激光激發(fā)Lamb波在厚度非均勻薄板中的傳播特性研究.pdf

1、本文利用激光激發(fā)Lamb波可以實現(xiàn)非接觸式激發(fā)、寬頻帶、適用復(fù)雜結(jié)構(gòu)等特點，從理論分析、數(shù)值計算和實驗三個方面研究了激光激發(fā)兆赫茲量級Lamb波在厚度非均勻薄板（包括厚度線性變化薄板和拋物線型聲黑洞結(jié)構(gòu)）中的傳播特性。
　　針對現(xiàn)有的二維有限元模型，基于波動方程和熱彈性理論，建立了激光在均勻薄鋁板中激發(fā)Lamb波的三維有限元模型，得到了相應(yīng)的Lamb波時域波形。實驗上建立了基于Michelson干涉儀的激光剪切散斑干涉裝置，裝置中

2、包含用于全裝置的時延控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了對聲波動態(tài)傳播過程的全場自動成像。利用該裝置實現(xiàn)了對楔波和均勻薄板中Lamb波傳播的全場動態(tài)成像。
　　對厚度線性變化薄板中AO模態(tài)Lamb波的傳播特性進(jìn)行了研究，討論了Lamb波在厚度線性變化薄板中的傳播路徑。通過理論和數(shù)值研究發(fā)現(xiàn)了在厚度線性變化薄板中，以一定角度θs入射到厚度線性變化區(qū)域的Lamb波會沿固定軌道傳播，隨著聲波頻率的增大固定軌道的半徑逐漸減小;入射角度小于θs的波向著厚度減小

3、區(qū)域傳播，當(dāng)聲波波矢的切向分量與沿邊界傳播的聲波波矢的切向分量相匹配時，最終轉(zhuǎn)變?yōu)檠刂吔鐐鞑サ木钟虿āú?入射角度大于θs的波會以旋轉(zhuǎn)輻射的形式向外界傳播遠(yuǎn)離厚度變化區(qū)域。實驗上，利用上述時延激光散斑干涉裝置對Lamb波在厚度線性變化區(qū)域的傳播路徑進(jìn)行了成像，驗證了理論計算結(jié)果。
　　對AO模態(tài)Lamb波在二維拋物線型聲黑洞結(jié)構(gòu)中的傳播特性進(jìn)行了研究。在研究聲黑洞結(jié)構(gòu)中Lamb波波束寬度和振幅的變化特性過程中，發(fā)現(xiàn)聲波向厚度減

4、小區(qū)域傳播時，波束寬度將逐漸變窄，同時振幅逐漸增大，且振幅增速與厚度成反比;得到了Lamb波在聲黑洞結(jié)構(gòu)中傳播波速變慢的特性。采用基于多普勒測振儀的全光學(xué)激光超聲激發(fā)與探測系統(tǒng)對Lamb波在二維拋物線型聲黑洞結(jié)構(gòu)中的傳播進(jìn)行了實驗研究，實驗結(jié)果驗證了聲黑洞結(jié)構(gòu)中聲波振幅以及波速的變化特性;同時結(jié)合激光掃描線源法，采用二維傅里葉變換對得到的Lamb波波形進(jìn)行時頻分析，通過對比均勻薄板中的色散曲線發(fā)現(xiàn)了該種結(jié)構(gòu)對模態(tài)具有選擇作用。采用有限元