當微尺度結(jié)構(gòu)的特征尺寸減小到微納米量級時，材料的力學性能對特征尺寸的變化非常敏感，受這種尺度效應影響，Lamb波在微尺度板中的傳播特性與宏觀尺度不同。研究微尺度板中Lamb波的頻散及模態(tài)位移特征，有助于分析導波的可激發(fā)性、可探測性及波泄漏特點，可為導波無損檢測技術(shù)提供理論指導。
為探究這一問題，中國科學院聲學研究所超聲學實驗室聯(lián)合培養(yǎng)博士生黃海與其導師何曉研究員、哈爾濱工業(yè)大學關(guān)威教授對微米級氮化鋁薄板中的Lamb波的傳播特征進行了計算研究與理論驗證，揭示了Lamb波在薄板中的頻散和模態(tài)位移特性。相關(guān)成果在線發(fā)表于國際學術(shù)期刊Ultrasonics。
在該工作中，研究人員基于一致偶應力理論，計算了自由平面氮化鋁薄板中的Lamb波頻散曲線，對比了受偶應力影響的Lamb波頻散特性與經(jīng)典連續(xù)理論的不同，基于頻散特點計算了Lamb波的模態(tài)位移曲線；通過理論推導和計算驗證揭示了微尺度板中Lamb波的模態(tài)位移特點及其與頻散特性的聯(lián)系。
結(jié)果表明，在偶應力的影響下，對于反對稱模態(tài)，當Lamb相速度與體橫波速度相等時，板表面處僅存在沿法向的離面位移；當對稱模態(tài)與反對稱模態(tài)相速度相等時，板表面處僅存在沿板面的面內(nèi)位移。此工作為導波無損檢測的模式選擇提供了理論基礎(chǔ)。
本研究得到國家自然科學基金（No.12174421，No.11972132，No.12272107）的資助。
圖1?基于經(jīng)典理論與偶應力理論的Lamb波頻散曲線（圖/中國科學院聲學研究所）
關(guān)鍵詞：
偶應力；微尺度板；Lamb波；頻散曲線；模態(tài)位移
參考文獻：
Hai Huang, Wei Guan, Xiao He, Modal displacement analyses of Lamb waves in micro/nano-plates based on the consistent couple stress theory. Ultrasonics, 2024; 107272.?DOI:?10.1016/j.ultras.2024.107272.
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