激光熱彈激發(fā)流——固界面導(dǎo)波的數(shù)值模擬.pdf

1、基于熱彈性理論和流固耦合理論,建立了脈沖激光在流-固界面激勵(lì)超聲導(dǎo)波的理論模型,采用有限元方法數(shù)值模擬研究激光輻照產(chǎn)生的溫度場(chǎng)和聲波場(chǎng),并建立了激光體力源分布和波形特征之間的定量關(guān)系。在此基礎(chǔ)上采用積分變換解析方法進(jìn)行比較研究,取得較好的一致性,為流-固界面激光激勵(lì)超聲導(dǎo)波無(wú)損檢測(cè)提供理論基礎(chǔ)。主要內(nèi)容如下:
　　 基于經(jīng)典熱傳導(dǎo)方程,分析了激光脈沖線源在流-固界面產(chǎn)生的瞬態(tài)溫度場(chǎng),提出溫度梯度場(chǎng)是激勵(lì)超聲波的體力源,并分析了其

2、空間和時(shí)間分布特征,以及不同流體介質(zhì)的熱學(xué)參數(shù)對(duì)溫度場(chǎng)的影響。
　　 基于激光超聲的熱彈激發(fā)機(jī)理,采用積分變換方法耦合求解彈性介質(zhì)的熱彈控制方程和熱傳導(dǎo)方程,利用流固耦合邊界條件,針對(duì)半無(wú)限大流-固空間和流體中固體板材兩種不同情況,得到了超聲波場(chǎng)的力學(xué)分量在變換域的解析解以及特征方程,進(jìn)而得到了流-固界面導(dǎo)波的時(shí)域解和色散曲線、衰減曲線。
　　 基于Comsol Multiphysics有限元分析平臺(tái),建立了脈沖激光線源

3、熱彈激勵(lì)流-固界面導(dǎo)波的有限元數(shù)值模型。針對(duì)不同材料的熱學(xué)參數(shù)和力學(xué)參數(shù),研究了有限元模型中網(wǎng)格單元?jiǎng)澐趾蜁r(shí)間步長(zhǎng)選擇等關(guān)鍵參數(shù),獲得了與解析求解相吻合的數(shù)值結(jié)果,證明了兩種算法的有效性。
　　 研究了脈沖激光線源在半無(wú)限大流-固界面激勵(lì)的泄漏Rayleigh波、Scholte波以及Lateral波的位移和應(yīng)力波形,比較分析了其傳播特征,結(jié)果表明泄漏Rayleigh波和Scholte波的能量分別分布在固體和流體兩側(cè)。也研究了流體