基于激光声表面波检测材料加工表面损伤层机械性能研究

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1、天津大学硕士学位论文基于激光声表面波检测材料加工表面损伤层机械性能研究ResearchonLaser-generatedSurfaceAcousticWaveDetectingtheMechanicalPropertiesofProcessingSurfaceDamages学科专业：机械工程作者姓名：许京磊指导教师：林滨教授天津大学机械工程学院二零一五年十二月中文摘要激光声表面波用于材料加工表面损伤层机械性能的检测技术是加工表面质量检测领域新的研究方向，也是是无损检测的领域新的研究方向之一，由于激光声表面波技术能够快速、准确的对材料加工表面损伤层的机械性能进行检测，所以

2、该研究具有重要的理论和工程实际应用意义。本课题基于激光激发声表面波的热弹机制及声表面波在材料加工表面损伤分层结构中的传播机制，从理论研究、实验测试和实验信号处理这三方面对激光声表面波损伤检测技术在硬脆材料加工损伤检测中的应用进行了研究，主要研究内容如下所述：激光声表面波在材料加工表面损伤分层结构中传播的研究：构建了硬脆材料加工表面损伤层的分层结构理论模型，推导了声表面波在损伤层及基底材料中传播的波动方程及边界条件，采用编程方法得出了声表面波在损伤层分层结构中传播的理论色散曲线。激光声表面波检测平台搭建的研究：搭建了基于激光声表面波的热弹激发机制及PVDF压电薄膜传感器检

3、测声表面波信号的激光声表面波检测平台，并在样品表面采集到了有效的声表面波实验信号。声表面波实验信号处理的研究:利用快速傅里叶变换（FFT）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。利用相位谱法采用编程计算的方法到了声表面波实验信号的相速度色散曲线,并通过声表面波实验信号的实验色散曲线与理论色散曲线的匹配最终得到了样品表面检测区域的杨氏模量数值。经过上述研究，本文的研究结果为硬脆材料加工表面损伤层机械性能的检测的应用提供了材料加工表面损伤层的分层理论模型和一套有效检测实验平台。关键词：激光声表面波；杨氏模量；色散曲线；无损检测；加工表面IA

4、bstractLaser-generatedsurfaceacousticwavetechnologyindetectingthemechanicalpropertiesfortheaffectedlayerofmachinedsurfaceisanewresearchdirectioninthefieldofmachinedsurfacequalitydetectiontechnologyandinthefieldofnon-destructivetesting.Duetothelaser-generatedsurfaceacousticwave(LSAW)canqu

5、icklyandaccuratelytestthephysicalandmechanicalpropertiesfortheaffectedlayerofmachinedsurface,thestudyhasimportanttheoreticalandengineeringapplicationsignificance.Thestudyisbasedonthermo-elasticmechanismofLaser-generatedsurfaceacousticwaveandthewavepropagationmechanismofLasergeneratedsurf

6、aceacousticwaveforitspropagationfortheaffectedlayerofmachinedsurface.Fortheapplicationofthelaser-generatedsurfaceacousticwavesinthedetectionofmaterialdamages,thispaperstudiestheapplicationofsurfaceacousticwavesinthedetectionofhardandbrittlematerialsthroughtheoreticalresearch,simulationca

7、lculationandexperimentaltesting.Themaincontentsareasfollows:Researchonthemechanismofsurfaceacousticwavepropagationfortheaffectedlayerofmachinedsurface:Thetheoreticallayered-mediummodelfortheaffectedlayerofmachinedsurfaceisconstructed，andtheboundaryconditionsandpropagation