热弹激光超声激励及缺陷检测的有限元分析

来源：激光技术杂志2021年第2期北京时间：

作者：宋艳, 马世榜, 张开飞

摘要：为了探讨热弹激光超声的激励机制及其在缺陷检测中的应用，采用有限元分析法对材料中的温度场及应力场进行了计算。阐述了脉冲激光辐照材料的理论基础，将脉冲激光加载于工件表面，同时考虑对流和辐射换热边界条件，分析了材料中的温度场；基于热固耦合，将温度场加载于应力场分析过程中，讨论了热弹机制下纵波声场和横波声场的指向性分布，并通过模拟热弹超声波在含有缺陷工件中的传播过程，获得了缺陷回波信号；搭建了一套热弹激光超声检测系统，以实现表面裂纹深度的测量，通过有限元分析和实验验证，获得了反射系数与裂纹深度的关系。结果表明，反射系数随裂纹深度的增加而增大，使用直径1mm的激光光斑检测深度小于3mm的裂纹，当裂纹深度大于2.2mm时，反射系数的增长趋势变缓。此有限元分析结果能为热弹激光超声在缺陷检测中的应用提供参考和依据。

关键词：激光技术, 激光超声, 热弹机制, 温度场及应力场, 仿真分析, 缺陷反射波, 裂纹深度