脉冲激光在镀层圆柱中激发的声场及镀层材料表征研究

摘要

对激光激发的平面和圆柱镀层系统的声场采用Fourier变换技术进行理论求解，得到声场的积分表达式；通过留数理论进一步得到表面波声场；然后利用数值方法计算表面波频散特性和脉冲激光激发的瞬态表面波声场。文中首先详细分析了慢层表面波行为，其次对快层表面波的频散特性及其与慢层表面波行为的差异进行了探讨。以此为基础分析了超硬镀层表面波具有的独特性质。为验证理论分析和数值仿真结果，加工制作一系列平面和圆柱镀层试样并开展激光超声实验，表面波瞬态声场实验测量结果及频散分析结果均很好地验证了理论分析的结果。研究表明，镀层圆柱表面波是圆柱和表面镀层材料的双重致导波，慢层圆柱表面波在频率不是特别低的情况下，其性质与平面镀层表面波相似，圆柱的弯曲性特别是表面薄层性质会对镀层圆柱表面波产生显著影响。快层圆柱表面波性质在一定频段内与快层平面相似，但在频率较高时，两种快层系统表面波性质的差异非常大，文中进行了详细的讨论。在上述理论研究的基础上，利用较为成熟的反演方法——模拟退火法对引用目标函数的频段进行分析，得出有利反演精度的有效频段；然而由于模拟退火法计算效率太低，需较长时间才能寻出最优解；论文首先对相关参数对目标函数的影响进行了考查，发现参数对目标函数的影响是单极值性的，然后开发类Powell方法对镀层圆柱表面波实验信号进行镀层参数的反演，反演结果具有较高的效率和精度，证实类Powell方法对于单极值性的函数是一种较好的寻优方式。关键词：激光超声、镀层材料、表面波、Rayleigh波(RW)、Wispering Gallery Model(WGM)、声场、留数定理、反演、Powell方法。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章引言

1.1概述

1.2脉冲激光在平面介质激发的声场研究

1.3弯曲表面声传播的激光超声研究

1.4本文的工作

第2章脉冲激光在镀层系统表面激发声场的理论研究

2.1脉冲激光激发的镀层平面表面波声场

2.2脉冲激光激发的镀层圆柱表面波声场

第3章慢层平面和圆柱表面波

3.1慢层平面表面波问题

3.1.1慢层平面表面波的频散特性

3.1.2脉冲源激发的瞬态声场

3.2慢镀层圆柱表面波的频散特性

3.3脉冲激光激发的慢层圆柱表面波瞬态声场

3.4本章小结

第4章快层平面和圆柱表面波

4.1快层平面表面波问题

4.1.1快层平面表面波的频散问题

4.1.2超硬材料平面表面波的频散问题

4.2快层圆柱表面波的研究

4.2.1快层圆柱表面波的频散

4.2.2脉冲激光激发的快层圆柱表面波瞬态声场

4.2.3有关数值仿真计算的讨论

4.3关于快层圆柱表面波的讨论

4.4本章小结

第5章激光超声实验

5.1激光超声实验

5.1.1激光超声实验系统

5.1.2试样材料参数的实验测定

5.2部分实验结果

第6章镀层圆柱表面波表征镀层参数的研究

6.1利用模拟退火方法的理论波形的反问题研究

6.2鲍威尔方法用于反演问题研究

6.2.1材料参数对频散影响的多值性研究和Powell方法简介

6.2.2实验慢层表面波的反演

6.2.3实验快层表面波的反演

6.3本章小结

第7章总结与展望

7.1总结与结论

7.2下一步的工作

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果