層狀材料的激光超聲有限元模擬和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法反演材料參數(shù)的研究.pdf

1、本文用有限元方法研究并建立了脈沖激光在層狀材料中熱彈激發(fā)超聲的理論模型,并利用該方法對(duì)激光超聲波的產(chǎn)生和傳播特征、波形特征、以及用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法反演材料參數(shù)的方法等方面進(jìn)行了理論分析和數(shù)值計(jì)算研究.根據(jù)經(jīng)典熱傳導(dǎo)方程,分析了材料在激光輻照下的光學(xué)及熱物理性能的變化情況,得到了材料內(nèi)部的瞬態(tài)溫度場(chǎng)分布在一個(gè)很小的局部區(qū)域,該區(qū)域存在很大的溫度梯度,且極不均勻的研究結(jié)果;提出了準(zhǔn)靜態(tài)過程中線彈性有限元數(shù)值模擬計(jì)算激光熱應(yīng)力分布的方法,得到了軸

2、向應(yīng)力波隨時(shí)間變化向材料內(nèi)部傳播、徑向應(yīng)力波隨時(shí)間沿徑向傳播的結(jié)論;進(jìn)而認(rèn)為材料中產(chǎn)生的超聲波是表面熱源和體熱源共同作用的結(jié)果,即是表面正交力偶和垂直力共同作用的結(jié)果.分析了納秒量級(jí)的激光超聲產(chǎn)生的熱結(jié)構(gòu)耦合的物理過程,研究了網(wǎng)格大小和時(shí)間步長參數(shù)和有限元求解的穩(wěn)定性的關(guān)系,建立了優(yōu)化的有限元模型,數(shù)值模擬兩種典型涂層基底系統(tǒng)中聲表面波的激光熱彈激發(fā)和傳播過程.數(shù)值模擬結(jié)果表明:除了掠面縱波外,在快基底慢涂層系統(tǒng)中得到了正常的色散表面波

3、,而在慢基底快涂層系統(tǒng)中得到了反常色散表面波.進(jìn)而采取減小激發(fā)激光光斑的辦法,使激發(fā)出來的聲表面波頻率高于慢基底快涂層系統(tǒng)中的截止頻率時(shí),在慢基底快涂層系統(tǒng)中得到了偽表面波.基于PWV分布的時(shí)間頻率分析方法,分析了涂層基底系統(tǒng)中激光產(chǎn)生的瞬態(tài)位移響應(yīng).利用平滑的PWV分布給出了瞬態(tài)激光超聲波的時(shí)間頻率的動(dòng)態(tài)特征,在時(shí)間頻率平面上的給出了波的類型、位置和形狀等傳播特征,而且根據(jù)群延遲可從單個(gè)波形估計(jì)速度.首次提出了利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法直接反演