基于激光超声的材料厚度检测方法研究

摘要

本文结合国家自然科学基金项目“微弱冲击信号的识别和提取技术研究”（编号:51175466），开展了激光脉冲在材料中热弹性激发超声纵波以及用于材料厚度无损检测的研究。
　　第一章:阐述了课题研究的背景和意义;探讨了激光超声的激发机理和方法、检测手段和技术以及在无损检测中的应用，分析了激光超声及超声检测技术的研究现状及发展趋势;给出了论文的研究内容和总体框架。
　　第二章:分析了激光超声的激发机制，构建了热弹机制下激光超声激发的点源解析模型，探讨了激光超声纵波的检测方法。
　　第三章:基于热传导理论，研究了激光超声热固耦合的数值模拟方法，利用有限元数值模拟金属材料中激光超声的产生和传播，对瞬态温度场和应力场进行了模拟分析，研究了不同材料中激光超声激发的超声纵波信号。
　　第四章:研究了基于小波变换的超声纵波信号消噪方法，构建了一种基于包络线算法的纵波渡越时间求解算法，实现了检测厚度的计算。
　　第五章:对激光超声纵波检测系统进行了总体设计，完成了检测系统的硬件部分和软件部分，进行了实验和验证分析。
　　第六章:总结全文研究内容，展望进一步的工作。

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致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 激光超声技术国内外研究进展

1．2．1 激光超声激发技术的研究进展

1．2．2 激光超声检测技术的研究进展

1．2．3 激光超声技术在无损检测中的应用

1．3 超声检测技术的研究现状及发展趋势

1．3．1 传统超声检测手段

1．3．2 超声无损检测技术的发展趋势

1．4 本文的主要研究内容及框架

1．5 本章小结

第2章 激光超声的激发机理和检测方法

2．1 引言

2．2 超声纵波理论基础

2．2．1 超声纵波的产生

2．2．2 超声纵波的基本性质

2．3 激光超声的激发机理及模型

2．3．1 激光超声的激发机理

2．3．2 热弹机制激光超声激发的点源模型

2．4 激光超声纵波的检测方法

2．4．1 接触式

2．4．2 非干涉仪法

2．4．3 干涉仪法

2．5 本章小结

第3章 激光超声热固耦合的数值模拟

3．1 引言

3．2 热传导理论

3．2．1 热传导理论

3．2．2 热弹方程

3．2．3 温度场方程

3．3 激光超声热固耦合的数值模拟

3．3．1 有限元分析模型

3．3．2 铝材料检测的数值模拟分析

3．3．3 钢材料检测的数值模拟分析

3．4 本章小结

第4章 超声纵波信号的处理与厚度提取方法

4．1 引言

4．2 基于小波变换的消噪方法

4．2．1 小波分析的基本理论

4．2．2 基于小波变换的消噪方法

4．3 基于包络峰值的厚度算法

4．3．1 包络线算法

4．3．2 基于渡越时间的厚度计算

4．4 本章小结

第5章 基于激光超声的厚度检测系统

5．1 引言

5．2 检测系统的总体设计

5．3 检测系统硬件和软件设计

5．4 实验及结果分析

5．4．1 实验样品的制备

5．4．2 实验及结果分析

5．5 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 工作展望

参考文献