第
47
卷第
5
期
2011
年
9
月
南京大学学报(自然科学)
JOURNAL
OF
NANJING
UNIVERSITY
(NATURAL
SCIENCES)
Vo
l. 47 ,
No.5
Sept.
, 2011
单向纤维增强复合材料中激光激发瑞利波的有限元模拟*
潘波
(江江，苏大学理学院，镇江，
212013)
摘
要:
本文研究单向纤维增强复合材料中瑞利波的传播特征.以平面弹性理论为基础，推导得到频
域动力学平衡方程.考虑材料的教弹性及各向异性，采用有限元频域方法，建立激光等效力源作用在碳
纤维增强环氧树脂复合平板上激发瑞利波的数值模型，进而研究各向同性和各向异性平面中瑞利波的
传播特征，并分析材料的教弹性对瑞利波传播的影响.此外，研究复合平板的厚度变化对瑞利波传播特
征的影响，随着平板厚度的减小，瑞利波逐渐向兰姆波转化，得到低频的非色散的对称模
So
模和色散的
反对称模
A
。模.在此基础上，研究双层系统中激光激发瑞利波的传播和衰减特征，瑞利波的高频成分透
人深度浅，受薄膜的影响较大，而低频成分受基底的影响较大，在碳纤维增强环氧树脂薄膜/钥基底和碳
纤维增强环氧树脂薄膜/有机玻璃基底这两种双层系统中，分别得到
j
正常色散及反常色散的瑞利波.
关键词:
激光技术，瑞利波，有限元方法，单向纤维增强复合材料，教弹性
中图分类号:
TN
249
,
0426.
2
Finite
element
simulation
of
laser-generated
Rayleigh waves
in
unidirectional
fiber-reinforced
composite
materials
Pan
Bo
,
Guo
Xiang-Yi
,
Gao
Qian
，
Zh
α
ng
Hua
CFaculty
of
science
,
jiangsu
University
,
Zhenjiang
,
212013
,
China)
Abstract:
The
propagatio
口
characteristics
of
laser-generated
Rayleigh
waves
in
unidirectional
fiber-reinforced
composite
materials
are
studied
in
this
pape
r.
ßased
on
the
plane
elastic
theory.
the
dynamic
equilibrium
equati
口 ns
m
the
frequency
dornain
are
derived.
Taking
account
of
viscoelastic
and
anisotropic
properties
o{
the
unidirectional
fiber-rein{orced
cornposite
materials.
the
numerical
models
for
sirnulating
the
equivalent
stress
generation
of
the
Rayleigh
waves
in
the
carbon
{iber-reinforced
epoxy
rnatrix
composite
plates
are
established
in
the
{requency
domain
by
usi
口
g
the
finite
element
method.
ßased
on
the
nurnerical
sirnulations.
the
propagati
口
n
characteristics
o{
the
Rayleigh
waves
in
the
isotropic
and
anisotropic
p[anes
of
the
composite
plates
are
studied.
Besides.
the
effects
of
the
viscoelastic
property
o{
the
rnaterials
to
the
Rayleigh
wave
propagation
are
analyzed
in
detai
l.
1n
addition
,
in
a
single
layer
plate
,
the
influences
of
the
variation
o{
plate
thickness
on
the
propagation
features
of
the
Rayleigh
waves
are
investigated.
When
the
plate
thickness
decreases
,
the
Rayleigh
waves
gradually
are
converted
into
low
frequency
Lamb
waves
,
rnainly
a
non-dispersive
symmetric
So
mode
and
a
dispersive
anti-
symmetric
Ao
mode
,
are
obtained.
Moreover
,
the
propagation
and
attenuation
characteristics
of
the
Rayleigh
waves
in
two-layer
systerns
are
also
investigated.
The
normal
surface
displacernents
in
two
kinds
o{
two-layer
systems.
the
基金项目:江苏省大学生实践创新训练计划项目，近代声学教育部重点实验室开放课题，声场声信息国家重点实验室开放
课题
(SKLOA201109)
.江苏大学学生科研立项
(]OA23
1)
收稿日期
:2010
一
11-15
"
通讯联系人.
E-mail:
panbo@ujs.edu.cn
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