当微尺度结构的特征尺寸减小到微纳米量级时，材料的力学性能对特征尺寸的变化非常敏感，受这种尺度效应影响，Lamb波在微尺度板中的传播特性与宏观尺度不同。研究微尺度板中Lamb波的频散及模态位移特征，有助于分析导波的可激发性、可探测性及波泄漏特点，可为导波无损检测技术提供理论指导。
为探究这一问题，中国科学院声学研究所超声学实验室联合培养博士生黄海与其导师何晓研究员、哈尔滨工业大学关威教授对微米级氮化铝薄板中的Lamb波的传播特征进行了计算研究与理论验证，揭示了Lamb波在薄板中的频散和模态位移特性。相关成果在线发表于国际学术期刊Ultrasonics。
在该工作中，研究人员基于一致偶应力理论，计算了自由平面氮化铝薄板中的Lamb波频散曲线，对比了受偶应力影响的Lamb波频散特性与经典连续理论的不同，基于频散特点计算了Lamb波的模态位移曲线；通过理论推导和计算验证揭示了微尺度板中Lamb波的模态位移特点及其与频散特性的联系。
结果表明，在偶应力的影响下，对于反对称模态，当Lamb相速度与体横波速度相等时，板表面处仅存在沿法向的离面位移；当对称模态与反对称模态相速度相等时，板表面处仅存在沿板面的面内位移。此工作为导波无损检测的模式选择提供了理论基础。
本研究得到国家自然科学基金（No.12174421，No.11972132，No.12272107）的资助。
图1 基于经典理论与偶应力理论的Lamb波频散曲线（图/中国科学院声学研究所）
关键词：
偶应力；微尺度板；Lamb波；频散曲线；模态位移
参考文献：
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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