激光阵列用于改善声表面波信噪比的数值研究

为了改善激光超声检测中声表面波的信噪比,利用对激光线源进行时间和空间上的调制获得激光阵列作为激励源辐照铝板表面,采用有限元法分别模拟了大位移幅值声表面波(巨声表面波)的激发以及巨声表面波与铝板表面矩形缺陷相互作用的过程。结果表明,激光阵列经过时间调制后辐照铝材料上激发出的声表面波,其垂直于表面方向的位移幅值与阵列中线源个数成线性比例;且巨声表面波与表面缺陷作用后所产生的反射回波的位移幅值也随着线源个数的增多得到明显增大。模拟结果对在激光超声检测中应用激光阵列提高声表面波的信噪比提供了理论依据。     

激光声表面波检测材料表面微缺陷数值研究

采用平面应变的有限元模型数值模拟了激光线源辐照铝板表面激发出的声表面波的时域波形,比较了不同接收位置得到的位移信号的模式组成;同时研究了激光线源辐照区域近场存在表面微缺陷时产生的时域波形。数值结果说明：当激光源靠近表面微缺陷时激发出的声表面波模式中掠面纵波与瑞利波的位移信号均由典型的单极性迅速转变为显著的双极性特征,且瑞利波的峰-峰值将增加两倍左右,位移信号强度的显著变化为利用扫描激光检测材料表面微缺陷提供了理论依据。     

高温下表面波测量亚表面缺陷宽度的数值模拟

为了实现激光超声技术对不同温度下亚表面缺陷宽度的定量检测,本文采用了有限元法模拟了激光激发表面波与亚表面缺陷的作用,并提出了一种利用表面波定量计算亚表面缺陷宽度的方法。首先在亚表面缺陷的一侧产生表面波,然后在另一侧产生表面波,最后分别在两侧检测到来自在亚表面缺陷的入射和反射表面波。当亚表面缺陷处于一个表面波波长的作用范围内时,基于入射和反射表面波的到达时间可实现计算亚表面缺陷宽度。数值结果与理论结果吻合良好,为高温下采用激光超声技术定量计算亚表面缺陷宽度提供了一种十分有效的数值方法。     

弹性声波与表面缺陷相互作用的数值模拟

为了分析材料表面缺陷对声表面波传播的影响,以弹性动力学理论为基础,采用有限元方法数值模拟了声表面波沿金属表面传播及其与表面缺陷的相互作用.通过数值模拟弹性声表面波与不同深度、不同宽度的表面缺陷相互作用过程,得到了声表面波经不同表面缺陷后的反射和透射表面波波形,并对波形进行快速傅里叶变换分析.结果表明,弹性声表面波与表面缺陷相互作用后,产生反射Rayleigh波和透射Rayleigh波:随着表面缺陷深度和宽度的增加,Rayleigh波反射率相应增加,而透射率相应减小.     

激光冲击硬化层中激光声表面波的实验研究

激光冲击硬化通过在材料的近表面产生残余压应力来提高材料的表面硬度和抗疲劳寿命。材料近表面性质的变化能够导致在其中传播的声表面波发生色散。为了研究激光冲击硬化后金属Al合金样品中的激光声表面波(SAW)的传播,提出一种合理的宽带激发和接收方法,搭建了由激光激发、聚偏二氟乙烯(PVDF)传感器接收超声信号的实验装置。分别对不同条件下激光冲击的Al合金样品中的激光声表面波进行了探测,通过对接收到的超声信号进行时频分析得到了信号的频谱以及声表面波的相速度色散曲线,速度色散主要是由于晶粒方向改变和错位密度的增加引起的。     

柱状材料声表面波相位变化与缺陷探测研究

激光在热弹效应下激发出的声表面波,在柱状材料表面传播过程中发生相移现象。通过有限元方法对铝材圆柱中表面波相位变化规律以及表面波与缺陷作用机理进行数值模拟。数值研究表明：激光产生的表面波负相位最强,传播过程中负相位向正相位移动,相位差逐渐减小,180°左右正负相位强度大致相等,之后正相位继续增强、负相位持续减弱,并且沿圆周每传播一周,其相位发生一次翻转,缺陷产生的表面反射波有同样的相位变化现象;通过B扫图发现RRcw随缺陷角度增大变得模糊,RRccw随缺陷角度增大变得明显。说明反射波产生时间的长短与受干扰程度成正比,针对柱状材料表面缺陷提出了合理的检测范围;对不同深度缺陷数值模拟发现,深度变化使得P波峰在接收时间上发生延迟,推测P波峰传播路径并提出相应公式进行证明,计算结果与模拟结果吻合度较高,可通过此公式定量缺陷深度信息。以上研究结果为超声波检测柱状材料表面缺陷提供了有效参考。     

基于表面波增强效应的圆柱表面缺陷检测方法研究

激光照射金属圆柱表面激发出的声表面波,在沿圆柱表面传播过程中产生色散和相移,并在表面缺陷前沿处幅值会有显著增强的现象,为表面缺陷的检测提供了新途径。基于激光激发的声表面波这一现象,提出通过扫描检测点的方法确定缺陷的位置,给出了表面波在表面缺陷附近的传播路径和缺陷深度计算公式。数值研究表明:(1)相对于脉冲回波法,扫查检测点方法提高了缺陷检测的位置精度,有效减小了圆柱表面波传播过程的色散和频移现象对缺陷位置精度的影响。(2)当缺陷深度范围为1~2 mm,通过给出的缺陷深度计算公式得到仿真缺陷深度与实际缺陷深度之间的误差控制在6 %以内,验证了提出的缺陷深度计算公式的有效性。以上研究结果为应用表面波检测圆柱类零件表面缺陷提供了有价值的参考。     

弹性声波与表面缺陷相互作用的数值模拟

为了分析材料表面缺陷对声表面波传播的影响,以弹性动力学理论为基础,采用有限元方法数值模拟了声表面波沿金属表面传播及其与表面缺陷的相互作用。通过数值模拟弹性声表面波与不同深度、不同宽度的表面缺陷相互作用过程,得到了声表面波经不同表面缺陷后的反射和透射表面波波形,并对波形进行快速傅里叶变换分析。结果表明,弹性声表面波与表面缺陷相互作用后,产生反射Rayleigh波和透射Rayleigh波;随着表面缺陷深度和宽度的增加,Rayleigh波反射率相应增加,而透射率相应减小。     

激光声表面波的若干应用研究进展

声表面波在其传播过程中能量主要集中在波长量级的表层内,因此主要受固体表层性质影响.而激光激发的声表面波在具有声表面波的一般特点的同时又具有激光超声的非接触、宽带、空间分辨率高等优点,因此可将其应用于表面残余应力检测,薄膜弹性性质表征及表面和亚表面缺陷检测等方面.文章简要地对激光声表面波在这些方面应用的原理及其研究进展情况作一介绍.     

表面性质变化材料中激光声表面波的数值计算

;激光激发超声波为评价材料近表面弹性性质提供了有效的手段,考虑到由于冲击硬化、表面热处理、表面氧化等引起的金属材料近表面层弹性性质的变化,建立了一种激光在基底上的梯度材料中激发超声波的理论模型,用有限元方法(FEM)模拟了热弹条件下脉冲激光作用于材料上表面激发出的声表面波及其传播过程.当表面层"变硬"时,讨论了不同的硬化层厚度和不同的弹性性质的变化对激光声表面波的影响.为进一步研究近表面层的弹性性质及材料性质的反演提供了理论依据.