论文摘要
近年来,非线性超声裂纹检测技术凭借它远高于线性超声裂纹检测技术的检测能力而备受关注。它利用声波在材料中传播时,声波与微裂纹相互作用所产生的各种非线性效应,实现远小于超声波长尺寸的微裂纹检测。21世纪初,非线性超声裂纹检测技术开始采用激光技术激发超声、调制裂纹进行裂纹检测,这种激光激发超声、光热辅助调制裂纹的技术称为光声非线性裂纹检测技术。光声非线性混频检测技术作为光声非线性裂纹检测技术的一种,具有信噪比高、实现简单等优势。本文基于“clapping”理论的光声非线性混频机制,首先研究了加热光源功率变化导致的共振峰频移对非线性混频主峰信号幅值的影响,研究结果表明,受加热光源功率变化的影响,材料共振频率会发生移动,从而导致非线性混频主峰信号的幅值发生变化。然后研究了非线性混频信号幅值的稳定时间,即预调制时间,与加热光源功率之间的关系。研究结果表明,加热光源功率越大,预调制所需时长越短。最后研究了加热光源功率变化导致非线性混频信号缺级的现象,这一现象可以被用来反演材料中裂纹的一些相关信息,比如裂纹宽度,裂纹处的刚度等。由于目前的光声非线性混频裂纹检测技术多将激发光源与加热光源重合辐照于裂纹上。为详细研究光声非线性混频裂纹检测技术中两光源分别对混频信号的贡献,本文从空间上分离激发光源与加热光源,通过研究相应的非线性旁瓣信号变化,探讨两光源在声学和热学上对非线性混频信号的贡献。实验中保持一束激光位于裂纹处,移动另一束激光在裂纹附近扫查,研究了非线性混频信号幅值随移动光源位置的变化。实验结果显示,扫查激光光斑在距离裂纹附近一定范围内(通常激发光源在6倍激发光光斑直径距离;加热光源在2倍加热光光斑直径距离内),有非线性混频现象产生;进一步,将加热光源辐照于裂纹处,移动激发光源到不能产生混频信号的区域,通过补偿加热光源功率依旧无法产生非线性混频信号。这一现象表明加热光源与激发光源在光声非线性混频产生机制中的作用为:低频加热光源辐照裂纹使两裂纹壁间的距离不断减小,高频激发光源的热效应导致该加热区域存在高频的位移分量,从而使受到加热光源调制的两裂纹壁间产生不断的开合(即激发光源使两裂纹壁间产生了“clapping”状态),最终产生非线性混频信号。
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文章来源
类型: 硕士论文
作者: 倪苏浩
导师: 袁玲,倪辰荫
关键词: 激光超声,无损检测,非线性混频,裂纹,激发光源,加热光源
来源: 南京理工大学
年度: 2019
分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑
专业: 力学,工业通用技术及设备
单位: 南京理工大学
分类号: O346.1;TB57
DOI: 10.27241/d.cnki.gnjgu.2019.001505
总页数: 66
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