基于多元高斯聲束模型的層狀多界面超聲聲場特性仿真

摘 要：針對層狀多界面結構內超聲傳播復雜，聲場分布難以可視化等問題，推導單層、雙層及三層結構中多元高斯聲束模型的表達形式。該文采用水浸超聲檢測法，計算仿真垂直入射和斜射10°至水、水-有機玻璃、有機玻璃-鋁-黃銅的聲場，實現檢測聲場的可視化。通過計算得出仿真結果與實際理論相符，表明該方法能夠應用在層狀多界面結構超聲聲場仿真中。

關鍵詞：層狀多界面；聲場；多元高斯聲束；仿真；水浸超聲檢測法

中圖分類號：O426.9 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）29-0033-05

Abstract： Aiming at the problems of complex ultrasonic propagation and difficult visualization of sound field distribution in layered multi-interface structures， the expression forms of multi-component Gaussian beam models in single， double and three-layer structures are derived. Water immersion ultrasonic detection method was used to calculate and simulate the sound fields of vertical incidence and oblique emission of 10° to water， water-plexiglass， plexiglass-aluminum-brass， and realize the visualization of the detection sound fields. The simulation results are consistent with the actual theory， which shows that the method proposed in this paper can be applied to the ultrasonic field simulation of layered multi-interface structures.

Keywords： layered multi-interface; sound field; multivariate Gaussian beam; simulation; immersion ultrasonic detection

層狀多界面構件是由2種以上不同基體材料通過黏接、焊接等工藝制造而成，是輕質高效結構設計的理想材料，由于具備高比模量、高比強度、優異的抗震能力和耐腐蝕等諸多優勢，在汽車、電力、船舶、管道運輸和航空航天等重要工業領域得到越來越廣泛的應用[1]，如飛機的機翼、擾流板、整流罩、固體火箭發動機外殼的絕緣層、直升機螺旋槳槳葉和風電葉片等關鍵曲面多層結構件。受基體材料、制造工藝、外部環境及服役載荷等因素影響，此類關鍵結構件在使用過程中難以避免出現固體層裂紋、夾渣、脫黏和分層等質量缺陷。這些缺陷的存在使得層狀多界面構件整體力學性能下降，甚至導致整體結構失效。如不能及時檢出這些缺陷，將嚴重影響關鍵設備的運行安全。因此，必須對層狀多界面構件內部缺陷進行有效檢測。

影響到多層結構的有效使用的關鍵在于層狀多界面特性的檢測與評價，而有損檢測和無損檢測是最重要的2種傳統檢測方法。……