結(jié)合面是具有特定表面形貌和跨尺度特征的粗糙表面,受力后會發(fā)生復(fù)雜的微小變形,其接觸行為對零件的摩擦磨損、導(dǎo)電導(dǎo)熱以及潤滑性能有著重要的影響。由于結(jié)合面接觸區(qū)域貼合緊密,傳統(tǒng)的接觸式測量手段無法測量其接觸狀態(tài),需要探究新的測量方法。本文研究基于激光聲表面波的結(jié)合面接觸狀態(tài)測量方法,設(shè)計接觸狀態(tài)檢測系統(tǒng),重點研究結(jié)合面表面載荷、名義接觸面積、表面粗糙度與結(jié)合面聲表面波信號之間的關(guān)系。論文首先論述激光超聲理論,分析熱彈機制與融蝕機制下激光超聲解析模型的區(qū)別,研究聲表面波的傳播特性。然后,通過實驗研究激光束脈沖能量、光斑形狀和尺寸對聲表面波信號的影響,優(yōu)化激光束參數(shù)。建立激光輻照鋁材料的有限元模型,通過熱彈耦合仿真與結(jié)構(gòu)動力學(xué)仿真,獲得材料內(nèi)部溫度場、應(yīng)力場、位移場的變化云圖,驗證激光超聲作用的理論模型。通過實驗探究不同材料對激光能量的吸收率的區(qū)別以及聲表面波傳播過程中的衰減特性。建立基于分形理論的簡化二維粗糙表面模型,通過仿真研究接觸趨近過程中表面微凸體的接觸行為,結(jié)合仿真結(jié)果,提出結(jié)合面聲表面波通過率受真實接觸面積影響的理論。最后,搭建結(jié)合面接觸狀態(tài)的激光超聲檢測系統(tǒng),設(shè)計正交實驗與單因素實驗,探究表面載荷、名義接觸面積、表面粗糙度對聲表面波信號的影響趨勢,以實驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)擬合得到經(jīng)驗公式,對結(jié)合面聲表面波傳播理論進(jìn)行驗證。實驗結(jié)果表明:結(jié)合面聲表面波通過率與真實接觸面積有關(guān),真實接觸面積越大,通過的聲表面波信號越強;其中真實接觸面積又與表面載荷、名義接觸面積呈正相關(guān),與表面粗糙度呈負(fù)相關(guān)。本文的研究結(jié)果可以對激光超聲理論和數(shù)值模擬研究、粗糙結(jié)合面接觸狀態(tài)研究以及激光無損檢測提供理論和實驗依據(jù)。
【學(xué)位單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG115.28
【部分圖文】：

過程轉(zhuǎn)化為熱能并通過熱擴散耗散，這是激光激發(fā)超聲的過程。逡逑激光與介質(zhì)的相互作用，隨著條件的改變，產(chǎn)生的結(jié)果也存在差異。主要的現(xiàn)象可逡逑以總結(jié)為圖２．１中如下五種：加熱、熔化、表層蒸發(fā)、等離子體形成以及消融。逡逑激光束邐激光束邐激光束邐激光束逡逑■４＾邋＾邋４＾邐＋邋＋邋＋邐小小小邐小士士逡逑⑷加熱邐（ｂ）熔化邐（ｃ）袞記蒸Ｓ邐（ｄ）S
離了？休形成邐（ｅ）消融逡逑圖２．１材料在激光作用下的不同狀態(tài)圖逡逑１０逡逑

過程轉(zhuǎn)化為熱能并通過熱擴散耗散，這是激光激發(fā)超聲的過程。逡逑激光與介質(zhì)的相互作用，隨著條件的改變，產(chǎn)生的結(jié)果也存在差異。主要的現(xiàn)象可逡逑以總結(jié)為圖２．１中如下五種：加熱、熔化、表層蒸發(fā)、等離子體形成以及消融。逡逑激光束邐激光束邐激光束邐激光束逡逑■４＾邋＾邋４＾邐＋邋＋邋＋邐小小小邐小士士逡逑⑷加熱邐（ｂ）熔化邐（ｃ）袞記蒸Ｓ邐（ｄ）S
離了？休形成邐（ｅ）消融逡逑圖２．１材料在激光作用下的不同狀態(tài)圖逡逑１０逡逑

光功率密度較高時（通常＞ｌ0７ｗ／ｃｍ２），局部溫度升高超過，此時形成的超聲波信號較強，但材料表層會留下激光融壞，并不是真正的無損檢測。為了避免融蝕機制的缺陷，行合理控制，減小對材料的損傷，控制在可以接受的程層保護(hù)的角度入手，有學(xué)者提出了使用犧牲層（表面涂層輻照區(qū)域的方法，獲得了增幅的超聲波信號。通過上述手上的無損檢測，在高精度、微小參數(shù)的測量和檢測環(huán)節(jié)中，理論基礎(chǔ)逡逑于機械波，是機械振動在彈性介質(zhì)中的傳播。彈性介質(zhì)在點間的關(guān)系。圖２．３展示了彈性介質(zhì)的簡化模型，可以將的點陣。質(zhì)點之間相互平衡是靠彈性力作用保持的。因此，力作用下產(chǎn)生振動時，該振動就會靠彈性作用傳遞給相鄰程，形成機械波。逡逑質(zhì)點逡逑外力邐＿逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2811940