透明薄膜/基底系统激光超声波的有限元数值研究

王纪俊; 沈中华; 倪晓武; 许伯强; 关建飞; 陆建

高级检索

ISSN 1001-3806CN 51-1125/TN 网站地图

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

透明薄膜/基底系统激光超声波的有限元数值研究

王纪俊 , 沈中华 , 倪晓武 , 许伯强 , 关建飞 , 陆建

文章导航 > 激光技术 > 2006 > 30(2): 177-180

引用本文:

Citation:

透明薄膜/基底系统激光超声波的有限元数值研究

1.
南京理工大学, 信息物理与工程系, 南京, 210094;
2.
江苏大学, 理学院, 镇江, 212013

作者简介: 王纪俊(1966- ),男,副教授,博士研究生,主要从事激光和材料的相互作用的研究..

通讯作者: 沈中华, nxw@mail.njust.edu.cn ;

基金项目:
国家自然科学基金资助项目(60208004);江苏省自然科学基金资助项目(BK2001056)
中图分类号: TG665;O242.1

Numerical simulation of laser-generated ultrasonic by finite element method in the transparent coating-substrate system

1.
Department of Applied Physics, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China;
2.
Faculty of Science, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China

Corresponding author: SHEN Zhong-hua, nxw@mail.njust.edu.cn ;

CLC number: TG665;O242.1

摘要: 在分析了网格大小和时间步长这两个重要参数和求解稳定性的基础上,采用有限元方法建立了透明薄膜/基底系统的热传导方程和热弹性方程的有限元模型。考虑了薄膜和基底的物理参数随温度的变化,得到了激光照射透明薄膜/基底系统温度场空间分布,由此计算出由热弹效应激发的超声对心波形。结果表明,透明薄膜厚度的增加,会影响到激光激发的对心超声波形;当薄膜厚度增大时,对心超声波形中的双极脉冲波形振幅变大,波形宽度加大。该方法为透明薄膜/基底系统的定量检测和无损评价提供了理论依据。
- 激光物理 /
- 超声 /
- 有限元 /
- 薄膜/基底系统
Abstract: The finite element model of the thermal conductive equation and the thermo-elastic equation in the system consisting of a transparent coating and a opaque substrate is established based on the analysis of the stability of solution and two important parameters,meshing size and time step.Taking into account the temperature dependence of material properties,the transient temperature is obtained.The near-axis normal waveforms at the epicenter generated by thermo-elastic effect are obtained.The influence of the coating thickness on the waveform is analyzed.
- laser physics /
- ultrasound /
- finite element method /
- coating-substrate system

[1]	SCHNEIDER D,STIEHL E,HAMMER R et al.Nondestructive testing of damage layers in semiconductor materials by surface acoustic waves[J].Proc SPIE,2002,4692:195～211.
[2]	ZHANG Sh Y.Laser ultrasound and materials nondestructive evaluation[J].Applied Acoustics,1992,11 (4):1～6.
[3]	XU B Q,SHEN Zh H,NIX W et al.Time/frequency analysis of lasergenerated ultrasonic wave in coating/substrate systems[J].Lair Technology,2004,28 (6):609～612 (in Chinese).
[4]	CHEN X,XU R Q,SHEN Zh H et al.Reflected laser ultrasonic sensor for testing thickness and its application[J].Laser Technology,2003,27(6):557～559(in Chinese).
[5]	McDONALD A F.On the precursor in laser-generated ultrasound waveforms in metals[J].A P L,1990,56 (3),230～232.
[6]	ROSE L R F.Point-source representation for laser-generated ultrasound[J].J Acoust Soc Amer,1984,75(3):723～732.
[7]	HU W X,QIAN M L.Numerical and experimental study on the ultrasonic displacement field generated by a laser line source[J].Acta Acustica,2000,25 (4):345～350 (in Chinese).
[8]	CHENG J C,ZHANG S Y.Quantitative theory for laser-generated Lamb waves in orthotropic thin plates[J].A P L,1999,74 (14):2087～2091.
[9]	ROSA G,PSYLLAKI P,OLTRA R et al.Simultaneous laser generation and laser ultrasonic detection of the mechanical breakdown of a coating-substrate interface[J].Ultrasonics,2001,39(5):355～365.
[10]	ROSA G,OLTRA R,NADAL M.Evaluation of the coating-substrate adhesion by laser-ultrasonics:modeling and experiments[J].J A P,2002,91 (10):6744～6753.
[11]	XU B Q,SHEN Zh H,LU J et al.Numerical simulation of laser-induced transient temperature field in film-substrate system byfinite element method[J].International Journal of Heat and Mass Transfer,2003,46 (25):4963～4968.
[12]	XU B Q,SHEN Zh H,NIX W et al.Numerical simulation of laserinduced ultrasonic by finite element method[J].J A P,2004,95(4):2116～2123.
[13]	WANG G Q.Practical numerical simulation technology in engineering and practice in ANSYS[M].Xi'an:Publishing Company of Northeast University of Technology,2001.151～164(in Chinese).

[1]	陈春明 , 战宇 , 刘常升 , 方奔 . 激光超声测量T800/QY9511复合材料工程常数的有限元模拟. 激光技术, 2019, 43(1): 88-92. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.01.018
[2]	谭旭东 , 马孜 , 蔡邦维 . 薄膜均匀性的有限元算法. 激光技术, 2003, 27(5): 480-483.
[3]	曹豆豆 , 王开圣 , 杨雁南 . 环状激光作用于薄管产生温度场的有限元模拟. 激光技术, 2010, 34(6): 753-756. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2010.06.010
[4]	赵艳 , 沈中华 , 陆健 , 倪晓武 . 圆柱型涂层/基底系统中的激光超声表面波. 激光技术, 2006, 30(6): 647-649,666.
[5]	蒋新颖 , 徐美健 , 蒋东镔 , 段文涛 , 於海武 . V型有源镜构型热容激光器热特性研究. 激光技术, 2009, 33(1): 21-23.
[6]	栗兴良 , 牛春晖 , 马牧燕 , 吕勇 . 单脉冲激光损伤CCD探测器的有限元仿真. 激光技术, 2016, 40(5): 730-733. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.05.023
[7]	管一弘 , 樊刚 , 陈铁力 , 王洪纲 . 激光淬火热致残余应力的数值分析. 激光技术, 1998, 22(5): 313-317.
[8]	陈彦北 , 陆建 , 倪晓武 , 徐立君 , 张喜和 . 3种吸收率模型的金属激光加热数值研究比较. 激光技术, 2009, 33(6): 622-625. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2009.06.018
[9]	卢长亮 , 胡芳友 , 黄旭仁 , 易德先 , 胡滨 , 崔爱永 . 脉冲激光辐照金属板温度场应力场数值分析. 激光技术, 2012, 36(6): 754-758. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2012.06.011
[10]	张同俊 , 李臻熙 , 李克平 , 李星国 . 激光烧结Al2O3/Ti系FGM的温度场与热应力场. 激光技术, 1999, 23(1): 57-61.
[11]	黄利伟 , 龙昆 , 黄宇 , 郭海平 , 丰琅 , 周俊 , 马睿佳 . 激光冲击波作用下3003H16铝合金板料层裂的研究. 激光技术, 2013, 37(2): 270-273. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.02.032
[12]	张碧津 , 汪洋 , 宋海英 , 刘海云 , 刘世炳 . 超强激光驱动薄膜靶谐波辐射的模拟研究. 激光技术, 2018, 42(1): 113-116. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2018.01.022
[13]	路飞飞 , 刘三秋 , 刘笑兰 . 激光等离子体中朗缪尔等离激元对离子的加速. 激光技术, 2009, 33(3): 326-328.
[14]	左都罗 , 朱大庆 , 周新军 , 李适民 . 激光加工熔池自由表面形貌的理论研究. 激光技术, 1999, 23(4): 205-209.
[15]	许伯强 , 刘洪凯 , 徐桂东 , 徐晨光 , 李俊敏 . 基于应力-位移混合有限元法的激光超声数值模拟. 激光技术, 2014, 38(2): 230-235. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2014.02.018
[16]	宋艳 , 马世榜 , 张开飞 . 热弹激光超声激励及缺陷检测的有限元分析. 激光技术, 2021, 45(2): 246-251. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.02.021
[17]	徐荣青 , 崔一平 , 赵瑞 , 陆建 , 倪晓武 . 有机玻璃中冲击波衰减特性的研究. 激光技术, 2008, 32(3): 225-227,243.
[18]	谢鹏飞 , 彭润伍 , 谢海情 . 色散透镜系统中宽带厄米-高斯光束的焦移. 激光技术, 2019, 43(3): 406-410. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.03.022
[19]	刘玉佳 , 辛杰萍 , 万玲玉 , 蔡卓淮 . 宽视场高增益亚波长结构集光天线的优化设计. 激光技术, 2017, 41(1): 34-39. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2017.01.008
[20]	郑业亮 , 胡以华 , 赵楠翔 , 任晓东 . 脉宽及重频对HgCdTe探测器损伤阈值影响分析. 激光技术, 2018, 42(2): 265-270. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2018.02.024

点击查看大图

计量

文章访问数: 3384
HTML全文浏览量: 765
PDF下载量: 308
被引次数: 0

透明薄膜/基底系统激光超声波的有限元数值研究

通讯作者: 沈中华, nxw@mail.njust.edu.cn;

作者简介: 王纪俊(1966- ),男,副教授,博士研究生,主要从事激光和材料的相互作用的研究.

1. 南京理工大学, 信息物理与工程系, 南京, 210094;
2. 江苏大学, 理学院, 镇江, 212013

收稿日期: 2005-03-09
录用日期: 2005-05-26
网络出版日期: 2006-03-25

基金项目: 国家自然科学基金资助项目(60208004);江苏省自然科学基金资助项目(BK2001056)

关键词:

摘要: 在分析了网格大小和时间步长这两个重要参数和求解稳定性的基础上,采用有限元方法建立了透明薄膜/基底系统的热传导方程和热弹性方程的有限元模型。考虑了薄膜和基底的物理参数随温度的变化,得到了激光照射透明薄膜/基底系统温度场空间分布,由此计算出由热弹效应激发的超声对心波形。结果表明,透明薄膜厚度的增加,会影响到激光激发的对心超声波形;当薄膜厚度增大时,对心超声波形中的双极脉冲波形振幅变大,波形宽度加大。该方法为透明薄膜/基底系统的定量检测和无损评价提供了理论依据。