基于激光超声检测金属材料表面缺陷的数值模拟
【摘要】:采用解析法和有限元两种方法研究脉冲激光存不同性质的金属材料中热弹激发超声波的产生和传播特征。建立有限元数值模型,分别对不同性质固体材料中的激光超声体力源的时空特征和超声波产生机理、传播特征之间定量关系进行了深入研究;并基于该模型数值模拟研究了线光源激光声表面波与表面缺陷的相互作用机理,进而提出了表面缺陷的位置、形状及取向的检测方法。
基于激光热弹性激发超声波的热弹性理论,采用积分变换法解析求解热弹性耦合方程,分析研究了脉冲激光线源辐照各向同性固体介质形成的温度场以及在不同结构中激发的声表面波及Lamb波的波形特征,并根据特征方程,获得了Lamb波的色散特征。
在同时考虑脉冲激光的时间分布和空间分布、材料的热传导效应和激光在材料中的光穿透效应,分别研究了金属材料和非金属材料中激光热弹超声力源特征和超声波的产生和传播过程,得到了金属和非金属材料中激光超声表面波的特征。结合对心波形,得到了不同力源模型下的应力场和对应超声波波形间的定量关系。
利用有限元方法对脉冲激光线源作用于缺陷附近时产生的温度场和声场进行了模拟研究,分析了缺陷的存在对温度场和声场的影响,讨论了不同缺陷深度及不同的缺陷取向时超声波场分布的变化,并对近场激光超声波产生的表面波峰—峰值增大的现象提出了物理解释。随着缺陷深度的变化,超声波场的分布整体上呈现反射声场能量增大,透射声场能量减小的特点;在激光源同侧接收到的表面波信号是由直达波和反射波组成,反射波是从缺陷上端反射的,到达时间与幅度都不随缺陷深度变化;在缺陷底端反射时发生波的模态转化,相应波的到达时间随着缺陷深度的增大而延后的特征,在此基础上提出了利用激光超声表面波检测表面缺陷的位置、大小及取向的检测方法。
本文的研究结果将对金属材料表面缺陷的激光超声无损检测提供理论和实验依据,也有助于激光超声无损检测技术进一步发展和应用。
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1 |
杨国伟;;CVD法生长金刚石薄膜中基片表面形貌对成核密度的影响[J];功能材料;1991年02期 |
2 |
鲍文华;;汽车外覆盖件钢板表面缺陷及改进[J];轻型汽车技术;2004年08期 |
3 |
吴兴刚,苏晓,姜晓光;喷涂钼丝表面缺陷处理研究[J];中国钼业;2005年03期 |
4 |
车彦民;朱涛;章华明;董梅;陈其安;;CSP板卷及冷轧镀锌板表面缺陷分析[J];钢铁;2006年02期 |
5 |
谌智勇;兰岳光;张怀军;;大方坯连铸机管式结晶器的应用实践[J];连铸;2007年02期 |
6 |
沈开萍;李大勇;;红外热像探测方法在钢坯表面缺陷自动识别中的应用[J];中国铸造装备与技术;2008年02期 |
7 |
张力行;热坯表面缺陷的光学检测法[J];冶金自动化;1987年04期 |
8 |
王坚伟;玻壳模表面缺陷的焊接[J];模具工业;1987年03期 |
9 |
刘惠民;;四辊热轧机支承辊表面裂纹的修复[J];重型机械;1988年02期 |
10 |
龙熙嘉;;剥皮模去除热轧线材表面缺陷的工艺和设备[J];上海金属;1990年03期 |
11 |
;人造板表面缺陷的自动检测[J];人造板通讯;1995年Z1期 |
12 |
罗志勇,王斌,刘栋玉,吕新民,江涛;带钢表面缺陷检测系统的发展[J];钢铁;1996年S1期 |
13 |
葛琼;冷轧薄板表面缺陷分析[J];鞍钢技术;1997年01期 |
14 |
魏立群;SIPAR带钢表面缺陷高速检测系统[J];上海金属;1997年04期 |
15 |
艾农;张庆国;白连臣;张洪波;刘增勋;徐国伦;张一夫;;H08Mn2Si连铸坯表面缺陷的成因与控制[J];连铸;1999年05期 |
16 |
乐可襄,许俊贻,程维玮,高甲生,黄贞益;65Mn冷轧带钢表面缺陷分析[J];钢铁研究学报;2003年01期 |
17 |
石争浩,冯亚宁,付长龙,徐伟,李生斌,李长河,黄士坦;基于机器视觉的铸件表面缺陷人工神经网络检测方法[J];重型机械;2004年02期 |
18 |
Н·Б·СКОРОХВАТОВ;高真凤;;减少2000轧机产品表面缺陷的研究[J];鞍钢技术;2006年05期 |
19 |
王胜民;何明奕;刘丽;赵晓军;谭蓉;;铸铁五金件的机械镀锌[J];电镀与涂饰;2006年09期 |
20 |
马雪方;高军芳;;轧辊修磨技术研究[J];邢台职业技术学院学报;2008年03期 |
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