超聲技術(shù)在鋼軌缺陷的無損檢測中運(yùn)用廣泛,但常規(guī)超聲技術(shù)存在聲場盲區(qū),導(dǎo)致鋼軌表面及亞表面缺陷（表面以下5mm內(nèi)）無法檢出。激光超聲技術(shù)可通過非接觸方式在固體表層同時激發(fā)多種模式的超聲波,且不存在聲場盲區(qū)問題,所以激光超聲在鋼軌缺陷檢測上的應(yīng)用研究有著重大的意義,因此本文研究目標(biāo)是研究激光超聲技術(shù)在鋼軌表面及亞表面的缺陷檢測的應(yīng)用問題。首先介紹了激光激勵超聲波理論,通過材料的熱彈耦合方程得到其有限元形式,并利用中心差分法進(jìn)行顯示積分來求解。根據(jù)該理論在有限元軟件上建立了激光超聲的鋼軌缺陷檢測有限元模型,在網(wǎng)格劃分過程中采用了收斂分析法確定網(wǎng)格尺寸,并通過其物理分析及實(shí)驗(yàn)法驗(yàn)證了該模型的正確性。隨后通過有限元和實(shí)驗(yàn)的方法對激光超聲在鋼軌表面及亞表面缺陷檢測上最佳激勵問題進(jìn)行了研究。在激光相關(guān)參數(shù)的研究中得到激光的能量、脈沖寬度以及光斑尺寸都會對在信號振幅造成影響,而脈沖寬度和光斑橫向?qū)挾仁浅暯邮盏臅r間延遲主要影響因素,但只有光斑橫向?qū)挾葧䦟︻l譜其造成影響。在激勵方式的研究中得到激光線源指向性好,接收到的信號振幅更大,且縱向相對于橫向激發(fā)的超聲波回波比和信噪比都更高,所以激光線源在鋼軌表層... 

【文章來源】：西南交通大學(xué)四川省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：86 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

基于熱膨脹理論的激光激發(fā)超聲波示意圖

圖 2-2 60kg 鋼軌截面尺寸解析圖0kg 鋼軌材料的楊氏模量為 210GPa，泊松比為 0.29，密度為 7840kg·m-3,熱.18×10-5K，其他熱物性參數(shù)見表2-1，這些參數(shù)隨著溫度變化而變化。表 2-1 有限元模擬中用到的鋼軌材料的熱物性參數(shù)Temperture/K 25 100 200 300 400 Specific heat/J·kg-1·k-1472 480 498 524 560 hermal conductivity/W·m-1·k-193.2 87.7 83.5 80.4 78.1 Temperture/K 600 700 800 900 1000 Specific heat/J·kg-1·k-1700 1000 806 637 602 hermal conductivity74.16 71.98 68.66 66.49 65.92

圖 2-3 激光輻照鋼軌表面模型圖 2-4 模擬中激發(fā)與接收位置示意圖在時間和空間的分布近似為高斯分布函數(shù)。激光能量在時 f ( x ,y )分別表示：( )3 24 20 08 2 = t tg t expt t

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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本文編號：3069188