基于非线性Lamb波混频模式的复合材料低速冲击损伤研究

针对复合材料中由于低速冲击产生的不可见损伤,建立了混频检测有限元模型,以预测不同冲击能量下复合材料的超声非线性混频响应。采用落锤冲击实验和RAM-5000 SNAP非线性超声检测实验系统研究非线性混频Lamb波与不同冲击能量冲击损伤的复合材料的相互作用关系,并对有限元模型进行对比验证。探讨了混频Lamb波检测冲击损伤的可行性,以及不同冲击能量对混频Lamb波和频非线性系数的影响。研究结果表明:混频Lamb波可用于检测冲击损伤,其和频幅值及和频非线性系数随着冲击能量的增大而增大,和频非线性系数可以有效评估复合材料板受到的冲击损伤情况。

含微裂纹铝材的电磁超声Lamb波混频非线性检测及量化分析

早期微裂纹的检测是结构失效分析的关键,该文利用电磁超声Lamb波混频检测的方法,综合考虑微裂纹界面呼吸作用的特点,以弹簧模型为基础并考虑微裂纹界面的迟滞效应和阻尼力,建立含有微裂纹的三维Lamb波混频非线性检测模型,模拟混频超声波作用下微裂纹的波动状况,分析混频超声波与微裂纹界面发生的非线性作用,研究微裂纹长度与深度的变化对混频调制效果的影响。最后搭建电磁超声混频非线性检测系统,根据差频非线性系数与和频非线性系数对微裂纹长度变化敏感性的不同定义了综合系数因子,量化分析微裂纹的长度。通过实验数据得到了综合系数因子与微裂纹长度之间的关系,并对微裂纹长度进行了预测。实验结果表明,利用综合系数因子可以对微裂纹长度进行有效的预测。

涂层固化状态的非线性Lamb波实时监测方法

为了对固体火箭发动机涂层固化状态进行有效表征,研究了一种基于相对三阶非线性系数的涂层固化状态表征方法。根据Lamb波在涂层固化过程中表现出的非线性特性,实验研究了非线性Lamb波在钢/涂层双层复合粘接结构中的传播规律,分析了声衰减系数、基波幅值、三次谐波幅值和涂层厚度在整个固化过程的变化规律,探索了关于基波幅值、三次谐波幅值和厚度参数相结合的相对三阶非线性系数表征方法。研究结果表明:相对三阶非线性系数与固化过程存在明显的规律性;在粘流态、凝胶态和玻璃态归一化相对三阶非线性系数变化范围分别为1~0.63、0.63~0.57和0.57~0.56。因此,相对三阶非线性系数能明显地反映涂层的不同固化过程,可用于涂层固化状态的表征。

基于非线性Lamb波混频技术的复合板微裂纹方向识别研究

以非线性Lamb波混频技术为基础,对复合板中不同方向的微裂纹进行检测.采用数值模拟的方法,在三维复合板中通过提取和频分量,对Lamb波S0模态信号与微裂纹之间的非线性关系进行研究.利用有限元软件ABAQUS进行数值模拟,将微裂纹嵌入复合板模型的中心位置,并在板的四周加入混合人工吸收边界.在保持混频激励信号不变的情况下,改变复合板中微裂纹方向并对获得的时域信号进行傅里叶分析,之后利用和频边带和基频信号幅值,定义非线性参数β值并构造幅值比指向性图.仿真结果表明,随着板中裂纹方向的改变,Lamb波的散射方向也会发生改变,其传播路径满足反射定律,且前向散射信号的幅值比普遍大于后向散射的幅值比,与微裂纹方向垂直的接收信号幅值比最大.实验结果表明,该方法在误差允许的范围内成功实现了对任意微裂纹的方向识别.

非线性Lamb波混频法及板中微裂纹的检测

对金属板结构使用过程中产生的微裂纹进行非线性Lamb波混频检测的相关研究.用压电晶片在铝板中激励Lamb波,选取合适模态的Lamb波与微裂纹间的非线性相互作用,并用损伤指数评估非线性Lamb波混频强度与裂纹相互作用间的关系.在板上不同位置布置压电晶片,分析影响非线性Lamb波混频强度的因素.实验结果表明,S0模态的Lamb波与裂纹相互作用时,差频信号比和频信号明显;同时混频的强度受波强度、波入射方向以及衍射角等因素影响.

各向同性介质的三阶非线性极化统一理论

探讨了入射至各向同性介质的不同频率的多光束;推导了三阶非线性极化矢量形式的表达式,并利用它解释了多个已知且独立的非线性光学现象,验证了该表达式的普适性和正确性.结果表明,三阶非线性极化矢量形式的表达式可为各向同性介质中的三阶非线性光学效应提供统一描述;将其拓展至六角晶系材料,能对各种复杂问题提供简单的处理方式.这对于系统地理解各向同性介质和六角晶系材料中的三阶非线性光学效应具有重要意义,有望促进非线性光学在频率转换、偏振态检测和量子信息等领域中的应用.

基于高非线性光纤四波混频的全光纤波长变换

对光纤四波混频(FWM)效应的相位匹配条件进行了分析,并针对两种利用光纤FWM进行波长变换的具体方案进行了讨论,指出利用高非线性光纤的FWM是一种简单可行的波长变换技术,并对此项技术目前存在的难点问题进行了探讨。

钛合金蠕变损伤的非线性Lamb波检测

金属材料在高温高压服役过程中会发生蠕变损伤,检测和评价金属材料的早期蠕变损伤具有重要工程意义。针对Ti60钛合金蠕变损伤采用非线性Lamb波进行检测,分别选择Lamb波S_1-S_2模式对和A_4-S_8模式对开展钛合金蠕变损伤试样的实验测量,并采用归一化非线性参数来表征钛合金的蠕变损伤状态。研究结果表,明两种模式对的归一化非线性参数随着材料蠕变损伤程度的加剧均表现出"上升-下降"的变化趋势,且A_4-S_8模式对归一化非线性参数变化率比S_1-S_2模式对更大,说明该模式对对Ti60钛合金蠕变损伤更为敏感。

主动Lamb波结构损伤监测中的非线性信号提取

基于非线性Lamb波信号的损伤监测研究是近几年发展起来的热点。受频散及多模特性的影响,非线性Lamb波目标模式信号的分析和提取较难。采用时频处理法,结合频散曲线,研究了主动Lamb波结构损伤监测中的非线性信号提取法,并进行了实验验证。实验结果表明,该方法可有效分辨和提取出期望的基频和非线性二倍频模式信号,进一步模拟损伤实验验证了非线性特征信号对结构状态变化的敏感性。

非线性Lamb波结构早期损伤监测研究

非线性Lamb波监测技术是结构健康监测研究的热点之一。为了解决线性Lamb波监测结构早期微损伤敏感度低的问题,采用具有积累效应的(S1,S2)对称模式非线性Lamb波方法,实现对金属结构材料非线性变化的定量监测。实验结果表明,非线性Lamb波信号及特征参数对结构材料非线性变化十分敏感,且随模拟疲劳损伤范围的扩大,特征参数呈线性增长,而基频信号的变化很微弱,从而验证了非线性Lamb波方法对疲劳等结构早期损伤监测的有效性和可行性。

基于Lyapunov指数的非线性Lamb波的微裂纹检测

为了提高在背景噪声干扰下非线性Lamb对于结构微裂纹的检测精度,提出了利用Duffing振子和Lya-punov指数对噪声干扰下的非线性Lamb波特征进行增强与量化分析的方法。首先,采用了庞加莱图确定Duffing系统外策动力参数;其次,将周期延拓滤波后的非线性Lamb波输入调整好的Duffing系统中,对系统输出时间序列进行相空间重构,计算出相应的最大Lyapunov指数。通过多个模型数据的仿真分析结果表明,即使在噪声干扰情况下,Lyapunov指数与裂纹大小也存在着良好的线性关系。该方法对噪声干扰下的微裂纹缺陷识别具有明显的优势,对提高非线性Lamb波的检测灵敏度具有重要意义。

基于四波混频的光纤非线性系数测量方法

为解决四波混频法测量光纤非线性系数未考虑泵浦消耗而导致结果不准确的问题,提出了一种在简并四波混频情况下测量非线性系数的方法.根据光纤中简并的四波混频理论,推导出了考虑泵浦消耗和光纤损耗的椭圆方程.通过设定数值计算所需的各个参量并利用简单的数学方法分析了计入泵浦消耗、光纤损耗的必要性,得到被测光纤的非线性系数,与Optisystem的仿真结果一致.研究表明,这种改进的测量方法不但适用于小信号情形下的四波混频过程,还可以应用于出现参量饱和现象的场合,为进一步设计光纤2R再生器件提供了重要依据.

相速度近似匹配情况下的Lamb波非线性特征研究

基频Lamb波模式的选择和激发条件的确定对非线性Lamb波技术起重要作用。利用积累距离定义二次谐波激发窗口,讨论谐波产生对基频Lamb波激发条件严苛性的要求。利用二次谐波表面位移振幅评价谐波激发效率,讨论相速度近似匹配对谐波激发效率的影响及不同模式Lamb波间二次谐波激发效率的大小。理论结果表明,在积累距离内,传播距离的增加,会提高二次谐波激发效率,却使谐波产生条件更为严苛;一定程度的相速度近似匹配,会使二次谐波的激发效率提高;激发模式不同,其谐波激发效率及对谐波产生条件的严苛性均不同。实验测量并比较了纵波型S;/S;模式对在90、150 mm传播距离下以及纵波型S;/S;、S;/S;模式对在150 mm传播距离时的激发窗口与相对非线性系数大小,测量结果与理论分析结论一致。本文对于相速度近似匹配情况下Lamb波非线性效应的讨论,为Lamb波实际应用提供了分析方法与依据。

用近简并三波混频研究半导体掺杂玻璃的非谐振三阶非线性

用近简并三波混频实验方法对半导体ＣｄＳ＿（０．４）Ｓｅ＿（０．６）掺杂玻璃在非谐振透明区的三阶光学非线性进行了研究．该实验消除了由于双光子吸收光生载流子的非线性折射产生的五阶非线性效应，仅获得速度快的三阶光学非线性响应。研究结果表明，在非谐振透明区，ＣｄＳ＿（０．４）Ｓｅ＿（０．６）掺杂玻璃的三阶非线性极化率并不比它的基底玻璃大很多．量子尺寸效应没有有意义地提高掺杂玻璃中ＣｄＳ＿（０．４）Ｓｅ＿（０．６）微晶的三阶非线性极化率，即使较小激子吸收峰的出现也没有发现明显的变化。

基于非线性波导四波混频的波长变换技术

对光纤四波混频(FWM)效应的机理及相位匹配条件进行了分析,讨论了两种利用FWM进行波长变换的方案:在零色散波长附近利用相位匹配实现波长变换和利用泵浦光强度的非线性效应来实现宽带波长变换.探讨了此项技术目前存在的问题:入射光与泵浦光的偏振态不匹配;信号和泵浦之间的相干程度.提出采用短的高非线性光纤是一种有效的解决方法.

基于非线性Lamb波的板状结构微裂缝识别机理与算法

为了研究复合板微小剥离损伤诱发二次谐波机理,提出一种基于超声Lamb波非线性系数的水平向微裂缝识别方法。通过薄板结构的一维波动方程,推导并阐述了非线性系数的概念;采用有限元数值分析法,研究了基于二次谐波的损伤识别原理,并对复合板微裂缝的宽度、长度和激励信号的幅值、频厚积等参数对超声Lamb波非线性系数β的影响进行模拟分析,通过试验验证了模拟结果的正确性。结果表明:随着微裂纹宽度增加,非线性系数呈非线性减小;随着微裂纹长度增加,非线性系数值先增加后减小;随着外部激励幅值的增加,非线性系数值基本不变;随着频厚积的增加,非线性系数值在结构自振频率对应的频厚积处呈现最大值;利用非线性系数β能够有效表征非线性应力波与微损伤几何特征之间的关系;基于超声Lamb波非线性系数的水平向微裂缝识别方法是可行的。

超声Lamb波混频激励效率与模式选择

研究了超声Lamb波混频的激励效率与模式选择。在非零能量流和相匹配条件的基础上,结合Lamb波在结构中的状态分布,提出了以激励效率参量作为超声Lamb波混频模式选择的依据。根据混频条件筛选混频模式对,计算相应的激励效率参量,并通过超声Lamb波混频的仿真模拟与实验测量进行验证。通过对比仿真与实验中得到的非线性参量与激励效率参量的关系,证明了激励效率参量作为模式选择依据的有效性。研究表明,激励效率参量可以有效地表征超声Lamb波混频的激发效率,从而筛选非线性效应明显的模式对,更好地实现损伤的检测与表征。

非线性光纤中的三波混频及其分形结构和微观机理

从分形学和混沌理论的角度探讨了三波混频及其生长为二次谐波的微观机理

级联双缀饰四波混频缀饰相互作用的功率控制

主要研究Y型四能级原子系统中缀饰场功率控制的级联双缀饰四波混频的缀饰相互作用。首先,基于缀饰态理论求解当两个缀饰场同时入射非线性光学介质时的缀饰态的本征值,研究缀饰能级的位置与缀饰场功率的关系。接着,使用改变缀饰场功率,扫描探测场失谐的方法,研究四波混频的缀饰相互作用。研究发现,当两个缀饰场的失谐不同时,原子介质中会产生三个缀饰能级,相同时则会产生两个缀饰能级;而且两个缀饰场功率的变化都会令缀饰能级的位置发生偏移,偏移的程度决定于缀饰场的失谐。

在非线性光学薄膜内以长程表面电磁激元波为泵波实现简并四波混频的理论研究

本文提出一种以长程表面电磁激元波作为泵波,在非线性介质膜中实现简并四波混频的新方案。我们借助于将介质膜内曲折光线在一个方向上展开,获得系统的一维耦合方程,并得到了方程的解及共轭波转换效率的表达式。估计应用这种方案,采用波长合适、功率为1W量级的连续激光可有效地研究一些有机薄膜的三次非线性光学性质。