水下超声波检测声场数值模拟与实验分析

摘要

在超声波探伤中,为了提高检测速度和精度,必须对超声波声场进行全面的分析,近些年来,数值法、解析法等超声波声场模型的建立以及相应软件的发展,为超声波声场的模拟提供了基础,而声场模拟的发展,进而获得准确声压,对探伤工艺的制定和缺陷的分析起到至关重要的作用。
　　本文从超声波在介质中传播中的受力出发,根据声波在介质中的传播方程,基于多元高斯声束模型,基于近轴假设,可以计算出单介质中超声波声压的分布情况,同时分析在界面两侧的声压和相位的分布,可以模拟多介质条件下平探头、聚焦探头的声场分布情况,并获得可视化的声压分布。采用TU360探伤仪进行水介质、钢介质和水下多介质的探伤试验,通过所获得轴线声压分布与模型中声轴线处声压幅值进行比较可以看出基于多元高斯模型建立的超声波声场与实际探伤能够较好的吻合。
　　在发射声场的基础上，基于瑞利积分的理论,将反射界面离散为可数个点,每个质点在模型中作为点声源进行分析,再通过瑞利积分来获得整个反射声场声压分布。径向线缺陷的模拟方式是在界面反射的基础上增加尖端处超声波衍射的分析,通过克希霍夫近似来进行模拟,本文对界面反射和规则半圆缺陷反射声场进行模拟,所获得回波分布于实验数据能够较好的贴合。
　　在实际的超声波探伤中,所检测的工件大多数为各向异性介质。采用不同的劲度系数矩阵来描述各向异性介质的取向,在各向异性介质中,声速和声阻抗的不同,因此在不同组织界面处会发生超声波的波形转变和相位的变化,本文基于瑞利积分的额Pencil法模拟简化的焊缝检测声场,对分析焊缝组织分布和检测内部缺陷有着重要的意义。

目录

水下超声波检测声场数值模拟与实验分析

SOUND FIELD NUMERICAL SIMULATION AND EXPERIMENT OF UNDERWATER ULTRASONIC TEST

摘 要

Abstract

目录

第1章 绪论

1.1 课题背景及目的

1.2 超声检测模拟发展概述

第2章 声场模拟理论分析

2.1 弹性介质中应变和作用力的分析

2.2 声场的基本方程

2.3 多元高斯叠加法

2.4 本章小结

第3章 超声波声场实验与分析

3.1 引言

3.2 A扫描探伤分析固体中声场分布

3.3 A扫描液体声场分析

3.4 高斯声束模拟局限性分析与修正

3.5 水下超声波检测分析多介质中声场分布

3.6 本章小结

第4章 各向异性介质模拟与分析

4.1 引言

4.2 各向异性介质中声波传播原理

4.3 瑞利积分法

4.4 简化焊缝模型超声透射分析

4.5 本章小结

第5章 平探头回波模型建立与实验验证

5.1 引言

5.2 规则体的反射原理

5.3 基于近似理论的散射模型

5.4 反射模拟模型与模拟结果

5.5 实验结果与模拟结果对比

5.6 本章小结

结论

参考文献

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致 谢