УДК 539.3, 539.8, 534-16

DOI 10.24411/1683-805X-2019-12004

 

 

В работе экспериментально и теоретически проведено исследование характера изменения лазерного фотоакустического сигнала вблизи отверстия в металлических пластинах из алюминиевого сплава Д16. Проанализирован процесс формирования фотоакустического сигнала от металлов в рамках стандартной теории термоупругости, учитывающей только тепловое воздействие лазерного импульса на деформации решетки металла. Произведено сравнение фотоакустических экспериментальных и теоретических результатов для пластины с отверстием из алюминиевого сплава при наличии в ней механических напряжений. Экспериментально и теоретически исследовано влияние внешних механических напряжений на поведение лазерных фотоакустических сигналов вблизи отверстия в металлических пластинах из сплава Д16. Установлено, что стандартной теории термоупругости недостаточно для корректного описания зависимости фотоакустического сигнала от напряжений вблизи отверстия в пластинах из алюминиевого сплава. Отмечается, что для достижения соответствия полученных экспериментальных и теоретических результатов наряду с тепловым воздействием лазерного излучения на решетку необходим учет дополнительного воздействия на нее электронного газа. Описана процедура калибровки лазерного фотоакустического сигнала от напряжения. Показана возможность оценки внутренних напряжений в металлах фотоакустическим методом в сочетании с методом сверления отверстий.

Ключевые слова: термоупругость, термоакустика, лазерное воздействие, металлы, механические напряжения, электронный газ

 

Theoretical and experimental investigation of a laser photoacoustic effect near a hole in internally stressed metal plates

An experimental and theoretical study has been performed to investigate changes in a laser photoacoustic signal near a hole in metal plates of aluminum alloy D16. The process of photoacoustic signal generation from metals is analyzed in the framework of the classical theory of thermoelasticity, which takes into account only the thermal effects of a laser pulse on lattice deformation in metal. A comparison is made of photoacoustic experimental and theoretical results for an aluminum alloy plate with a hole in the presence of mechanical stresses. The effect of external mechanical stresses on the behavior of laser photoacoustic signals near a hole in D16 alloy plates was studied experimentally and theoretically. It was found that the classical theory of thermoelasticity is not enough to correctly describe the stress dependence of the photoacoustic signal near a hole in aluminum alloy plates. In order for the obtained experimental and theoretical results to agree, along with the thermal effects of laser irradiation on the lattice, it is necessary to account for the additional effects of electron gas. A calibration procedure of the laser photoacoustic signal with respect to stress is described. It is shown that internal stresses in metals can be estimated by the photoacoustic method in combination with the hole drilling method.

Keywords: thermoelasticity, thermoacoustics, laser exposure, metals, mechanical stresses, electron gas

 

А.Л. Глазов, Н.Ф. Морозов, К.Л. Муратиков  Теоретическое и экспериментальное исследование лазерного фотоакустического эффекта вблизи отверстия в металлических пластинах с внутренними напряжениями // Физ. мезомех. - 2019. - Т. 22. - № 2. - С. 49-58