基于多元高斯声束模型的层状多界面超声声场特性仿真

针对层状多界面结构内超声传播复杂,声场分布难以可视化等问题,推导单层、双层及三层结构中多元高斯声束模型的表达形式。该文采用水浸超声检测法,计算仿真垂直入射和斜射10°至水、水-有机玻璃、有机玻璃-铝-黄铜的声场,实现检测声场的可视化。通过计算得出仿真结果与实际理论相符,表明该方法能够应用在层状多界面结构超声声场仿真中。

多层构件水浸超声自动检测中的水声距优化方法

多层界面效应和声阻抗差异造成超声传播复杂及回波信号衰减,为增强回波信号强度提高多层构件的超声自动检测质量,基于多元高斯声束理论,建立了脉冲激励方式下超声波在多层构件内的传播模型及测量模型,并基于此模型研究了多层构件水浸自动超声检测时的水声距优化方法,并以铝-黄铜粘接件水浸探伤为例进行了应用研究。仿真及实验结果表明该方法可有效获取最优水声距,显著增加了粘接层回波幅值,由此提高信噪比和缺陷分辨率,为改善复杂构件的自动超声检测提供参考。

基于均方根速度的水浸超声合成孔径聚焦成像

为提高水浸超声合成孔径聚焦成像的计算效率,采用均方根速度模型进行时域合成孔径聚焦成像。通过均方根速度模型求解多层介质中声束传播时间,并与斯涅耳定律求解的精确传播时间进行对比,验证均方根速度模型的精度;以钢试块的水浸超声检测为例,研究了B扫查成像、基于射线跟踪技术和基于均方根速度的合成孔径聚焦成像,提取了3种方法下缺陷孔沿横向中心轴线及纵向中心轴线处的电压幅值。分析结果表明,两种合成孔径聚焦成像方法的成像分辨率及信噪比基本一致,基于均方根速度的合成孔径聚焦成像效率提高约15倍,为水浸超声检测提供了一种高效的合成孔径聚焦成像方法。

曲面构件水浸超声检测缺陷定量研究

受曲界面影响,超声波在曲面构件中传播时声束聚焦、散射特性增强,声能量出现汇聚与分散现象,造成缺陷定量困难。针对试块对比法等传统手段检测成本高及适应性较弱的问题,研究了基于超声测量模型的曲面构件缺陷定量方法。以脉冲激励方式下的超声波多元高斯声束模型和缺陷散射模型为基础,建立了曲面构件水浸超声测量模型,并对凸、凹两种曲面试块内的缺陷回波进行了模型有效性验证。以平底孔缺陷为例,基于该模型建立了曲面构件缺陷定量表征曲线,通过仿真研究了声束在曲面构件中的聚焦和散射特性,分析了相对缺陷波高随曲率半径、缺陷深度和缺陷尺寸的变化规律,并通过预测相对缺陷波高进行缺陷定量。以钢制曲面试块水浸超声检测为例进行了缺陷定量应用实验,模型预测与实验结果比较,相对缺陷波高预测误差小于1.2dB,缺陷大小定量误差不大于8.7%,表明这种方法可行,为曲面构件水浸超声检测时的缺陷定量提供了一种简便有效的途径。