掃描激光源法激發(fā)聲表面波用于金屬表面裂紋檢測的研究.pdf

1、本文通過有限元數(shù)值模擬和實驗兩種手段，研究了基于全光學激發(fā)/探測的掃描激光源法檢測鋁材料表面微小裂紋的機理和激光聲表面波傳播特性。通過分析激光源和表面裂紋相距不同距離時激發(fā)超聲波的特點，研究了表面裂紋對于激光線源激發(fā)遠場、近場聲表面波的作用機制。
　　 利用有限元方法建立了線光源在鋁板中激發(fā)超聲波的物理模型，并用表面凹槽代替現(xiàn)實中的表面裂紋，模擬了掃描激光線源法在含表面裂紋樣品表面的掃查過程；針對激光源入射于表面裂紋之上的情況提

2、出“雙光源法”，著重關(guān)注了此時超聲波的激發(fā)和傳播。通過分析激發(fā)的各模式超聲波的到達時間可以獲得表面裂紋的取向、深度等信息；接下來，將掃描激光源法與雙光源法結(jié)合用于表面裂紋的探測，使得一個探測周期內(nèi)可以同時獲得表面裂紋的位置、深度以及取向等信息；最后，搭建相應的實驗檢測裝置進行實驗驗證，所得結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果吻合，從而驗證了掃描激光源結(jié)合雙光源法探測表面裂紋數(shù)值模型的正確性。
　　 在前文模型的基礎(chǔ)上，改變雙光源激發(fā)超聲波模型中表

3、面裂紋的角度和深度，分析了當裂紋取向從5°到175°之間變化，和裂紋深度從1mm到5mm變化時，激光源激發(fā)的超聲波的變化，并初步解釋了各模態(tài)超聲波的產(chǎn)生原因，詳細研究了通過分析超聲波各模態(tài)到達探測點的時間來反演表面裂紋取向以及深度的可行性。
　　 從實驗上改進了經(jīng)典的掃描激光線源法，在原先實驗裝置的基礎(chǔ)上將超聲激發(fā)光源由線源改為點源，并將激發(fā)光源的掃描方式由單純的一維線式掃描變成二維面式掃描，實現(xiàn)了樣品表面的二維光聲成像?；谶@

4、一思路，搭建二維光聲裂紋檢測系統(tǒng)，并利用這一檢測系統(tǒng)分別對含有真實的可見表面疲勞裂紋以及不可見表面疲勞裂紋的金屬樣品進行檢測，結(jié)果顯示這一檢測系統(tǒng)不僅可以得到表面疲勞裂紋的位置信息，還可以得到表面疲勞裂紋的長度信息。另外從檢測結(jié)果中還可以看出，該檢測系統(tǒng)對肉眼不可見的疲勞裂紋有一定的檢測能力。
　　 基于光熱調(diào)制的激光超聲用于缺陷檢測的理論，綜合了掃描激光源法的優(yōu)點，提出并搭建了基于光熱調(diào)制的聲表面波的激光超聲裂紋檢測系統(tǒng)，并對