Page 131 - 无损检测2021年第十期

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通过活动坐标架可自定义换能器或楔块与试
样的装配位置，并可利用试样实体模型对楔块进
行切割，以获得表面与试样表面形状相同的楔块，
保证楔块与工件的良好耦合。由于试样种类繁多，
且部分试样定义过程复杂，所以软件系统基于
MySQL 数据库建立了试样数据库来存储自定义
试样模型参数，使软件系统具有良好的重复使用
图 3 发动机叶片试件外观
性。
2 复杂结构件的超声仿真软件系统 3 碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）超

为满足金属复杂曲面结构以及多层各向异性 声检测研究
结构试样的超声检测工艺参数设计需求，研制了 碳纤维增强树脂基复合材料通常由不同方向
基于时域有限差分方法的超声检测过程仿真软件 的单向铺层铺设而成，研究单向铺层的声学特性
系统。仿真系统可对复杂结构件阵列超声检测的 是理解整个 CFRP 零件内部声学现象的基础。利
声线路径、声场分布及声波对缺陷的响应关系等 用 Christoffel 方程、各向异性材料相速度与群速
进行仿真分析（见图 4）。 度的关系分析不同声波入射方向对声波能量传播

速度的影响（见图 7）。由声波在单向铺层中的
传播规律可发现，准纵波的群速度随传播方向的
变化在一定区间范围内较为平缓，随后各入射平
面内的声速快速分散。该结论为超声检测有效入
射角范围的确定提供了理论依据。

图 4 声线仿真示例

对于金属复杂曲面结构，可通过直接导入
CAD 模型进行建模；对于多层各向异性结构，通
过对现有实体模型进行切割再定义的方式来构造
新的多层材料模型（见图 5）。该方式可定义每
一层工件的弹性模量、剪切模量、泊松比、密度
及复合材料的纤维走向等参数，可在试样内部任
意位置自定义球形、圆柱形或长方体缺陷（见图6）。

（a）建立的坐标

图 5 复杂结构件超声检测仿真模型

（b）声速随角度的变化曲线

图 7 入射方向对声波传播速度的影响
对变曲率弯曲碳纤维增强树脂基复合材料内
超声的传播规律进行了有限元仿真（见图 8），
图 6 缺陷定义界面
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2021年 第43卷 第10 期
无损检测