發(fā)布時(shí)間：2021-10-08 16:40

　　激光超聲是使用脈沖激光在材料表面激發(fā)產(chǎn)生超聲波在結(jié)構(gòu)表面和內(nèi)部同時(shí)傳播,能夠克服傳統(tǒng)超聲換能器的諸多不足,且具有非接觸激發(fā)、頻帶寬和多模態(tài)等特點(diǎn),對(duì)材料表面、內(nèi)部微裂紋或缺陷具有良好的檢測(cè)效果,被認(rèn)為是一種方便靈活,且具有應(yīng)用前景的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。本論文將激光超聲方法用于土木工程結(jié)構(gòu),特別是鋼橋板結(jié)構(gòu)的無(wú)損檢測(cè)中,主要研究?jī)?nèi)容如下:首先,給出了激光激發(fā)超聲的基本機(jī)理,分析了熱彈性和融蝕性兩種不同的激光超聲激發(fā)機(jī)制,得到了均勻各向同性固體中激光激發(fā)超聲波傳播的物理模型,介紹了四種常用的激光超聲檢測(cè)方法的工作原理。其次,基于有限元熱彈耦合分析方法對(duì)激光作用于金屬板材進(jìn)行數(shù)值模擬,詳細(xì)分析不同網(wǎng)格尺寸、板厚、線源半寬及激光脈寬下節(jié)點(diǎn)的位移響應(yīng)時(shí)程,得到了不同參數(shù)對(duì)激光超聲信號(hào)的影響規(guī)律,由此可采用更合理的參數(shù)設(shè)置來(lái)獲得更高效率和信噪比的超聲位移信號(hào)。隨后通過(guò)集成脈沖激光器、振鏡、信號(hào)采集系統(tǒng)以及LabVIEW軟件平臺(tái),搭建了具有自動(dòng)掃描功能的激光超聲系統(tǒng),可用編程電壓對(duì)振鏡進(jìn)行控制,使用信號(hào)發(fā)生器對(duì)激光器進(jìn)行控制并進(jìn)行同步信號(hào)數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ),實(shí)現(xiàn)了激光超聲激發(fā)與接收的功能。最后,采用激光器外控... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：88 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

激光熱彈性機(jī)制激發(fā)示意圖

圖 2-1 激光熱彈性機(jī)制激發(fā)示意圖蝕性機(jī)制激光的能量密度較大時(shí)，能量密度大于材料的熔融閾值，面產(chǎn)生熔融，氣化，噴濺，電離甚至是等離子體[39]，快速的體就會(huì)對(duì)被測(cè)材料表面形成較大的反沖力，如果是周期的脈表面產(chǎn)生周期的作用力，激發(fā)出周期性脈沖波，這種激發(fā)模見(jiàn)圖 2-2。融蝕性的物理過(guò)程可以歸結(jié)為是由動(dòng)量傳遞而引引起材料表面振動(dòng)的彈性動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。

圖 3-3 熱分析時(shí)材料的溫度云圖圖 3-4 熱應(yīng)力分析時(shí)位移云圖3.5 數(shù)值模擬結(jié)果及討論3.5.1 不同網(wǎng)格尺寸對(duì)激光超聲信號(hào)的影響為了對(duì)薄板中導(dǎo)波傳播過(guò)程精確的模擬并盡可能涵蓋高頻信號(hào)，模擬采用的時(shí)間步長(zhǎng)和網(wǎng)格尺寸應(yīng)滿足max120tf ，min20l 的要求，同時(shí)模擬所采用的時(shí)間步長(zhǎng)和網(wǎng)格尺寸應(yīng)盡可能的相協(xié)調(diào)。較密的網(wǎng)格能夠分辨出更高頻率的超聲導(dǎo)波，但是過(guò)密的網(wǎng)格會(huì)降低計(jì)算效率，這就需要根據(jù)自己所需要研究的頻率范圍選擇合適的網(wǎng)格尺寸，根據(jù)Lamb波的頻散曲線可知，低頻Lamb波模態(tài)較易區(qū)分，有利于用已有的設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)于板厚較薄的薄板來(lái)說(shuō)，波長(zhǎng)相比板厚較大，激光輻照材料表面時(shí)，主要產(chǎn)生的是Lamb波，根據(jù)如圖 3-5 所示的 1mm厚鋁板中的Lamb波頻散曲線可知，Lamb波有對(duì)稱和反對(duì)稱兩種傳播模態(tài)，當(dāng)頻厚積在1.0MHz mm 以下時(shí)，板中Lamb波模態(tài)較少，主要以S0和A0模態(tài)為主，因?yàn)閮烧卟ㄋ傧嗖钶^大，模態(tài)較容易區(qū)分，

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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本文編號(hào)：3424550