2微米激光激励碳纤维复合材料产生超声波的研究

摘要

超声检测技术是一种比较先进的无损检测技术，它的主要过程是先用超声波或者在材料中激发出来的超声波对材料进行检测，通过收集与材料缺陷作用后的超声信号，分析携带了材料缺陷信息的超声波信号，通过对超声波的声学特性的计算，实现对材料缺陷情况的评估
　　目前用来进行超声探测的超声源有电激发，热激发，光激发以及超声波发生器等，而本文主要就是主要研究了超声波的光激发机制，具体的讲是2微米脉冲激光照射碳纤维复合材料板产生超声波的机制。本文分析了超声波激发的理论基础，并进行了实验探究。
　　首先，对无损检测和激光超声研究的背景和意义进行介绍，概述了2微米主动调 Q激光器的发展现状，探讨了激光超声的国内外发展，以及它在无损检测领域和复合材料检测领域的应用。
　　其次，从理论上分析了热弹激发产生超声波的原理和产生的超声波的性质，利用comsol对于激光激发复合材料板产生超声波进行了仿真。仿真采用了三个模型，一是单层碳纤维复合材料板结构，二是将两层复合材料板用环氧树脂胶粘在一起的结构，三是激光激发 Lamb波和 Rayleigh波的仿真。并通过改变模型的参数，以及在材料内部加上缺陷来探究超声波的产生和传播的性质。
　　再次，对于Ho:YAG晶体连续出光和调Q出光的速率方程，以及热和热透镜效应进行了分析。在实验上搭建了泵浦源 Tm:YLF激光器和主动调 Q的 Ho:YAG激光器，获得了符合激发超声波比较理想的2μm Ho:YAG脉冲光源。
　　最后，详细描述了2μm脉冲激光超声激发的实验结果以及对结果进行了分析和对比。实验结果与comsol仿真的结果比较吻合，对于后续研究超声波的热弹激发打下了基础。

目录

第1章 绪论

1.1课题的研究的背景和意义

1.2 2μm主动调Q激光器国内外发展现状

1.3激光超声国内外研究现状

1.4本文主要内容和结构安排

第2章激光超声激发的原理和仿真

2.1激光激发超声波的理论

2.2 comsol有限元仿真的理论基础

2.3单层碳纤维复合板comsol仿真

2.4双层碳纤维复合板comsol仿真

2.5 Rayleigh波和Lamb波的仿真

2.6本章小结

第3章2μm Ho:YAG主动调Q激光器

3.1 Ho:YAG晶体的性质与速率方程

3.2 Ho:YAG调Q激光器的热分析

3.3 Tm:YLF激光器的参数和分析

3.4 Ho:YAG主动调Q激光器实验结果

3.6本章小结

第4章2μm激光碳纤维复合材料超声激发实验

4.1激发的实验结构

4.2激发的结果

4.3 1MHz和5MHz的探头探测的区别

4.4能量密度的对比

4.5铜薄片的激发结果

4.6 1微米激光激发对比

4.8本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

声明

致谢