複合材料層板表面裂縫的彈性波繞射研究

Abstract

摘要 本文主要是針對直角排列多層複合材料的平板裂縫繞射，利用固有函數展開法 (eigenfunction expansion) 去近似蘭姆波(Lamb wave) 在直角排列(cross-ply) 複 合材料層板裂縫的繞射。常見於複合材料層板內的纖維斷裂與橫向母材裂縫，受較大 外力作用下會延伸至平板表面，形成表面裂縫，與纖維方向垂直或平行，但此兩種皆 垂直於表面。接觸式超音波壓力波探頭激發之蘭姆波沿著與纖維方向呈0。 或90。方 向時，在層板內傳播只有面內(inplane) 運動，而無橫向偏振波(shear wave)，假設 層板的各個積層緊密黏著在一起，各層界面上下應力與位移必須連續，假設其表面旺 引力為零，可以求得頻散曲線曲線(dispersion curve)。由頻散曲線可找到蘭姆波的 各個波模(mode)。無論由那一個波模入射，當波遇到裂縫會產生反射波、前進波、表 面波與自裂縫尖端發出的柱面體波等繞射波場，其中表面波與體波所攜帶的相對能量 較少，假設可忽略。層板內的反射波、前進波可以分別以蘭姆波運動模態的線性組合 近似，由能量守恆可知，入射前與入射後通過界面的能量相等，利用拉格蘭日法 (Lagrange method) 求得不同裂縫深度，各反射波與前進波係數。理論計算結果，可 望用於日後用以發展以平板蘭姆波為基礎之超音波非破壞評估技術。