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激光超声技术研究现状及进展

时间:2019-03-17 20:58来源:毕业论文
关于激光超声的研究主要集中在两方面:一是理论研究,二是实验研究。理论研究主要包括:激光激励超声波的机理研究和模型研究。关于激光激励超声波的机理现在已基本明确,包括

关于激光超声的研究主要集中在两方面:一是理论研究,二是实验研究。理论研究主要包括:激光激励超声波的机理研究和模型研究。关于激光激励超声波的机理现在已基本明确,包括:热弹、融蚀、爆炸、电致和磁致伸缩、光辐射压力等效应[4]。但主要有两种:热弹效应和融蚀效应。当激光辐照在样品表面,材料吸收部分激光能量引起局部温度升高,由于材料的热膨胀引起应变而产生超声波,这就是热弹效应。融蚀效应是指当激光功率密度超过某一阈值时,材料表面温度很高,样品局部蒸发形成等离子体,等离子体飞离样品形成对样品表面的反作用力,进而产生超声波。融蚀效应对样品表面会产生损伤,因此使用场合有限。热弹效应对样品表面无损伤,且能产生多种模式的超声波,在无损检测与评估方面应用较广,这方面的研究较多。33861
激光激励超声波的模型研究主要涉及计算方法的研究。经过多年的研究提出的理论模型有多种,包括一维超声模型[2]、正交力偶模型[7]、点源模型[8]等。这些理论模型都存在一定的局限性,但都在一定程度上与实验结果相符合。模型的建立是一个复杂的过程,不仅要考虑光源(大小、形状等)还要考虑样品情况(是否各向同性、可压缩等)以及环境因素。现在还没有完善的激光超声的波动方程,必须在具体问题中具体分析,仅流固界面激发超声波就有许多情况,比如弹性水与多空固体界面激光激发超声波[9],薄膜涂层界面激光激发的超声波[10]等。建立模型时,很多都是采用简化的方法,得出的近似结果,比如Norris等人在理论研究分析中就用各向同性介质近似代替弱各向同性固体[11]。论文网

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随着理论研究的发展,常用计算方法有两大类:解析法和数值模拟法。解析法包括本征函数展开法[12]、双边积分变换法[13]、格林函数法[14]、势函数法等。解析法的精度高,但是求解过程很复杂。比如采用格林函数法时格林函数的选择决定了计算的结果,因此需要找到合适的格林函数。随着计算机技术的发展,产生了一类新的计算方法——数值法,数值法主要包括有限元法、有限差分法和边界元法。其中有限元法可以方便的处理多物理场的耦合以及复杂的边界问题,适用性强,计算效率高。伴随一批有限元软件(ANSYS、COMSOL等)的开发,有限元逐渐成为最常用的计算方法。因此,本文将利用有限元法模拟分析流固界面激发超声波及其与缺陷的相互作用。
在实验研究方面主要关注激光超声的激发技术与检测技术。光源的选择和光束的调制影响激发的超声波,目前常用的激光器有:Nd:YAG激光器、二氧化碳激光器等,其中Nd:YAG激光器在激光超声领域使用最多。通过光束调制可以改善超声波形,目前常用的调制方法有:空间调制、时间调制以及二者的双重调制。
现有的激光超声检测技术有:传感器检测技术和光学检测技术,后者以其非接触、灵敏度高等特点[15]成为最常用的技术,包括:光偏转技术、外差法、光衍射法、差分位移干涉仪等。 激光超声技术研究现状及进展:http://www.lwfree.cn/yanjiu/20190317/31159.html
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