Page 127 - 无损检测2023年第九期
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其次，基于 Rayleigh-Sommerfeld 方法，
开发了基于半解析方法的超声声场分布计算模块，
可快速计算超声换能器在试样中所激发声场的三
维分布，并可据此分析超声检测参数与声场分布
特征的映射规律，声场分布显示结果界面如图 13
所示。
(b) 复杂形面模型
Surface Echo Defect Echo
Bottom Echo
/
(c) 提取的 A 波信号
图 11 扩散焊界面声场仿真
4 超声检测仿真软件系统设计 图 13 超声声场分布显示界面
通过超声检测仿真，可明确试样的超声传播 最后，基于时域有限差分仿真方法，建立了
特性，指导并优化超声检测工艺设计，显著提高 动态声场仿真模块。该仿真模块通过三维检测模
超声检测效果。在采用有限元等通用仿真工具进 型交互的方式实现有限差分网格及阵列超声聚焦
行超声检测仿真时，存在操作繁琐、技术门槛高 检测方案的设置，并利用 GPU 并行计算，极大
等局限性。为此，开发了超声检测仿真专用软件， 地提升了仿真计算效率。通过计算并记录仿真区
可显著降低超声检测工艺设计过程的经济成本和 域和换能器晶片处应力和速度的变化，实现声场
时间成本。 的动态传播过程和超声回波信号的仿真计算，如
首先，基于 OpenCascade 三维 CAD 建模 图 14 所示。在此基础上，基于超声回波计算结果，
库，开发了检测模型的三维建模模块，可实现多 仿真系统提供了阵列超声扇形扫查、线性扫查以
种类型换能器、多种复杂结构试样、楔块以及缺 及全聚焦成像等多种检测仿真成像功能，可供用
陷的建模、显示以及交互，允许用户自主定义组 户进行仿真成像分析，软件界面如图 15 所示。
件的结构特征和声学特征，进而准确表征超声检
测工况，检测模型如图 12 所示。此外，基于射
线追踪算法和组件三维模型，建立了阵列超声声
线仿真功能模块。
图 12 阵列超声检测三维模型 图 14 阵列超声动态声场传播过程
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