流-固界面和彎曲表面上激光超聲波的理論與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、本文從流一固界面波和彎曲表面上(柱面、管道)周向波的激光激勵機(jī)理出發(fā)，從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面研究了脈沖激光在流一固界面和彎曲表面上激勵的超聲場，主要內(nèi)容如下： 以激光超聲的熱彈激發(fā)機(jī)理為基礎(chǔ)，討論了流體(包括氣體)和固體中激光超聲的激發(fā)過程；在此基礎(chǔ)上，重點(diǎn)解決了流-固邊界上超聲場的耦合問題，給出流-固邊界超聲場耦合的邊界方程；結(jié)合熱傳導(dǎo)方程和Navier-Stokes 方程，建立了流-固界面波的激光激發(fā)和傳播的理論模型。

2、根據(jù)變分原理，推導(dǎo)出流體和固體中熱傳導(dǎo)方程和Navier-Stokes方程的有限元形式、流-固邊界方程的有限元形式；重點(diǎn)解決了網(wǎng)格大小和單元步長的選擇問題，給出了流體和固體中網(wǎng)格大小和單元步長的選擇依據(jù)；討論有限元數(shù)值色散對計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確性的影響；編制了流一固界面波的激光激發(fā)和傳播的有限元程序。 數(shù)值模擬了不同流一固界面(包括空氣-鋁、水-鋁平面界面和空氣-鋁柱面界面等)上的泄露．Rayleigh波、泄露Lamb波的激光激發(fā)過程；

3、并根據(jù)數(shù)值計(jì)算結(jié)果，討論了泄露Rayleigh波、泄露Lamb波在界面上的傳播特性。 提出了反射式和透射式兩種光偏轉(zhuǎn)探測方法，并相應(yīng)地建立了基于這兩種方法的光纖耦合探測裝置，探測到了脈沖激光在不同流-固界面激發(fā)的流-固界面波(包括泄漏Rayleigh波、泄露Lamb波和Scholte 波)波形。實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算吻合，從而驗(yàn)證了所建模型的正確性。 采用有限元方法從理論上研究了脈沖激光在柱狀和管狀材料中激發(fā)的超聲波，探討了