激光超声技术在蜂窝夹芯材料检测中的数值模拟研究

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蜂窝结构材料以其诸多优点广泛的应用于航空领域和工业中,但是由于生产和使用过程中极易产生脱粘的缺点给安全带来隐患,因而需要合适的无损检测方法检查该类缺陷。激光超声技术是近年来发展迅速的一门无损检测技术,本文主要从理论上对蜂窝结构中的激光激发的超声波的传播特性进行了研究,进而研究脱粘缺陷对超声波传播特性的影响。考虑到蜂窝结构的特征,建立了一种激光辐照于蜂窝材料的蒙皮上激发超声波的理论模型。基于平面应变方程和激光热激发超声的经典理论,采用有限元方法研究了脉冲激光在蜂窝材料及其脱粘结构中激发出的超声波及其传播过程。通过热分析得到了激光辐照蜂窝板中蒙皮的瞬态温度场分布,通过热-结构耦合分析得到了好的蜂窝板及脱粘的蜂窝板中激光激发的超声波时域波形。数值计算结果表明脱粘对超声波的幅值和近场区域的低频成分的传播速度均有一定的影响。考虑到蜂窝壁脱粘对时域波形的影响,分别构造激光辐照于蜂窝壁和蜂窝中心正上方的模型,研究了脱粘结构中对心接收的时域波形的传播特性。利用二维傅里叶变换方法对蜂窝结构材料中激发的时域波形作时频分析得到各模态超声波的相速度曲线,进而研究了蜂窝结构对超声波传播速度的影响。针对碳纤维面板-铝蜂窝夹芯结构在市场占有很大的比例,构造激光辐照于该种蜂窝结构激发超声波的二维有限元模型,同时研究了蒙皮厚度对超声时频域特性的影响。本文主要为激光超声应用于蜂窝材料上的无损检测提供理论依据。
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