Page 32 - 2023中国无损检测年度报告
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首先，基于 QT 以及 OpenCascade 三维建
模框架，设计了超声检测三维建模功能，可实现
航空航天等领域典型各向同性介质以及各向异性
介质零部件的建模仿真，支持基于多种型式的阵
列超声换能器、单晶片超声换能器的检测模式。
利用三维模型几何边界信息和斯涅尔定律，建立
了基于射线追踪方法的声线路径仿真方法。基于 (a) t =4.65 μs (b) t =8.60 μs
灵活方便的人机交互功能，可实现阵列超声聚焦
方案的快速定义，仿真建模和声束路径计算功能，
如图 2 所示。
(c) t =10.69 μs (d) t =11.39 μs
图 4 阵列超声动态声场传播过程
最后，基于有限差分缺陷响应仿真数据以及
(a) 仿真建模 (b) 声束路径计算
对应的检测方案，建立了阵列超声成像仿真模块，
图 2 超声检测仿真建模及声束路径计算 可实现阵列超声扇形扫描、线性扫描、全聚焦以
其次，基于瑞利积分方法以及高斯等效声束 及平面波等成像方式，其结果如图 5 所示，并可
模型，建立了三维稳态声场分布仿真模型，基于 据此对超声检测成像方案进行验证及优化。
棱边单元法实现了高效率的半解析声场仿真计算。
利用稳态声场仿真结果可对超声检测参数与声场
分布特征之间的映射规律进行定量分析，并基于
仿真结果实现超声检测方案的设计优化。图 3 为
单通道聚焦换能器以及阵列换能器的聚焦声场能
量分布。
图 5 超声检测成像仿真结果
2 B 型套筒角焊缝的超声检测仿真研究
图 3 单通道聚焦换能器以及阵列换能器的聚焦声场
利用 B 型套筒对高钢级管道进行修复可有效
能量分布
降低管道运输的经济损失，为保障其修复效果，
然后，基于时域有限差分仿真方法，建立了
利用阵列超声检测技术可实现 B 型套筒焊缝质
超声检测动态声场仿真及缺陷响应仿真分析模块。 量的实时直观检测评价。为了实现 B 型套筒角
利用三维模型特征以及射线投影法，建立了高效
焊缝的阵列超声检测方案设计及参数优化，利用
率数值仿真网格划分方法，采用阵列超声检测方 BUAA-UTSim 超声检测仿真软件对 B 型套筒角
案以及超声激励波型特征作为数值仿真初始边界
焊缝的阵列超声检测开展仿真分析，并进行参数
条件。利用 CUDA 并行计算技术对有限差分数值 优化设计。
仿真过程开展并行加速处理，显著提升了超声检
基于软件的三维仿真建模功能，实现了 B 型
测仿真计算效率，声波的动态传播过程如图 4 所
示。相较于 COMSOL 等通用有限元仿真软件， 套筒结构及超声检测组件的定义建模。结合角焊
缝结构中典型缺陷的声学特性和几何特性，实现
同等仿真精度下，计算效率提升了 90% 以上。
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