基于COMSOL的激光超声裂纹检测数值模拟研究

发布时间：2024-04-27 02:51

　　为了利用激光超声技术检测裂纹信息,本文基于有限元分析软件(COMSOL)的热-固耦合物理场,建立激光超声无损检测模型,从激光的功率密度、空间分布、时间分布将激光等效成表面力源,采用完美匹配层、低反射边界、热绝缘边界消除边界回波。通过固定激励源与探针的距离,对探针信号的分析,进行了不同位置裂纹对脉冲回波峰值及到达时间影响规律的仿真,与实验相比较,此模型具有很高的正确性。结果表明:固定激励源与探针的距离,脉冲回波的峰值会随着裂纹与探针距离的减少而增大,脉冲回波的到达时间会逐渐提前;透射波的幅值会衰减,到达时间会稍有延迟。

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【部分图文】：

图1激光辐照样品表面结构示意图

由于金属材料的各向同性,仿真中建立一块长40mm,宽10mm的2D模型,裂纹深度1mm。设置一束脉冲激光垂直照射于材料表面,其位置距离左边界11mm;另有一束探测激光同样垂直于材料表面接收超声波,位置距离左边17mm。激励激光与探测激光初始位置相对固定,样品材料向左侧移....

图2原模型和扩展模型

图1激光辐照样品表面结构示意图3.2激光热源参数的设置

图3激光能量空间、时间分布函数

式中,t0为脉冲激光的上升时间,取14ns,载荷作用时间取100ns。2.3网格划分

图4划分网格

网格的划分最直接影响仿真结果的准确性。激光作用在不透明金属材料上时,只有表面及亚表面(最多几微米)能吸收激光的能量产生热膨胀,为满足弹性波传播的精度要求,必须将网格大小控制在弹性波波长的25%以下[12]。经计算,λmin为666μm,本文取最小网格为22.5μm,最大网格....

本文编号：3965245