為了實現(xiàn)對金屬構件表面微小裂紋的定量檢測,本文采用仿真和實驗相結合的方法,對經(jīng)過不同深度表面裂紋的激光超聲透射Rayleigh（瑞利）波的波形進行對比分析,提取畸變區(qū)域內(nèi)的波形,計算其波包能量,研究波包能量與表面裂紋深度的依賴關系,并通過擬合表達式對裂紋深度進行反演。研究結果表明:當表面裂紋的深度以0.1 mm的步長從0.1 mm增加到0.5 mm時,透射Rayleigh波的波包能量呈線性減少,且仿真與實驗分析結果相一致。反演所得裂紋深度與理論裂紋深度的最大誤差為0.022 4 mm,總體平均誤差為0.011 5 mm。因此,該研究結果可以有效的對表面裂紋深度進行定量表征。 

【文章來源】：應用激光. 2020,40(01)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

實驗平臺

本文利用有限元分析工具建立的數(shù)值模型如圖1所示。在所建模型中,用矩形凹槽代替金屬構件表面的疲勞裂紋。激光線源輻照樣品的模型可以利用材料的線彈性、各向同性以及全部載荷在Z軸方向上均勻分布的特征將3D空間模型轉換為2D平面模型進行求解,如圖2所示。2D平面模型的長度為30 mm,寬度為8 mm。在距模型左邊界16 mm的位置設有矩形凹槽,凹槽的深度為0.1 mm～0.5 mm,間隔0.1 mm,寬度為0.2 mm。選取距離凹槽左邊沿1 mm的位置M作為超聲信號的激勵點,距離凹槽右邊沿3 mm的位置N作為超聲信號的探測點。圖2 3D模型橫截面示意圖

圖1 3D數(shù)值模型示意圖模型中,將激光線源引起的試件上表面附近的瞬間大的溫度梯度簡化為瞬時表面溫度載荷。因此,模型進一步簡化為求解二維熱-結構耦合的平面彈性應變問題。本文采用直接耦合分析解法進行建模仿真,選用二維耦合單元 PLANE13 進行模型的求解。熱場與結構場耦合的實質(zhì)是將熱場方程與結構場方程通過熱應變項聯(lián)系在一起。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]用于鋁板缺陷無損檢測的激光超聲有限元模擬研究[J]. 黃燕杰,尚建華,任立紅,程小勁.  應用光學. 2019(01)
[2]激光超聲表面波在表面缺陷上的反射與透射[J]. 楊連杰,李陽,孫俊杰,鄒云.  激光與光電子學進展. 2019(04)
[3]激光瑞利波的時間依賴性探測表面缺陷深度[J]. 劉輝,鄭賓,王召巴,郭華玲.  激光與紅外. 2017(06)
[4]航空航天復合材料結構非接觸無損檢測技術的進展及發(fā)展趨勢[J]. 馬保全,周正干.  航空學報. 2014(07)
[5]激光超聲探測鋁板表面微缺陷深度的數(shù)值研究[J]. 關建飛,沈中華,倪曉武,陸建.  測試技術學報. 2010(01)

博士論文
[1]激光聲表面波及其探測表面缺陷的機理研究[D]. 關建飛.南京理工大學 2006

碩士論文
[1]激光超聲激勵與檢測技術研究[D]. 劉丹.中北大學 2015



本文編號：2983035