激光超声表面波技术在材料加工表面缺陷检测中的应用是近年来工业检测技术领域新的研究方向,由于其非接触、高精度、无损伤的检测特点,逐渐成为备受关注的无损检测方法之一。本文基于激光热源作用于材料表面的热弹效应,阐述了热源作用下热弹性材料温度的变化与热应力和热应变之间的关系,通过有限元方法研究声表面波信号的金属材料中的激发与传播特性,分析了表面层材料参数变化对声表面波信号传播的影响。进而在不同材料加工表面上进行激光声表面波激发与检测实验,针对实验信号的弱频散特性,提出一种求取声表面波频散曲线的新方法,并结合纳米压痕试验与重复性实验进行验证。本文的主要工作内容如下:1、分别对激光超声表面波技术的研究现状、数值模拟和信号处理的研究进展进行了讨论,在此基础上提出了课题的研究目标。基于热弹性力学的基本理论,将激光能量输入作为等效热源,研究仅有外部热源作用下弹性体内温度的变化与热应力和热应变之间的关系。从有限元理论出发,对瞬态热传导方程和热弹性运动方程的有限元解法原理进行分析。2、基于上述有限元解法原理,在有限元分析软件ANSYS中建立了激光热源激发超声表面波信号的仿真模型。对有限元模型网格划分方式进行优化,给出激光热源的等效热载荷函数,并进行热应力顺序耦合求解。通过对瞬态温度场、应力场和位移场的模拟结果进行分析,研究得出了热源加载条件下声表面波信号的产生和传播机理。建立分层材料模型,研究了材料表面层物理参数的变化对声表面波信号传播的影响。3、通过实验对激光超声表面波信号在不同材料表面的传播特性进行研究,并提出了一种求取频散曲线的算法。使用DPSS(二极管泵浦固态)激光器作为激发源,分别在单晶硅片、钢板和铝合金板的加工表面产生超声表面波信号。针对实验信号的弱频散现象,提出使用小波变换方法对实验信号进行时频分析,得到了声表面波信号在试件表面传播的频散曲线,并通过重复性测量方法和纳米压痕试验对分析方法的有效性进行验证。本文的研究内容为激光超声表面波的激发和传播机理研究提供了一定依据,对于进一步拓宽激光超声表面波无损检测技术应用范围具有一定的意义。