板材弹性模量的激光超声测量方法研究

• 作 者: 刘星
• 出 处: 郑州大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 激光超声 表面波 纵波 兰姆波 弹性模量 板材

板材结构的制造工艺简单,很多材料例如金、银、铜、锌、铁等都可以制造成板材,在各个行业的用途也越来越广泛。越来越多的学者从多个方面对板材强度、刚度、硬度和疲劳寿命进行力学性能研究。弹性模量是衡量材料力学性能重要的指标之一,代表了材料力学性能的综合情况。为了快速、精确、无损地测量板材的弹性模量,本文提出了一种基于激光超声的检测方法。该方法可以克服了传统方法无法适用于恶劣环境下的缺点,实现了非接触地测量板材的弹性模量。论文从以下几个方面,探讨了板材弹性模量测量的激光超声方法。首先,介绍了激光超声的理论基础。详细阐述了本文用到的热弹机制,描述了各模态超声波的基本特性和主要的应用范围;接着介绍了激光超声的信号接收方式和信号的处理方法,为后续厚板和箔材弹性模量的测量奠定了理论基础。其次,搭建了激光超声检测系统。激光超声检测系统主要包括三个部分:激光激励部分,主要在板材中激励出超声波;干涉仪接收部分,对激励出来的超声波进行接收;移动部分,实现对检测板材的精确移动。然后,实现了厚板弹性模量的激光超声检测。介绍了实验用到的两组试样:铝合金板材、镁锂合金板材,并且理论分析了超声波各模态在厚度为5 mm铝合金6061板材中传播距离和传播时间的关系,并通过实验验证了理论的正确性。得到了纵波、表面波在板材中传播的速度,对厚板弹性模量进行了激光超声检测。最后,实现了箔材弹性模量的激光超声检测。介绍了实验所需要的铝合金箔材和镁锂合金箔材试样,并且理论分析了兰姆波的传播特性和频散曲线。通过实验得到了兰姆波的S₀模态传播速度,将其带入穷举法运算程序以反演出箔材的弹性模量。