基于matlab的超声波声场模拟与可视化分析

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1、独创性说明作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。作者签名：二勃薹日期：碴丝鲨!查：多大连理工大学硕士研究生学位论文大连理工大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用规定"，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文

2、被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。作者签名：盏筠益导师签名：大连理工大学硕士学位论文1绪论1．1超声波检测概述及发展现状超声波检测(UT)是无损检测的一种常用方法，它利用超声波对材料和工件进行检验和测量。超声波检测技术与其它无损检测方法(射线、涡流、渗透、磁粉)相比，具有被测对象范围广、检测深度大、定位准确、检测灵敏度高、成本低、使用方便、速度快、对人体无害等诸多优点【11。就检测对象而言，超声检测适用于各种尺寸的锻件、轧制件、焊缝和某些铸件，无论是有色金属和非金属

3、，都可以采用超声法进行检测，包括各种机械零件、结构件、电站设备、船体、锅炉、压力和化工容器、非金属材料等；就物理性能检测而言，用超声法可以无损测厚度、材料硬度、淬硬层深度、晶粒度、液位和流量、残余应力和胶结强度等。因此，超声检测技术是国内外应用最广泛、使用频率最高且发展最快的一种无损检测技术。由于计算机技术的介入，超声成像技术异军突起，使超声检测技术向数字成像自动化方向发展，广泛应用于国民经济的各个领域，无论航空航天和国防工业，还是铁路、桥梁、石油、化工、电厂和矿山等，都在大量地采用超声检测技术来提高产品质量和保证安全运行，并已取得了显著的经济效益和社会效益【2捌。1．2超

4、声检测模拟的发展现状近年来，无损检测技术在工业中的应用越来越普遍，一方面制造业中结构件功能趋于组合化，要求在缩短设计周期和降低成本的同时提高质量水平，这需要把早期的设计信息用于最终的检测过程，进行结构件可检性预测和检测工艺设计，节省检测时间和费用；另一方面现代工业中非均质和各向异性材料(例如奥氏体焊缝和异种材料结合的焊缝)的广泛应用也对超声无损检测提出了新的要求。工业应用的需求、超声无损检测数学模型的发展及大容量高速个人计算机的普及都为超声波检测的模拟和可视化研究提供了可能和方便【4】。在超声检测的模拟中，目前主要发展应用两种方法：解析方法和数值方法。解析法采用物理参数，容

5、易处理，计算时间少，缺点是不适用于太复杂的情况，而引入假设简化后求解精度会大大降低。目前解析方法的研究模型主要有声线模型【5’6J、基于近轴近似的Gaussian波束模型⋯41、衍射理论模型15垅】、CEA的Champ．Son和Mephisto模型【23。251、UTDefect模型等等[26；271。数值方法包括有限元法、有限差分法、边界元法和积分法等，这几种方法各有特色。总的说来，数值方法计算结果比较准确，使用范围广，可以处理任意的结构，缺点是需要网格定义和较长的计算时间，因而目前数值方法主要应用于二基于MATLAB的超声波声场模拟及可视化研究维情况。同时各种方法在大量

6、结合使用，从而在运算时间和使用范围上追求平衡。从模拟仿真的对象上看，目前超声波检测模拟研究主要集中在声场区域的计算、声束与缺陷的相互作用、检测系统、超声波传播路径、探头设计和可靠性等方面。目前国外超声波检测技术模拟的研究一方面集中在以解析方法为主开发工业应用的软件系统上，进行超声波检测工艺及可行性、可靠性分析，以降低检测成本，提高效率：另一方面针对现代工业广泛应用的各向异性材料和特殊结构件进行超声检测研究，以提高检测精度，拓宽超声波检测的应用范围。80年代以来，计算机技术在我国超声检测中得到广泛的应用，主要集中在超声信号的采集、量化处理及超声成像系统和自动超声探伤系统的研制

7、上。90年代以来浙江大学还开发出了无损检测工艺制定专家系统，冶金部压力容器检测站研制了无损检测专用软件NDTS。但新技术研究和开发中计算机技术的应用是我国无损检测的薄弱环节，目前我国超声波检测模拟方面的研究进行的较少，起步也较晚。在加入WTO后的今天，我国超声检测要实现跨越式发展，就必须跟上国际超声检测潮流，在引进硬件设备的基础上进行自主的软件开发和创新，加快超声波检测模拟的研究田j1．3超声波声场模拟的发展现状超声场的分布关系到缺陷的检出和定位定量的可靠性和准确性，因此在超声波检测模拟的研究中，超声波声场模拟的研