激光瞬态光栅激励下结构的超声响应特性研究

摘要

将脉冲激光的空间展开与激光超声无损检测相结合,数值分析及实验研究了激光瞬态光栅作用于铝合金板的结构响应。数值分析了反射-吸收综合模型框架下表面粗糙度对吸收率的影响,进行了直径1 mm外型、脉冲宽度1 ns、单脉冲6 mJ输入下激光瞬态光栅激励过程的仿真,并开展了相同能量条件下束斑点光源、有限长度线光源的比对分析;数值分析结果表明,观测距离小于等于4 mm的范围内,瞬态光栅激发下峰值为点源激发的2~5倍,且结构表面能量密度约为点源模式的1%、线源模式的12.7%。开发了瞬态光栅模块并搭建了激发-检测实验系统,结合49.36 mm×49.80 mm×4.97 mm尺寸的铸铝平板进行了验证比对。实验结果表明,60 kHz高通滤波下噪声幅值约为1 nm,距离光栅中心位置2 mm处表面位移峰值的相对偏差最大值为8.91%、10 mm处信号时延对应的声表面波速度偏差为6.62%。