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热驱动型SMP材料加热过程中激光超声衰减特性研究

刘婧  
【摘要】: 本文采用有限元方法分别建立了常温和加热情况下脉冲激光线源在热驱动型SMP材料(形状记忆高分子聚合物)中激发声表面波的数值模型,并在此基础上开展对激光在热驱动型SMP材料中激发超声表面波波形及传播特性的数值模拟及实验的研究。 从激光超声的激发机制出发,分别介绍声表面波的基本性质和激光声表面波常用的检测方法。随后重点论述了脉冲激光线源分别作用于室温态和加热态的样品上时激发超声波的解析模型,分析两种模型各自的特点,为进一步的理论研究奠定基础。 在不考虑粘性劲度系数的情况下,基于平面应变的弹性理论,建立了脉冲激光在热驱动型SMP材料表面激发Rayleigh波的有限元模型。与考虑粘性劲度系数的模拟结果相比较,分析了随传播距离增加,Rayleigh波振幅衰减的原因。基于平面热粘弹理论、结合激光脉冲能量的空间分布特征和热驱动型SMP材料板材变温时的各向同性粘弹性特征,建立起脉冲激光激发热驱动型SMP材料产生声表面波的有限元模型,重点研究热驱动型SMP材料中激发点和探测点之间局域加热的过程中声表面波衰减特性。建立了利用PVDF传感器接收经过三倍频所得的紫外波长激光激发的声表面波的实验装置,分析了去噪后的实验结果,并与数值模拟结果作比较,发现随材料升温,材料的粘性特征变得明显的同时,弹性性能不断减弱,表现为材料升温至玻璃化温度附近时,声表面波形衰减至几乎消失。可见,对弹性性能的研究可以作为评价材料粘性特征的有效手段。 超声衰减是声学特性及无损检测的重要参量,本文研究的热驱动型SMP材料中激光声表面波衰减特性的数值模拟与实验测量的结果,为开展应用激光超声技术检测新型复合材料的物理特性和检测材料内部缺陷的研究提供了理论依据。


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