基于声表面波技术检测金属材料表面加工损伤的研究

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1、---------------------------------------------------------------------------------------------------基于声表面波技术检测金属材料表面加工损伤的研究天津大学硕士学位论文姓名：张磊申请学位级别：硕士专业：机械工程指导教师：林滨2011-12摘要声表面波检测技术能够准确、快速且简易地测量介质表面以下的物理性能，具备现有检测技术所缺少的综合优点。因此深入透彻地研究该项技术可以简化工业现场中加工件表面完整性的测量步骤，缩短测试时间，提高测试效率，为保障产品的使用寿命和安全

2、可靠性提供更有效地手段。本课题通过理论分析、有限元仿真和实验研究这三条技术路径，对激光声表面波探测典型金属加工表面损伤技术进行了研究。ｌ、从理论方面，研究半无限大介质内弹性波的波动方程，分析了分层材料内表面物理性能相对弹性波传播速度的相对关系，为后续研究工作提供了理论支持和技术假设。２、从仿真方面，建立了含有不同尺寸裂纹模型，分析对比不同的载荷函数和加载类型对仿真结果的影响，进而提出了更加贴近现实———————————————————————————————————————————————-----------------------------------

3、----------------------------------------------------------------的载荷形式。从时域和频域角度，研究了声表面波在模型表面以下的传播过程和不同尺寸裂纹对其幅值衰减效应和相速度的影响。３、从实验方面，设计出适用于本实验系统的传感器装置，搭建了基于激光触发／压电薄膜探测声表面波测试装置，并对所备试件进行了检测。经过上述研究，从仿真角度验证了声表面技术检测典型金属试件内裂纹的可行性，获得了频域内相速度曲线以及裂纹尺寸对该曲线的相对作用关系。完成了压电薄膜传感器装置的设计和实验测试设备的搭建，并在所测试件表

4、面上获得了有效的超声振动信号。关键词：声表面波表面损伤杨氏模量相速度频域分析ＡＢＳＴＲＡＣＴＳｕｒｆａｃｅａｃｏｕｓｔｉｃｗａｖｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｈａｓｔｈｅｃａｐａｃｉｔｙｏｆａｃｃｕｒａｔｅｌｙ，ｑｕｉｃｋａｎｄｅａｓｉｌｙｍｅａｓｕｒｉｎｇｔｈｅｐｈｙｓｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｉｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｍｅｄｉａ，ｗｉｔｈｓｏｍｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｔｈａｔｏｔｈｅｒｃｕｒｒｅｎｔｔｅｓｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｌａｃｋｏｆ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ａｄｅｅｐａｎｄｔｈｏｒｏｕｇｈｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆｔｈｉｓｔｅｃｈｎｏｌ

5、ｏｇｙｗｉｌｌｃｏｎｔｒｉｂｕｔｅｔｏｓｉｍｐｌｉｆｙｍ’ｇｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓｏｆｓｕｒｆａｃｅｉｎｔｅｇｒｉｔｙｉｎｉｎｄｕｓｔｒｙ，ｓａｖｉｎｇ———————————————————————————————————————————————---------------------------------------------------------------------------------------------------ｔｅｓｔｉｎｇｔｉｍｅ，ｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｅｓｔｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ａｎｄｐｒｏｖｉｄｉｎ

6、ｇａｒｅｌｉａｂｌｅｔｅｓｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｔｈａｔｃｏｕｌｄａｓｓｕｒｅｔｈｅｑｕａｌｉｔｙ．ｓａｆｅｔｙａｎｄｌｉｆｅｓｐａｎｏｆｗｏｒｋｐｉｅｃｅｓ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓ，ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，ｓｕｒｆａｃｅａｃｏｕｓｔｉｃｗａｖｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｎｓｕｒｆａｃｅｃｒａｃｋｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．１．Ｉｎｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｐａｒｔ，ｔｈｅｅｌａｓｔｉｃｗａｖｅｅｑｕａｔｉｏｎｉｎａｓｅｍｉ－ｉｎｆｉｎｉｔｅｍ

7、ｅｄｉａ，ａｎｄｔｈｅｗａｖｅｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｏｎａｌａｙｅｒｅｄｍａｔｅｒｉａｌ。ａｓｗｅｌｌａｓｉｔｓｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｏｎｐｈａｓｅｖｅｌｏｃｉｔｙｈａｖｅｂｅｅｎｓｔｕｄｉｅｄ，ｗｈｉｃｈｐｒｏｖｉｄｅｄｔｈｅｂａｓｉｓａｎｄｈｙｐｏｔｈｅｓｉｓｆｏｒｔｈｅｆｕｒｔｈｅｒｒｅｓｅａｒｃｈ．———————————————————————————————————————————————---------------------------------------------------------------------------------

8、------------------２．Ｉｎｔｈｅｓ