中传播时，应力波发生反射和透射，随着尖峰的截面积逐渐减小，透射压缩波和反射拉伸波的强度逐渐增加，当反射拉伸波的强度大于材料的动态强度极限时引起了微尖峰的断裂；另一方面由于激光冲击成形中板料的高速运动，在背面的空气中形成高压背压，板料背面的微尖峰受到空气背压的压缩而发生塑性变形。由于表面微尖峰的断裂和塑性变形使尖峰高度降低，因而表面质量得到提高。     

激光冲击成形对表面光洁度的影响

为了研究激光冲击成形对板料表面光洁度的影响,采用0.5mm厚铝板和304不锈钢板料作为试样,选择光斑直径8mm、波长1054nm、脉冲宽度23ns的激光脉冲进行冲击成形实验,铝板冲击成形的激光能量为15.4J,304不锈钢的激光能量为18.92J.冲击成形后对板料表面光洁度进行检测,结果表明,激光冲击成形可使板料表面光洁度提高接近两个精度等级.通过理论分析可知,板料背面光洁度的提高有两个方面的原因,一方面由于应力波在板料背面的微尖峰中传播时产生一系列的反射波,当反射波强度超过材料抗拉强度极限时将引起微尖峰的断裂;另一方面由于板料的高速运动在板料背面的空气中形成高压区,当作用在板料表面的空气压力大于动态屈服强度时微尖峰发生塑性变形,因微尖峰断裂和塑性变形使板料背面光洁度提高.     

激光超声波无损检测片剂硬度方法的研究

为了清楚地了解片剂的硬度与超声波速度之间的关系,利用激光照射到片剂上,通过测定出反射的声表面波速度,且对实验数据进行分析,从而得出片剂的硬度与声表面波速度之间的关系曲线。实验结果表明,随着片剂硬度的增加,反射的声表面波速度会减小。因此在片剂无损检测或在线快速检测等方面会有一定的研究价值。