Page 130 - 《应用声学》2020年第5期

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兰姆波在 2 mm 厚度板中，可能存在的兰姆波 因此，如图6(a)所示，方框中在 2 mm处有明显的应
模式为 S 0 模式、A 0 模式。图 4 是理论计算各模式切 力残留。而当兰姆波传播到此处时，残留的应力图
应力分布图。 像与兰姆波的主应力差图像相互影响，产生了一种
不规则的应力图像，正如图 6(b) 方框中所示，由于
T10 14
1.0 4 失去了规则分布特征的兰姆波光弹图像难以分析，
◦
0.5 2 因此，本文主要是分析 45 偏振光照明时的兰姆波
Ԓए/mm -0.5 0 0 -2 剪切应力图像。使用兰姆波的剪切应力分布来进行

-1.0 -4 模式识别，可规避残余应力所带来的影响。
0 10 ௑᧿
᫂ए/mm
(a) S 0 വर ܳᤰ᥋ण௑
T10 9
1.0 ੱౌ
ᤩ᪫ ᡔܦ ૱ᑟ٨
5 ༏ҵ
0.5
Ԓए/mm 0 0
-0.5
-5 Аູ ю ᡑ , Аߦဝၕ᫽೙౜ ೝ ੇ ᄱ఻
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-1.0 ᤩ Ϡ Ϡ ᤩ
0 10 ᪫ ٨ ٨
᫂ए/mm ᪫
(b) A 0 വर
图 5 动态光弹实验系统
图 4 2 mm 厚度板中理论兰姆波模式中切应力分
Fig. 5 Dynamic photoelastic experiment system
布图
Fig. 4 Theoretical Lamb mode for the shear stress 10 mm
components of 2 mm thickness plate
(a) ൵͸ऄҧڏϸ
2 动态光弹实验

为了研究兰姆波在变壁厚结构中的传播方式， (b) Ԫ൵͸ऄҧॖ־ᄊˀ᜻ѷРݻฉڏϸ
本实验使用 K9 光学玻璃阶梯板模拟变壁厚结构。 图 6 0 方向的偏振光照下阶梯板中的应力残留干扰
◦
玻璃的暂时双折射性质是实验方法所需的一个重 的光弹图像

要条件。为了对比分析兰姆波在不同厚度波导中 Fig. 6 Photoelastic image of residual stress interfer-
传播时的模态，以及模态转换和频散的程度是如何 ence in stepped plate under polarized light at 0 ◦
随阶梯厚度差变化，分别使用了一块厚度为 4 mm-
3 实验结果分析
2 mm 的两层台阶板 (厚度差为 2 mm) 与一块厚度
为 4 mm-3 mm 的台阶板 (厚度差为 1 mm) 进行实 图 7 是兰姆波在 26.50 ∼ 29.00 µs 时间段内传
验。动态光弹实验系统构成如图 5 所示，换能器所 播的一组光弹应力图像，通过对图像的裁剪拼接
在位置为4 mm 厚度处上方，为了激励出A 0 模式的 处理，使得上下相邻的光弹应力图像间隔时间为
兰姆波，所采用的换能器激励频率为876 kHz，楔块 0.5 µs。与图 2 理论分析对比可以看出，激励频率
角度为 47.1 。此频率下 A 0 模式频散较小。通过多 为 876 kHz，换能器激励出了 A 0 模态兰姆波，不过
◦
通道延时可以控制超声激励和频闪光源之间的延 伴随有少量 S 0 模式兰姆波产生。由于此模式下频
迟时间，从而到观察不同时刻、不同位置的兰姆波 散较小，可以通过图像分析计算其相速度。通过
传播情况。 LabVIEW Vision Assistant 软件辅助像素点选取
对于起偏器和检偏器的使用可以实现特定方 与像素坐标计算。从相邻两张图片中获取兰姆波光
向线偏振光的入射，从而显现某一方向的应力。本 弹图像中某一质点在间隔时间内走过的像素个数，
实验由于在 0 方向偏振光照明时，板中有残余应力 通过换算关系得到该质点走过实际路程，从而得到
◦
的存在，对光弹应力图像的辨识造成了一定影响。 相速度。通过计算得到 A 0 模式的实际相速度约为