激光声表面波在材料加工表面损伤检测中的应用研究

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激光声表面波技术是无损检测领域新的研究方向之一,并在现代工业发展过程中发挥着重要的作用。本文提出了基于激光声表面波在有损介质中的色散特性来检测单晶硅杨氏模量的研究思路,旨在利用激光声表面波的色散特性提供一个准确测量材料精密加工后机械特性的无损检测方法。论文主要从声表面波信号的激发机理与检测技术、激光声表面波的色散理论、激光声表面波检测材料表面损伤的实验测试等角度来展开。  声表面波信号的激发机理和检测技术方面,论文在讨论热弹激发和融蚀激发两种不同的激发机制的基础上,从实际的应用角度出发,构建了基于热弹激发机制的激光激发产生声表面波的解析模型;除此之外,论文还从非接触式和接触式两个不同的实验信号探测方法的角度分别介绍了激光声表面波的检测技术。  激光声表面波色散理论方面,论文从解析色散的角度出发,建立了材料加工表面损伤层的分层理论模型,并在此理论模型的基础上通过编制 MATLAB理论程序得到了声表面波的理论色散曲线。  激光声表面波检测材料表面损伤的实验测试方面,论文利用激光声表面波检测材料加工表面损伤平台对单晶硅样品进行了实验测试,获得了被测样品材料的时域信号;其次,对采集到的声表面波实验时域信号进行了分析,得到了声表面波实验信号的频谱图,进而利用相位谱法推导出实验色散曲线;最后,通过实验与理论色散曲线的匹配来得到注入后单晶硅样品材料的杨氏模量值,并利用纳米压痕仪对声表面波检测平台的实验测试结果进行验证。  经过上述研究,证明了本课题组所采用的激光声表面波实验测试方法的准确性和可靠性,从而为材料表面损伤的检测技术提供了更多更广阔的研究思路。
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