隨著工業(yè)技術(shù)對輕量化設(shè)計的需求,加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)的應(yīng)用會越來越廣泛。加強(qiáng)筋的寬度是評價加強(qiáng)筋力學(xué)性能的重要指標(biāo)之一。因此,如何迅速、精確地檢測出加強(qiáng)筋的寬度,對于在役設(shè)備上加強(qiáng)筋的剛度評價至關(guān)重要。激光超聲技術(shù)作為一種新興的無損檢測技術(shù),具有無損、非接觸、檢測頻帶寬、分辨率高、實(shí)時在線等優(yōu)點(diǎn),適合于特殊環(huán)境下材料的缺陷檢測與評價。本論文研究了304不銹鋼板上加強(qiáng)筋寬度的激光超聲C掃描檢測技術(shù),主要包括以下幾個方面。首先,介紹了激光超聲的基本理論。詳細(xì)闡述了熱彈機(jī)制下激光超聲的激發(fā)原理以及激發(fā)出的超聲波模態(tài)。并簡要概述了不同形式激勵源下激光超聲的傳播特性以及激光超聲的檢測方式。通過有限元法分析了激光超聲在304不銹鋼板中的傳播過程,計算了激光超聲在304不銹鋼板中的溫度場以及位移場。其次,搭建激光超聲C掃描檢測系統(tǒng)。脈沖激光器激勵脈沖激光,干涉儀接收超聲波信號,通過自動位移臺實(shí)現(xiàn)被測物體的移動,從而實(shí)現(xiàn)對被測物體的激光超聲C掃描檢測。然后,實(shí)現(xiàn)了加強(qiáng)筋寬度的激光超聲C掃描檢測。理論計算了脈沖激光在2mm厚的304不銹鋼板上激勵出的超聲場,并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論結(jié)果的有效性;結(jié)果表明:當(dāng)激勵點(diǎn)與接收點(diǎn)... 

【文章來源】：鄭州大學(xué)河南省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：86 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

超聲成像技術(shù)示意圖

2激光超聲C掃描技術(shù)的理論基礎(chǔ)102激光超聲C掃描技術(shù)的理論基礎(chǔ)激光超聲技術(shù)作為一種新技術(shù)，它融合進(jìn)了聲學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)等多個學(xué)科的知識，具有無損、非接觸、檢測分辨率高、檢測頻帶寬等多個優(yōu)點(diǎn)，并且激光超聲技術(shù)對于檢測環(huán)境也沒有限制，本章將介紹激光超聲的激發(fā)機(jī)制以及激光超聲波的幾種方法，并對激光超聲激發(fā)的不同形態(tài)的超聲波及其傳播特性進(jìn)行介紹。2.1激光超聲波的激發(fā)機(jī)制當(dāng)被測試樣表面受到激光超聲檢測系統(tǒng)激勵的脈沖激光作用時，由于熱傳遞的影響，一部分脈沖激光的能量會被試樣所吸收，并且在試樣內(nèi)部轉(zhuǎn)化成熱能的形式，但是由于脈沖激光的作用時間過短，轉(zhuǎn)化形成的熱能無法在短時間內(nèi)及時擴(kuò)散，導(dǎo)致在試樣表層的激光作用區(qū)出現(xiàn)了溫度的迅速變化，進(jìn)而在熱膨脹的影響下，快速的溫度變化導(dǎo)致試樣表面激光作用區(qū)出現(xiàn)了熱膨脹變形，膨脹區(qū)域產(chǎn)生熱應(yīng)力，在熱應(yīng)力的作用下，試樣內(nèi)部會出現(xiàn)瞬態(tài)脈沖的傳播，如圖2.1所示。根據(jù)脈沖激光能量密度的不同，激光超聲的激發(fā)方式被分為熱彈機(jī)制和燒蝕機(jī)制[55,56]。圖2.1激光激發(fā)超聲過程2.1.1熱彈機(jī)制當(dāng)入射激光的功率密度較低，未超過材料表面的損傷閾值時（金屬材料一般為107W/cm2量級），在入射激光能量的作用下，試樣表層由于吸收激光能量出現(xiàn)局部升溫，導(dǎo)致出現(xiàn)局部熱膨脹，并在周圍介質(zhì)的影響下，在試樣表層的激光

2激光超聲C掃描技術(shù)的理論基礎(chǔ)11作用區(qū)內(nèi)產(chǎn)生了一個應(yīng)力變化場，進(jìn)而產(chǎn)生不同模式的激光超聲波（例如，超聲縱波、超聲橫波、超聲表面波等）。并且，隨著時間的變化，激光能量所產(chǎn)生的影響會趨于消失，試樣表層恢復(fù)原樣，不對試樣產(chǎn)生任何影響。而這種對于試樣表面不產(chǎn)生損傷的激光激發(fā)機(jī)制叫做熱彈機(jī)制[55]，如圖2.2所示。在熱彈機(jī)制的作用下，伴隨著入射激光功率密度的增加，激勵出的激光超聲波信號幅值隨之增加[56]。同時，由于較低的激光功率密度，材料表面只會出現(xiàn)一段時間內(nèi)的熱膨脹變形，不會出現(xiàn)任何損傷，屬于無損檢測范疇，具有良好的重復(fù)性。但同樣由于較低的激光功率密度，導(dǎo)致試樣表層吸收的能量不夠高，在一些材料中激勵出的超聲波信號幅值較低，信噪比較差，使得檢測效果不理想。為解決這個問題，通常采用一些措施來改善，如：通過柱面鏡將點(diǎn)光源轉(zhuǎn)換為線光源，在相同的激光功率密度下，通過提高激勵面積來提高能量，產(chǎn)生更高的超聲波信號幅值[57]。圖2.2熱彈機(jī)制下激發(fā)超聲波2.1.2燒蝕機(jī)制當(dāng)脈沖激光的激光能量密度進(jìn)一步提高，超過了材料表面所能承受的損傷閾值時，在試樣表面因吸收激光能量而轉(zhuǎn)化成的熱能也更高，導(dǎo)致試樣表層激光作用區(qū)內(nèi)產(chǎn)生更大的溫度變化，造成的局部溫升使激光作用區(qū)材料產(chǎn)生熔化、氣化以及形成等離子等情況，此時試樣表面在等離子體的作用下，對試樣表面施加反作用力，在試樣內(nèi)部形成應(yīng)力變化，進(jìn)而形成超聲波。這種激發(fā)方式在激光停止激勵后，被熔化乃至氣化的試樣材料無法恢復(fù)原樣，導(dǎo)致試樣表面出現(xiàn)微量的損傷。這種對試樣表面存在微量傷害的激光激發(fā)機(jī)制叫做燒蝕機(jī)制[58]，如圖2.3所示。在燒蝕機(jī)制下，由于脈沖激光能量較高，因此在試樣表面施加的反作用力也較大，導(dǎo)致激光激發(fā)產(chǎn)生的不同模式

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本文編號：3400257