复合平板中激光超声的讨论复合平板中激光超声的讨论 【摘要】本文讨论单向纤维增强复合平板中激光激发兰姆波的物理过程及传播特性，分析了复合平板中两个不同平面中兰姆波的波形特征。 【关键词】符合平板 激光 超声 激光激发高频超声技术在无损检测领域中具有重要的讨论价值及应用前景。近年来，随着单向纤维增强复合材料广泛应用于航空工业，使得单向纤维增强复合材料的性能评价及材料缺陷的无损检测受到越来越广泛地重视。因此，单向纤维增强复合材料中激光激发超声波的传播问题已成为目前急需解决的问题，该问题的解决将促进单向纤维增强复合材料的性能评价及激光超声检测技术的进展。然而，在实际过程中，由于单向纤维增强复合材料的复杂性，通常将三维立体结构简化为二维平面结构，计算三维平板中不同平面中超声波的传播特征，以此讨论单向纤维增强复合材料的结构类型及参数。本文采纳有限元方法建立脉冲激光等效力源作用在单向纤维增强复合平板表面上激发产生超声波的数值模型，分析单向纤维增强复合平板中不同平面中超声波的波形及传播特征。 一、数值模型及讨论分析 考虑一块均匀的单向纤维增强复合平板（厚度为 h）。如图 1 所示。x 轴和 z 轴分别垂直和平行于平板的纤维方向，y 轴垂直于平板的表面，x、y、z 方向的位移分别用 u、v、w 来表示。设脉冲线源激光沿 z 轴辐照到平板的上表面，考虑平面应变条件，可得超声波沿 xoy 平面传播，xoy 为各向同性的平面，其波动方程表示为： 假如计算 yoz 平面中超声波的传播特征，可将线源激光沿 x 轴辐照到平板的上表面，则超声波沿 yoz 平面传播，yoz 为各向异性的平面，其波动方程表示如下： 基于上述理论，计算脉冲激光等效力源作用在单向纤维增强复合平板上激发产生的超声波，采纳有限元方法分别建立激光作用在xoy、yoz 两个平面上激发超声波的数值模型，二维平面模型的长度及厚度分别设置为 40 mm 和 0.1 mm。激发源的位置位于原点处。有限元数值模拟选用的材料为碳纤维/环氧树脂复合材料，激发源的中心频率为 0.5 MHz。此外，在保证计算稳定及准确的前提下，有限元数值模型的网格大小及频率步长分别设置为 50 μm 和 0.01 MHz。 图 2 为碳纤维/环氧树脂复合平板中 xoy、yoz 两个平面上的位移波形，探测点与激发点之间的距离为 9 mm。从图 2 中可以看出，在厚度为 0.1 mm 的平板中，激光激发产生的超声波为兰姆波。首先到达观测点...
