各向异性层状复合材料的激光超声数值模拟

摘要

基于谱有限元方法和简正模态展开法,针对层状各向异性复合板,建立了激光激发超声导波的数值模型。模拟研究了导波的相速度,群速度,能量速度色散曲线和波结构等传播特性,以及激光激发Lamb波的瞬态波形特征。主要研究内容如下;
　　 基于谱有限元方法,建立了层状各向异性复合板中导波传播的数值模型。通过与全局矩阵法计算结果比较,验证了谱有限元方法的正确性。研究了单层,多层对称和非对称层叠复合板中导波传播的特性。结果表明单层纤维复合板中导波的速度随着传播方向而改变,导波沿纤维方向传播的速度大。多层复合板层叠的对称性、角度、层数和次序对导波基本模态的相速度色散曲线有明显的影响。
　　 结合谱有限元方法和简正模态展开法,建立了激光激发Lamb波的数值模型。通过与有限元法计算结果比较,验证了谱有限元法结合简正模态展开法的快速、有效性。研究了单层纤维增强型复合板和多层不同层叠次序的复合板中Lamb波的波形及传播特征。结果表明Lamb波的传播速度及色散特性与材料的各向异性性质相关,复合板的层叠次序会影响Lamb波的速度、色散和幅度。
　　 本文建立的数值模型为研究激光超声导波提供了有效的工具,为进一步研究具有复杂结构的粘弹性波导中导波的传播特性奠定了基础。研究结果具有一定的参考价值,为更好地理解复杂介质中导波的传播,指导激励信号的选择及识别检测信号的模态提供理论依据。