為了利用激光超聲技術(shù)檢測裂紋信息,本文基于有限元分析軟件(COMSOL)的熱-固耦合物理場,建立激光超聲無損檢測模型,從激光的功率密度、空間分布、時間分布將激光等效成表面力源,采用完美匹配層、低反射邊界、熱絕緣邊界消除邊界回波。通過固定激勵源與探針的距離,對探針信號的分析,進行了不同位置裂紋對脈沖回波峰值及到達時間影響規(guī)律的仿真,與實驗相比較,此模型具有很高的正確性。結(jié)果表明:固定激勵源與探針的距離,脈沖回波的峰值會隨著裂紋與探針距離的減少而增大,脈沖回波的到達時間會逐漸提前;透射波的幅值會衰減,到達時間會稍有延遲。

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圖1激光輻照樣品表面結(jié)構(gòu)示意圖

由于金屬材料的各向同性,仿真中建立一塊長40mm,寬10mm的2D模型,裂紋深度1mm。設(shè)置一束脈沖激光垂直照射于材料表面,其位置距離左邊界11mm;另有一束探測激光同樣垂直于材料表面接收超聲波,位置距離左邊17mm。激勵激光與探測激光初始位置相對固定,樣品材料向左側(cè)移....

圖2原模型和擴展模型

圖1激光輻照樣品表面結(jié)構(gòu)示意圖3.2激光熱源參數(shù)的設(shè)置

圖3激光能量空間、時間分布函數(shù)

式中,t0為脈沖激光的上升時間,取14ns,載荷作用時間取100ns。2.3網(wǎng)格劃分

圖4劃分網(wǎng)格

網(wǎng)格的劃分最直接影響仿真結(jié)果的準確性。激光作用在不透明金屬材料上時,只有表面及亞表面(最多幾微米)能吸收激光的能量產(chǎn)生熱膨脹,為滿足彈性波傳播的精度要求,必須將網(wǎng)格大小控制在彈性波波長的25%以下[12]。經(jīng)計算,λmin為666μm,本文取最小網(wǎng)格為22.5μm,最大網(wǎng)格....

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