激光激發(fā)Lamb波在厚度非均勻薄板中的傳播特性研究.pdf

1、本文利用激光激發(fā)Lamb波可以實(shí)現(xiàn)非接觸式激發(fā)、寬頻帶、適用復(fù)雜結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)，從理論分析、數(shù)值計(jì)算和實(shí)驗(yàn)三個(gè)方面研究了激光激發(fā)兆赫茲量級(jí)Lamb波在厚度非均勻薄板（包括厚度線性變化薄板和拋物線型聲黑洞結(jié)構(gòu)）中的傳播特性。
　　針對(duì)現(xiàn)有的二維有限元模型，基于波動(dòng)方程和熱彈性理論，建立了激光在均勻薄鋁板中激發(fā)Lamb波的三維有限元模型，得到了相應(yīng)的Lamb波時(shí)域波形。實(shí)驗(yàn)上建立了基于Michelson干涉儀的激光剪切散斑干涉裝置，裝置中

2、包含用于全裝置的時(shí)延控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)聲波動(dòng)態(tài)傳播過程的全場自動(dòng)成像。利用該裝置實(shí)現(xiàn)了對(duì)楔波和均勻薄板中Lamb波傳播的全場動(dòng)態(tài)成像。
　　對(duì)厚度線性變化薄板中AO模態(tài)Lamb波的傳播特性進(jìn)行了研究，討論了Lamb波在厚度線性變化薄板中的傳播路徑。通過理論和數(shù)值研究發(fā)現(xiàn)了在厚度線性變化薄板中，以一定角度θs入射到厚度線性變化區(qū)域的Lamb波會(huì)沿固定軌道傳播，隨著聲波頻率的增大固定軌道的半徑逐漸減小;入射角度小于θs的波向著厚度減小

3、區(qū)域傳播，當(dāng)聲波波矢的切向分量與沿邊界傳播的聲波波矢的切向分量相匹配時(shí)，最終轉(zhuǎn)變?yōu)檠刂吔鐐鞑サ木钟虿āú?入射角度大于θs的波會(huì)以旋轉(zhuǎn)輻射的形式向外界傳播遠(yuǎn)離厚度變化區(qū)域。實(shí)驗(yàn)上，利用上述時(shí)延激光散斑干涉裝置對(duì)Lamb波在厚度線性變化區(qū)域的傳播路徑進(jìn)行了成像，驗(yàn)證了理論計(jì)算結(jié)果。
　　對(duì)AO模態(tài)Lamb波在二維拋物線型聲黑洞結(jié)構(gòu)中的傳播特性進(jìn)行了研究。在研究聲黑洞結(jié)構(gòu)中Lamb波波束寬度和振幅的變化特性過程中，發(fā)現(xiàn)聲波向厚度減

4、小區(qū)域傳播時(shí)，波束寬度將逐漸變窄，同時(shí)振幅逐漸增大，且振幅增速與厚度成反比;得到了Lamb波在聲黑洞結(jié)構(gòu)中傳播波速變慢的特性。采用基于多普勒測振儀的全光學(xué)激光超聲激發(fā)與探測系統(tǒng)對(duì)Lamb波在二維拋物線型聲黑洞結(jié)構(gòu)中的傳播進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了聲黑洞結(jié)構(gòu)中聲波振幅以及波速的變化特性;同時(shí)結(jié)合激光掃描線源法，采用二維傅里葉變換對(duì)得到的Lamb波波形進(jìn)行時(shí)頻分析，通過對(duì)比均勻薄板中的色散曲線發(fā)現(xiàn)了該種結(jié)構(gòu)對(duì)模態(tài)具有選擇作用。采用有限元