激光激发横波作用垂直裂纹侧面后的模式转换

冯湾湾，金　磊，赵金峰，潘永东

(同济大学 航空航天与力学学院，上海 200092)

引　言

激光超声由于其非接触、灵敏度高、宽频带、空间分辨率高等优点，在材料的无损检测、在线监测等领域得到了越来越多的关注。激光辐照材料表面，可以同时产生纵波、横波和表面波等多种模式的超声波，其中表面波常被用来检测材料表面和近表面缺陷[1-7]。传统超声检测技术中，体波(横波和纵波)常被用来检测材料内部缺陷[8-10]。参考文献[8]中采用激光激发横波进行材料内部缺陷的检测，主要利用激光激发横波的入射波和试样底边的反射波分别经过缺陷时对应的时间差，进一步估算缺陷的位置，故只能相对定性检测缺陷位置。

由于横波在固体材料中的传播速度接近于表面波，且在材料边界处与表面波之间存在相关模式转换，故经常被用来解释表面波与表面缺陷的作用机理[11-14]。其中，COOPER等人在分析激光激发表面波与表面矩形缺陷作用的机理时[13-14]，根据惠更斯原理将缺陷下奇异点作为次声源，该源产生的横波以30°倾斜角斜入射至材料侧面，并在侧面处转换为表面波。但关于横波在界面处发生模式转换的详细机理，尤其是模式转换对应临界角的相关具体研究和应用，目前仍需进一步推进。

本文中首先采用有限元方法，建立了在空间2维半无限平面中，激光水平面激发、接收点垂直侧面接收的数值模型，主要研究激光激发横波在垂直裂纹侧面所可能发生的模式转换，尤其是横波发生模式转换时对应临界角与垂直侧面接收点的位置关系。……