多层粘接结构中超声波传播特性的理论研究(2)
X射线法主要是利用了各种不同的射线源关于被检测材料的透射性能。射线通过不同材料时有不一样的衰减，从而使底片感光为不同黑度的图像。该方法的优点是结果比较直接、直观，而且容易判断其缺陷的尺寸和性质。但是缺点是检测时间周期长，消耗的费用较大。渗透检测技术已经被大范围地应用于检测工件材料表面的缺陷，这种方法原理简单、现象直观、高效经济，但是对于在表面层之外的缺陷就无用武之地了。红外热成像技术是近些年发展很迅速的一种检测技术，这种技术具有精度高、非接触、图像直观、响应快、检测范围广等优点，所以在众多领域都得到了利用和发展。但是，该方法的预算成本较高，而且对温度、气流等环境因素很敏感，故而这种方法有明显的使用范围[3,4]。
激光技术于19世纪60年代才出现，激光作为高亮度的定向能电磁波，具有单色性强、高亮度和相干性好等优点，因而广泛应用于很多领域。在应用和发展的过程中和其他许多学科互相渗透，激光超声技术就是在这一背景下产生的一项新技术。随着人们不断地实验研究，超声波被应用于研究物体内部结构，科学家发现，相比较于其他常规检测方法，超声检测技术具有成本低、使用方便、检测灵敏度高以及更容易实现自动化等特点。从上个世纪80年代起，国际上一些著名机构和部分专家在粘接质量的超声评价相关领域做了大量重要的工作。著名机构包括美国西北大学、俄亥俄州立大学、宾州州立大学、衣阿华州立大学的无损检测中心、英国的曼彻斯特大学、谢菲尔德大学、瑞典的Chalmers大学、波兰科学院等[4]。
激光超声主要研究脉冲激光在介质中激发激光的传播过程、机理和检测方法和原理。因为能够实现在较短的时间内且在不接触物体的情况下进行激光激励，所以它适合于高湿、高温高压、有毒、酸碱等环境不同材料物体的研究。与此同时，它又具有很强的抗干扰性能，可以利用自身不同的超声波特性来扩大测量范围，在时间和空间上具有极高的分辨率，因此激光超声技术由于其优良的特性得到广泛关注，工业应用前景广阔[5,6]。
1.2 国内外研究现状
1.3 本文主要研究内容
根据多年的研究成果，我们对激光超声技术的原理和技术有了很好的了解。为了以后更好的应用该技术，仍然需要更多的相关研究工作。关于多层粘接结构中超声波传播特性的理论研究虽然已经进行，但相对仍然较少，没有得出很系统的、完善的理论。所以本文通过利用相关模拟软件，例如COMSOL软件或者ANSYS软件等数值仿真软件，采用有限元方法模拟激光激发的超声波作用于多层粘接结构通过改变一定的条件从而得到大量不同的波形图，进而得出激光激发超声波的传播性质。本文的主要内容如下：
（1）回顾一下激光超声的基本原理和其激发机制；基于激光热弹效应，结合热传导方程、热弹运动方程以及相关的公式，建立了对应的粘接结构激光激发超声的激发和传播的理论模型；
（2）运用变分原理，建立脉冲激光在多层粘接结构中激励超声波的有限元计算模型以及有限元算法，通过有限元模拟软件计算，得出并分析脉冲激光多层粘接结构上激励超声波的典型结果；
（3）建立脉冲激光在多层粘接结构中激励超声波的有限元计算模型，通过编程计算，讨论激光脉冲在多层粘接结构中激励超声波的特征及其传播特性并总结实验结果；
第2章 激光超声的基本原理
2.1 激光超声概述
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