Charakterizace komplexních materiálových systémů pomocí povrchových akustických vln s využitím laser-ultrazvukových metod
Characterization of Complex Media by Surface Acoustic Waves utilizing Laser-Ultrasound Methods
Typ dokumentu
diplomová prácemaster thesis
Autor
Grabec Tomáš
Vedoucí práce
Sedlák Petr
Oponent práce
Seiner Hanuš
Studijní obor
Diagnostika materiálůStudijní program
Aplikace přírodních vědInstituce přidělující hodnost
katedra materiálůObhájeno
2017-02-09Práva
A university thesis is a work protected by the Copyright Act. Extracts, copies and transcripts of the thesis are allowed for personal use only and at one?s own expense. The use of thesis should be in compliance with the Copyright Act http://www.mkcr.cz/assets/autorske-pravo/01-3982006.pdf and the citation ethics http://knihovny.cvut.cz/vychova/vskp.htmlVysokoškolská závěrečná práce je dílo chráněné autorským zákonem. Je možné pořizovat z něj na své náklady a pro svoji osobní potřebu výpisy, opisy a rozmnoženiny. Jeho využití musí být v souladu s autorským zákonem http://www.mkcr.cz/assets/autorske-pravo/01-3982006.pdf a citační etikou http://knihovny.cvut.cz/vychova/vskp.html
Metadata
Zobrazit celý záznamAbstrakt
Tato práce zkoumá šíření elastických, a především povrchových vln jak anizotropním, tak nehomogenním prostředím. Zaměřuje se na využití numerických simulací a laser-ultrazvukové metody. V práci je také diskutována možnost numerického i experimentálního určení frekvenční disperze povrchových vln v systému vrstva-substrát a využítí této disperze pro charakterizaci tenkých vrstev. V první části popisující průchod anizotropním prostředím je představena Ritzova-Rayleighova numerická metoda pro určení rychlosti šíření povrchových vln. Potenciál této metody v kombinaci s metodou I STS je demonstrována na případu charakterizace tenké vrstvy slitiny s tvarovou pamětí v průběhu tepelného namáhání a fázových transformacích. Jako druhý případ jsou demonstrovány výsledky numerických simulací rozptylu vlny na hranicích zrn v Rayleighově i stochastické oblasti pomocí metody konečných diferencí a konečných prvku. Jako model polykrystalu je využita Voronojova teselace. Výsledky simulace jsou porovnány s analytickými metodami. Je diskutována také metoda charakterizace tenké vrstvy na substrátu v případě, kdy materiály obou jsou podobné a mají příliš blízké elastické vlastnosti, avšak rozdílnou mikrostrukturu. Je také popsána experimentální, laser-ultrazvuková metoda pro určení zmíněného případu. This thesis investigates the propagation of elastic waves, with the emphasis on the surface acoustic waves, through an anisotropic and an inhomogeneous medium with a focus on the utilization of numerical simulations and laser-based ultrasound measurements. Furthermore, the simulation and experimental determination of the surface-wave frequency dispersion on a thin layer on a substrate and its application to characterize such layers is discussed. For the case of an anisotropic medium, a Ritz-Rayleigh numerical approach is introduced as a novel, promising tool for a calculation of wave velocity in a generally anisotropic and layered media. A potential of the combination of this approach and the laser-based ISTS method is shown on the case of a characterization of elastic properties of a shape-memory alloy during a heat loading and undergoing phase transformations. As the second case, the grain boundary scattering in both Rayleigh and stochastic region is simulated using a finite Difference and a finite element methods, utilizing a Voronoi-Tessellation as a model of a polycrystalline medium. The results are compared to the analytical models. A method of a characterization of a thin layer on a substrate, where the materials and elastic properties are similar, but the microstructure is different, is proposed. A laser-based ultrasound setup for an experimental measurement of such phenomenon is described.