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。     

单层和双层材料中的脉冲激光超声数值模拟

用有限元方法数值模拟激光热弹机制激发单层和双层材料中的超声波。分别建立激光在单层和双层材料中激发瞬态温度场和热弹机制激发超声波场的有限元模型，该模型考虑了激光作用过程中材料的热物理参数依赖于温度的特性。在单层铝板的厚度小于激光激发的超声波的中心波长时，数值模拟得到了兰姆波，主要是低频的非色散的对称模和色散的反对称模。随着铝板厚度的增加，更高阶的模式可以在板中传播，波形向表面波转化，得到了掠面纵波和瑞利波。进一步计算了Ni／Al和Al／Cu这两种双层材料中的不同接收距离处的垂直表面位移。由于表面波中的高频成分透入深度浅，在传播过程中受薄膜(涂层)的影响较大，而低频成分在传播过程中受基底的影响较大，因此在Ni／Al系统中得到了正常色散而在Al／Cu系统中得到了反常色散现象。     

激光激发表面波测量表面缺陷深度的数值研究

为了研究声表面波与表面缺陷的作用机理,实现激光超声技术对表面微缺陷定量检测,本文采用有限元法首先分别研究了声表面波与缺陷前沿、缺陷后沿的作用,然后讨论了缺陷宽度的存在对缺陷前沿与声表面波作用的影响,最后通过分析矩形缺陷与声表面波的作用,给出了能定量表征表面缺陷的特征量。研究结果表明:RS波(特征点Q)后的振荡信号(特征点W、E)来源于透射表面波在缺陷后沿所产生的振荡。特征点Q的到达时间随表面缺陷深度或宽度增大都呈现微小的线性增长；特征点W、E的到达时间差随表面缺陷深度的增大呈线性增长,与缺陷宽度的变化无关。最后,根据特征点的到达时间实现了缺陷深度的定量计算。研究结果为表面缺陷的定量检测提供了理论依据。     

激光激发材料中近场声表面波的数值模拟

用有限元方法数值模拟了激光热弹机制下激发材料中的声表面波,分别建立了激光照射无表面缺陷的材料以及含有矩形凹槽缺陷情况下声表面波激发与传播的模型,通过数值计算分别得到了无表面缺陷和存在不同深度表面缺陷的情况下,位于激光光斑辐照半径内固定一点的垂直于材料表面方向的位移曲线.进而计算了固定缺陷尺寸情况下位于入射激光光斑半径之外几百微米范围内各点垂直于材料表面方向的位移.     

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。     

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.     

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。     

近零超平坦色散光子晶体光纤的数值分析

利用全矢量有限元法对六重对称的折射率导引型光子晶体光纤的色散特性进行了数值分析.通过优化纤芯折射率、空气孔直径、孔间距得到了良好的近零、超平坦色散特性.数值仿真结果表明在其它参量相同的情况下,纤芯折射率的变化对光子晶体光纤的色散系数有着明显的影响,它决定着色散的平坦程度和所在的波长范围.在优化参量配置的情况下,得到了在常规光通信波长范围内具有近零(-0.4～0.15ps/(km·nm))、超平坦色散特性的光子晶体光纤结构.     

Cu材料激光表面强化研究

采用激光技术对Cu基材进行表面强化处理。使用扫描电镜(SEM)、电子能谱计(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对强化表面进行显微组织和物相分析,并测试了样品的显微硬度、耐磨性能和导电性能。结果表明,激光强化层无裂纹,组织细小均匀、呈快速凝固特征,强化层具有较高的硬度(平均硬度为625HV0.1)和良好的耐磨性,其磨损失重仅为纯Cu基材的1/5,而激光表面强化使导电性略微降低。激光表面强化层硬度和耐磨性的提高可归因于颗粒强化、细晶强化和固溶强化的共同作用,而导电性的降低程度主要受稀释率的影响。     

激光辐照材料表层温升规律的数值模拟

为了在烧蚀机制下的激光超声检测中合理加载激光能量,获得幅值较大的超声信号而不过于损伤被检材料,需要分析激光辐照材料表层的温升规律及激光烧蚀的问题。建立了激光辐照材料的理论模型,激光以热流密度的形式加载于材料表面。结合导热微分方程,将对流传热和辐射传热一同考虑,并在材料表层升温过程中有效处理了相变潜热,对材料表层受激光辐照的温度场进行了数值模拟。给出了激光烧蚀材料有限元分析的程序流程,选择45#钢坯为例进行激光辐照仿真计算,分析了钢坯表层受激光辐照区域、区域下方及区域边界附近节点的温升规律,并对比钢坯受激光辐照的实际烧蚀情况和通过采集激光超声波信号进行了验证。结果表明,数值模拟能够为后续热应力分析中载荷的加载提供依据,并为激光超声检测中激光能量的加载提供了参考。     

强激光驱动冲击波特性研究

描述了用于激光冲击强化中的激光驱动冲击波的产生、测量及在材料中的传播特性。讨论了激光功率密度的变化对冲击波峰值的影响。并对水作约束层时产生的等离子体环现象进行了解释。最后讨论了激光波长和脉冲宽度的变化对冲击波的峰值和持续时间的影响。     

金属材料脉冲激光辐照瞬态温度场数值模拟研究

为了研究脉冲激光辐照金属材料时温度场的变化,采用有限元模拟软件对激光辐照材料的过程进行了模拟。得到了激光辐照过程中,材料表层及内部的瞬态温度场的变化情况。结果表明,在脉冲激光辐照金属材料过程中,激光热作用时间很短,热影响区仅限于激光光斑作用区域的材料表层。     

激光束波面象差的补偿

本文总结了钕玻璃高功率激光束波面象差的补偿方法,同时给出了非球面补偿透镜设计及加工检验的方法。在激光束象差补偿实验中,实际光束象差由初始2.3λ降到λ/2～λ/4。     

高功率激光冲击处理装置及其驱动冲击波实验研究

对实验研制的高功率、短脉冲强激光冲击处理装置进行了输出特性研究,其输出能量不稳定度和激光脉冲功率不稳定度分别为±3.8%和±6.5%。采用透镜列阵的焦斑均匀化系统使光强分布起伏度达到±12%。并利用新型压电传感器(PVDF压电传感器)对其引发的激光冲击波压力进行了实时测量。     

Numerical analysis of surface wave on microstrip antenna with lossysubstrate

The key to analysing a guided surface wave is to solve its eigenvalue equation. When the medium is dissipative, the eigenvalue equation is a complex transcendental equation. The Kuhn algorithm is applied to work out the eigenvalue equation     

Numerical solution of nonuniform surface wave antennas

An integral equation is used to numerically study microwave surface wave antennas. The source is chosen as a horizontal magnetic line current which is placed parallel to a planar surface having a one-dimensional nonuniform surface reactance. The integral equation is numerically solved exactly taking full account of radiation from both the feed and the termination, and their mutual interaction. By varying the profile of the surface reactance and the antenna length, radiation characteristics such as directivity, beam width and sidelobe level are discussed. The optimum excess phase delay is found to be aboutpi/3for an antenna length of3lambda_{0}, gradually increasing topi/2for a length of8lambda_{0}. When a feed transition in the reactance profile is used to achieve a good surface wave launching efficiency near the source, the first sidelobe can be reduced to less than-10 dB below the main beam level with little effect upon the directivity. Optimum reactance profiles are suggested for antennas from3lambda_{0}to8lambda_{0}long.     

Two-dimensional FDTD inverse-scattering scheme for determination of near-surface material properties at microwave frequencies

This paper reports a two-dimensional time-domain inverse-scattering algorithm based upon the finite-difference time-domain method for determining near-surface material properties at microwave frequencies. The time-domain nature of this technique allows for limiting the region of inversion using causality. The algorithm traces a search trajectory in the (/spl epsiv//sub r/, /spl sigma/) parameter space. The minimal parameter estimation error along this trajectory yields a set of approximate parameter values. It is shown that the algorithm's convergence and robustness with respect to broadband Gaussian noise depends on the shape and the duration of the illuminating electromagnetic wave pulse chosen for the electrical parameter reconstruction. It is possible to achieve an unambiguous indication of algorithm convergence despite the noisy background.     

Tunneling properties of electromagnetic wave in slab su-perconducting material

When the electromagnetic wave propagates through a slab superconducting material in microwave ranges,tunneling properties of the electromagnetic wave at critical temperature are investigated theoretically.The transmittance and the reflectance of the slab superconducting material vary with the thickness of material as well as the refractive index of substrates.The high transmittance is found for thin superconductor at low wavelength region.However,optical properties are strongly dependent upon temperature and incidence wavelength.The electromagnetic wave is totally transmitted without loss for incidence wavelength(l = 5000 nm) due to the zero refractive index and infinite penetration depth of the superconductor at the critical temperature.