激光激发单向复合材料瑞利波的二维有限元模拟与特性分析

本文主要探讨了2011年发表在《南京大学学报(自然科学)》上的研究，标题为"单向纤维增强复合材料中激光激发瑞利波的有限元模拟"。该研究由潘波等人进行，他们基于平面弹性理论，针对单向纤维增强复合材料中的瑞利波传播特性进行了深入分析。论文的核心内容包括以下几个方面： 1. 理论基础：研究者首先运用平面弹性理论，推导出频域动力学平衡方程，这是理解瑞利波在复合材料中传播的基础。 2. 方法与模型：采用有限元频域方法，构建了一个数值模型，模拟了激光等效力源作用于碳纤维增强环氧树脂复合平板的情况，以此研究瑞利波在不同条件下（各向同性或各向异性）的传播行为。 3. 黏弹性效应：论文深入探讨了材料的黏弹性对瑞利波传播的影响，指出随着材料性质的变化，瑞利波的特性可能会有所改变。 4. 厚度与转换：随着复合平板厚度的减小，瑞利波逐渐转化为兰姆波，出现了低频的非色散对称模S0模和色散的反对称模A0模，揭示了材料厚度对波动模式的影响。 5. 双层系统：研究者进一步扩展到双层系统的研究，发现激光激发的瑞利波在不同的双层结构中表现出不同的传播和衰减特性。高频成分主要受薄膜影响，而低频成分则受基底影响，具体表现为正常色散和反常色散两种情况，分别对应于碳纤维增强环氧树脂薄膜/基底和碳纤维增强环氧树脂薄膜/有机玻璃基底。 这篇论文通过有限元模拟方法，深入解析了单向纤维增强复合材料中激光激发瑞利波的复杂行为，对于理解复合材料的动态响应以及优化设计具有重要的理论价值。其研究成果不仅对材料科学领域，也对激光技术、声学和结构工程等领域具有实际应用意义。