基于激光声表面波检测材料加工表面损伤层机械性能研究

摘要

激光声表面波用于材料加工表面损伤层机械性能的检测技术是加工表面质量检测领域新的研究方向，也是无损检测的领域新的研究方向之一，由于激光声表面波技术能够快速、准确的对材料加工表面损伤层的机械性能进行检测，所以该研究具有重要的理论和工程实际应用意义。本课题基于激光激发声表面波的热弹机制及声表面波在材料加工表面损伤分层结构中的传播机制，从理论研究、实验测试和实验信号处理这三方面对激光声表面波损伤检测技术在硬脆材料加工损伤检测中的应用进行了研究，主要研究内容如下所述:
　　激光声表面波在材料加工表面损伤分层结构中传播的研究:构建了硬脆材料加工表面损伤层的分层结构理论模型，推导了声表面波在损伤层及基底材料中传播的波动方程及边界条件，采用编程方法得出了声表面波在损伤层分层结构中传播的理论色散曲线。
　　激光声表面波检测平台搭建的研究:搭建了基于激光声表面波的热弹激发机制及PVDF压电薄膜传感器检测声表面波信号的激光声表面波检测平台，并在样品表面采集到了有效的声表面波实验信号。
　　声表面波实验信号处理的研究:利用快速傅里叶变换(FFT)对采集到的声表面波实验时域信号进行了分析，得到了声表面波实验信号的频谱图。利用相位谱法采用编程计算的方法到了声表面波实验信号的相速度色散曲线，并通过声表面波实验信号的实验色散曲线与理论色散曲线的匹配最终得到了样品表面检测区域的杨氏模量数值。
　　经过上述研究，本文的研究结果为硬脆材料加工表面损伤层机械性能的检测的应用提供了材料加工表面损伤层的分层理论模型和一套有效检测实验平台。

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摘要

图清单

表清单

字母注释表

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 课题来源

1．3 国内外研究进展

1．4 课题主要研究内容

第二章 声表面波在材料加工表面损伤层中的传播机制

2．1 均匀半空间中声表面波的波动方程

2．2 硬脆材料加工表面损伤分层模型

2．3 声表面波在损伤层分层结构中传播的理论色散曲线

2．4 声表面波探测深度

2．5 本章小结

第三章 激光声表面波检测平台的设计及搭建

3．1 激光声表面波材料加工表面损伤检测平台搭建

3．2 激光声表面波测试平台的激发子系统的搭建

3．3 激光声表面波检测平台的信号采集子系统搭建

3．4 声表面波实验信号的采集与存储

3．5 本章小结

第四章 声表面波实验信号及信号处理

4．1 声表面波信号预处理

4．2 声表面波实验信号色散曲线计算

4．3 实验色散曲线与理论色散曲线的匹配

4．4 声表面波实验结果与纳米压痕测试实验结果对比

4．5 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 主要工作及结论

5．2 工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢