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由于表面粗糙引起的激光声表面波色散的实验和理论研究

袁玲 孙凯华 崔一平 沈中华 倪晓武

由于表面粗糙引起的激光声表面波色散的实验和理论研究

袁玲, 孙凯华, 崔一平, 沈中华, 倪晓武
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  • 表面粗糙是材料制造过程中必有的副产物, 粗糙表面会引起其中传播的声表面波的速度发生变化. 在利用激光声表面波对材料性质进行评估时, 常用宽带的激光声表面波速度频散特性对材料性质进行反演. 为了研究表面粗糙度是否能作为反演的特征参数之一, 本文建立了激光在表面粗糙样品中激发声表面波、聚偏氟乙烯换能器宽带接收声表面波的实验装置来研究不同粗糙度表面对声表面波速度的影响; 理论上建立了激光在粗糙表面中激发声表面波的计算模型, 利用有限元法得到声表面波的时域特征, 并进一步得到声表面波的速度色散曲线, 理论结果和实验结果能很好地拟合. 这为利用激光声表面波对表面粗糙的评估提供理论和实验依据.
    • 基金项目: 高等学校博士学科点专项科研基金(批准号: 20103219120040)、国家自然科学基金(批准号: 61108013)、中国博士后科学基金(批准号: 20100481087)和江苏省自然科学基金(批准号: BK2011695)资助的课题.
    [1]

    Han Q B, Qian M L, Zhu C P 2007 Acta Phys. Sin. 56 313 (in Chinese) [韩庆邦, 钱梦禄, 朱昌平 2007 物理学报 56 313]

    [2]

    Yuan L, Shen Z H, Ni X W 2007 Acta Phys. Sin. 56 7058 (in Chinese) [袁玲, 沈中华, 倪晓武 2007 物理学报 56 7058]

    [3]

    Pantano A, Cerniglia D 2008 Appl. Phys. A 91 521

    [4]

    Wang J S, Xu X D, Liu X J, Xu G C 2008 Acta Phys. Sin. 57 7765 (in Chinese) [王敬时, 徐晓东, 刘晓峻, 许钢灿 2008 物理学报 57 7765]

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    Hurley D H, Reese S J, Park S K, Utegulov Z, Kennedy J R, Telschow K L 2010 J. Appl. Phys. 107 063510-1

    [6]

    Xu B Q, Shen Z H, Ni X W 2004 Appl. Phys. Lett. 85 6161

    [7]

    Karabutov A, Devichensky A, Ivochkin A, Lyamshev M, Pelivanov I, Rohadgi U, Solomatin V, Subudhi M 2008 Ultrasonics 48 631

    [8]

    Hassan W, Blodgett M, Bondok S 2004 Rev. Quant. Nondestruct. Eval. 23 262

    [9]

    Chen J C, Sun T, Wang J H 2010 Proc. SPIE 7656 76562D-1

    [10]

    Maradudin A A, Mills D L 1976 Ann. Phys. 100 262

    [11]

    Eguiluz A G, Maradudin A A 1983 Phys. Rev. B 28 728

    [12]

    Sun H X, Xu B Q, Wang J J, Xu G D, Xu C G, Wang F 2009 Acta Phys. Sin. 58 6344 (in Chinese) [孙宏祥, 许伯强, 王纪俊, 徐桂东, 徐晨光, 王峰 2009 物理学报 58 6344]

    [13]

    Shen Z H, Hess P, Huang J P, Lin Y C, Chen K H, Chen L C, Lin S T 2006 J. Appl. Phys. 99 124302/1 014210-5

  • [1]

    Han Q B, Qian M L, Zhu C P 2007 Acta Phys. Sin. 56 313 (in Chinese) [韩庆邦, 钱梦禄, 朱昌平 2007 物理学报 56 313]

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    Wang J S, Xu X D, Liu X J, Xu G C 2008 Acta Phys. Sin. 57 7765 (in Chinese) [王敬时, 徐晓东, 刘晓峻, 许钢灿 2008 物理学报 57 7765]

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    [6]

    Xu B Q, Shen Z H, Ni X W 2004 Appl. Phys. Lett. 85 6161

    [7]

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    Hassan W, Blodgett M, Bondok S 2004 Rev. Quant. Nondestruct. Eval. 23 262

    [9]

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  • [1] 刘全喜, 钟鸣. 激光二极管阵列端面抽运复合棒状激光器热效应的有限元法分析. 物理学报, 2010, 59(12): 8535-8541. doi: 10.7498/aps.59.8535
    [2] 王玥, 刘丽炜, 胡思怡, 李其扬, 孙振皓, 苗馨卉, 杨小川, 张喜和. 基于COMSOL Multiphysics对Cu2S量子点的表面等离激元共振模拟研究. 物理学报, 2013, 62(19): 197803. doi: 10.7498/aps.62.197803
    [3] 董伟, 王志斌. 改进型混合表面等离子体微腔激光器的研究. 物理学报, 2018, 67(19): 195204. doi: 10.7498/aps.67.20180242
    [4] 管义钧, 孙宏祥, 袁寿其, 葛勇, 夏建平. 近表面层黏性模量梯度变化的复合平板中激光热弹激发声表面波的传播特性. 物理学报, 2016, 65(22): 224201. doi: 10.7498/aps.65.224201
    [5] 袁 玲, 沈中华, 倪晓武, 陆 建. 激光在近表面弹性性质梯度变化的材料中激发超声波的数值分析. 物理学报, 2007, 56(12): 7058-7063. doi: 10.7498/aps.56.7058
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    [8] 李瑞, 韩奇钢, 贾晓鹏, 马红安, 张聪, 李战厂, 田宇. 基于三维有限元法模拟分析六面顶顶锤的热应力. 物理学报, 2009, 58(7): 4812-4816. doi: 10.7498/aps.58.4812
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出版历程
  • 收稿日期:  2010-12-20
  • 修回日期:  2011-05-05
  • 刊出日期:  2012-01-05

由于表面粗糙引起的激光声表面波色散的实验和理论研究

  • 1. 东南大学电子科学与工程学院, 南京 210096;
  • 2. 南京理工大学理学院信息物理系, 南京 210094
    基金项目: 

    高等学校博士学科点专项科研基金(批准号: 20103219120040)、国家自然科学基金(批准号: 61108013)、中国博士后科学基金(批准号: 20100481087)和江苏省自然科学基金(批准号: BK2011695)资助的课题.

摘要: 表面粗糙是材料制造过程中必有的副产物, 粗糙表面会引起其中传播的声表面波的速度发生变化. 在利用激光声表面波对材料性质进行评估时, 常用宽带的激光声表面波速度频散特性对材料性质进行反演. 为了研究表面粗糙度是否能作为反演的特征参数之一, 本文建立了激光在表面粗糙样品中激发声表面波、聚偏氟乙烯换能器宽带接收声表面波的实验装置来研究不同粗糙度表面对声表面波速度的影响; 理论上建立了激光在粗糙表面中激发声表面波的计算模型, 利用有限元法得到声表面波的时域特征, 并进一步得到声表面波的速度色散曲线, 理论结果和实验结果能很好地拟合. 这为利用激光声表面波对表面粗糙的评估提供理论和实验依据.

English Abstract

参考文献 (13)

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