在激光超声的研究中,基于得到的温度场分布,把温度场作为新的加载,用有限元结构分析法数值模拟了金属圆管中脉冲激光线源产生的热应力场情况,得到了铝管中周向不同时刻的瞬态应力场,分别给出了在激光作用过程中温度上升阶段和温度下降阶段的周向正应力的等值图分布情况。数值结果表明:周向拉应力最大值处在激光作用区域边缘处,压应力在材料表面激光作用区域中心最大。

用有限元方法数值分析了激光线源作用于铝管时产生的温度场梯度,给出了不同时刻切向和法向温度梯度等值线分布.数值结果表明: 材料内部温度分布极不均匀,产生很大的温度梯度;切向温度梯度沿径向在样品的表面区域达到最大,沿周向在激光强度的空间分布变化最明显的位置值最大;法向温度梯度的最大值点沿径向随时间推移逐渐向材料内部移,沿周向在激光线源中心处最大.

用有限元方法数值模拟了脉冲线源激光作用于厚铝管时产生的温升以及由此温升而产生的表面声波的情况,得到了逆时针向探测点和波源之间角度从φ=5°到φ=180°范围内一系列表面法向位移的时域波形,并对相同厚度不同外径的铝管的表面波进行对比。数值结果表明表面声波中显著的波为掠面纵波、头波和瑞利波,第一个瑞利波脉冲的极性在传播过程中发生了倒转现象,逆时针向看探测点离波源的角度φ,当φ较小时瑞利波脉冲是单极性的(负的),随着角度的增大,瑞利波脉冲逐渐变为双极性的,且双极性中正向极性逐渐增大,到φ=90°时变为完全双极性(正向和负向对称)。随着角度的进一步增加,双极性中负向极性逐渐减小,到φ=180°时瑞利波脉冲又变为单极性(正的)。不考虑衍射效应时,圆管中第一个瑞利波脉冲的极性和试样的尺寸无关,仅和探测点离波源的角度相关。

用有限元方法,对薄管中热弹机制产生的激光超声进行了研究.在考虑材料热物理参数随温度变化的前提下,得到了薄铝管中的温度场和表面的超声导波,描绘了薄铝管中的逆时针向不同接收点处表面导波的时域波形图.由波形图可知,薄圆管中的激光超声导波是典型的L(0,
m) 模态的超声Lamb波,同时数值结果验证了管道中L(0, 2)
模式是传播速度最快且频散较小的导波,为激光超声导波在管道无损检测中的应用打下了一定的基础.

用有限元方法数值模拟了脉冲激光作用于管状材料时产生的温升情况.有限元模型考虑了激光作用过程中的热物理参数随温度变化的特性,得到了材料中各个点的瞬态温度场,也得到了有温升的范围,并给出了温度随径向和周向的分布曲线,为热弹条件下激光激发管状材料中超声导波的研究提供了定量基础.

基于热弹机理 ,结合激光超声的特点阐述了用有限元法研究激光超声的注意点 ,给出了有限元单元长度和时间步长的选取原则 ,并把有限元方法成功应用于管状材料中激光超声的研究 ,在考虑材料热物理参数随温度变化的前提下首先得到了薄铝管中的温度场 ,再用得到的最高温度场作为加载得到了薄铝管中的超声Lamb波。可见 ,有限元方法用于研究激光超声是非常有效的。