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以平面应变理论为基础,从弹性动力学平衡方程出发,推导得到频域动力学平衡方程。忽略材料的粘性特征,分别在时域和频域中建立激光激发兰姆(Lamb)波的有限元数值模型。比较分析两种模型的求解过程,在此基础上,在频域中研究激光作用在粘弹性薄板上激发Lamb波的特征。结果表明,激光激发的Lamb波主要包含低频的弱色散的对称模和色散的反对称模;有限元频域模型能有效地处理粘弹性材料中Lamb波的传播问题;材料的粘性特征会引起Lamb波的振幅衰减,且不同模式波的衰减(因子)不同。
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书书书
第
37
卷
第
2
期
中
国
激
光
Vol.37
,
No.2
2010
年
2
月
CHINESEJOURNALOFLASERS
Februar
y
,
2010
文章编号:
02587025
(
2010
)
02053706
激光激发
犔犪犿犫
波的有限元时域和频域数值分析
孙宏祥
许伯强
(江苏大学理学院,江苏 镇江
212013
)
摘要
以平面应变理论为基础,从弹性动力学平衡 方 程 出 发,推 导 得 到 频 域 动 力 学 平 衡 方 程。忽 略 材 料 的 粘 性 特
征,分别在时域和频域中建立激光激发兰姆(
Lamb
)波的有限元 数 值模 型。比 较 分析 两 种模 型 的求 解 过程,在 此 基
础上,在频域中研究激光作用在粘弹性薄板上激发
Lamb
波的特征。结果表明,激光激发的
Lamb
波主要包 含 低频
的弱色散的对称模和色散的反对称模;有 限 元 频 域 模 型 能 有 效 地 处 理 粘 弹 性 材 料 中
Lamb
波 的 传 播 问 题;材 料 的
粘性特征会引起
Lamb
波的振幅衰减,且不同模式波的衰减(因子)不同。
关键词
激光技术;
Lamb
波;有限元方法;时频域;粘弹性
中图分类号
TN249
;
O426.2
文献标识码
A
犱狅犻
:
10.3788
/
CJL20103702.0537
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收稿日期:
20090317
;收到修改稿日期:
20090405
基金项目:江苏省高校自然科学研究项目(
08KJB140003
,
07KJB140019
)资助课题。
作者简介:孙宏祥(
1981
—),男,硕士,讲师,主要从事激光超声与无损检测方面的研究。
Email
:
j
sdxshx
@
u
j
s.edu.cn
通信联系人。
Email
:
b
q
xu
@
u
j
s.edu.cn
1
引
言
随着激光超声 技 术的发 展,其在 无 损检测 领 域
的应用越来越受到研究者们的关注。它具有非接触
激发与探测,可一次 性 激发多 种 超声模 式 以及宽 带
超声波等特点,这是常规超声技术难以相比的
[
1
~
5
]
。
近年来,随着高聚物 材 料及纤 维 复合材 料 等新型 材
料广泛地应用于航空
、造船等制造工业,使得粘弹性
材料中超声波的激光激发、传播及其与材料缺陷的相
互作用问题成为亟需解决的基础性问题。由于兰姆
(
Lamb
)波的多模式和频散特性,其传播特征与材料
的力学参数密切相关,因而研究激光激发
Lamb
波与
粘弹性材料的力学特性之间的关系受到高度重视。
到目前为止,关 于 激 光 激 发
Lamb
波 在 材 料 的
无损检测及 性 能 评 价 等 方 面 的 研 究 已 取 得 较 大 进
展。如
Dewhurst
等
[
6
]
利用 激光 激发
Lamb
波 测 量
金属薄板的 厚 度,对 厚 度 为
30
μ
m
的 薄 板 的 测 量 精
度达到
2%
;
S
p
icer
等
[
7
]
比较激光激发
Lamb
波的理
论和实验波形,进而 测 量出各 向 同性的 板 状材料 弹
性模量及厚度;倪晓武等
[
8
]
采用光纤耦合反射式光
束 偏 转 技 术 探 测 了 厚 度 为
0.25mm
的 薄 铁 片 中
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