Влияние Механических Напряжений В Пластине Из Алюминиевого Сплава Д16 На Генерацию Акустических Колебаний Лазерным Излучением

Abstract

The process of laser generation of ultrasound in metals with internal mechanical stresses is analyzed. The features of the photoacoustic signal behavior near the hole in the D16 alloy plate when subjected to mechanical stresses are investigated. The discrepancy between the experimental results and the predictions of the thermodynamic model of the dependence of the coefficient of thermal expansion on mechanical stresses has been revealed. To correctly describe the features of the signal behavior in real metals, it was proposed to take into account the effect of the electronic subsystem on the laser generation of acoustic vibrations.

Нелинейный Фотоакустический Отклик На Механические Напряжения Вблизи Отверстия В Пластине Из Алюминиевого Сплава Д16

“…Было установлено соответствие особенностей поведения лазерных ФА-сигналов от керамических образцов с внутренними напряжениями и теоретических результатов, полученных в рамках стандартной линейной термоупругой модели формирования ФА-сигналов. Объяснение аналогичных результатов для металлов потребовало модификации классической термоупругой модели [8,9] с учетом теплового воздействия лазерного излучения на электронную подсистему [10,11]. В рамках модифицированной линейной термоупругой модели удалось объяснить основные особенности поведения ФА-сигнала в модельных экспериментах вблизи отверстий при наличии в металлических образцах механических напряжений.…”

“…В работах [10,11] было показано, что амплитуда акустических колебаний, генерируемых лазерным излучением по термоупругому механизму, аномальным образом зависит от механических напряжений в металлических образцах. В [11] была предложена модель в линейном приближении, описывающая такую аномалию. Модель основана на тепловом возбуждении связанных электронов различных дефектов и неоднородностей, присутствующих в реальных металлах.…”

“…Для объяснения появления нелинейного вклада в ФА-сигнал от напряжений воспользуемся подходом, предложенным в работах [10,11]. В соответствии с ним в уравнении движения для решетки неидеального металла необходимо учитывать дополнительное давление, создаваемое частью электронов при их переходе из связанного состояния в квазисвободное.…”

“…Для определения количества таких электронов можно воспользоваться уравнением баланса с соответствующим генерационным источником. При чисто тепловом механизме возбуждения электронов такой источник может быть записан в виде [11]:…”

“…При лазерной генерации ультразвука с гармоническим законом модуляции во времени δT ∝ exp(iωt) и в соответствии с результатами работы [11] для отношения ФАсигналов S и S 0 получим следующий результат:…”