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本文针对金属圆柱基底-镀层结构理论导出了系统的特征方程,通过数值方
法详细计算了慢层快底与快层慢底两种结构表面波及高阶模的频散曲线。在此
基础上与圆柱、圆筒及平面金属基底-镀层结构中表面波的频散特性进行了比
较,表明这些结构中表面波的传播在一定极限条件下具有相似的性质。
为了进一步研究镀层圆柱结构中表面波的传播特性,采用有限元技术数值
模拟了脉冲激光线源激励下的瞬态声场。给出的圆柱与镀层圆柱中不同时刻位
移场的分布伪彩图,直观说明了波的传播过程与声场的发展。二者声场的比较
表明,镀层的存在对体波产生了“摄动”,使其发生微小变化;对表面波则产生
了明显的影响,慢层快底表面波其低频(小ka)成分传播速度较快,而高频(大
ka)成分传播较慢,快层慢底则相反。与频散分析结论完全一致。对有限元计
算结果中的体波成分用射线方法进行了分析,结果具有相当好的对应性。
为了验证理论分析结论,开展了实验研究。制作了不同规格的钢柱基底-锌
镀层试样,在激光超声系统上进行了激励与检测实验,并对实验波形进行了频
散估计。结果表明,数值位移波形与相应的实验波形有极好的一致性,实验频
散估计结果与理论频散也有相当好的对应性。
关键词:镀层圆柱、表面波、频散、声场、有限元分析、激光超声