非线性超声在医学和工业领域的应用日益增多.超声在传播过程中由于波形畸变产生的高次谐波信号,可有效提高医学超声影像的成像分辨率,也可有效评价材料早期疲劳损伤.微扰法将非线性声波方程分解为两个线性方程,是处理微弱非线性效应的常用方法.在液体非线性研究中,考虑了材料非线性、衰减和声束衍射效应的KZK方程是具有代表性的模型,然而该模型在距离声源轴线较远的地方误差较大.为综合考虑非线性二次谐波测量中的影响因素,本文建立了有限元模型,考虑了非线性、声束衍射、衰减、激励信号长度和接收换能器尺寸的影响,以更精确地预测实验测量中的液体二次谐波信号.本文利用PZFlex仿真软件建立二维轴对称模型,模拟了平面活塞声源在水中的辐射声场以及随之产生的二次谐波声场.模型的主要参数为：水的非线性参量B/A为5；发射换能器中心频率为2 MHz,其激励信号为经汉宁窗调制的10个周期正弦波；为减小数值频散,每个基频超声波长被划分为40个网格；水的衰减设为0.002 db/cm/MHz2.接收换能器中心频率为4MHz,通过对换能器半径范围内的节点声压进行积分,完成接收换能器校正.有限元仿真结果显示,相比于基频波,二次谐波的主瓣更窄,旁瓣更弱,因此具有更高的横向分辨率.二次谐波随着传播距离增大,声压逐渐增大,最初接近于线性关系,然而由于材料的衰减和声束的衍射,增速逐渐降低,在传播一定距离后,达到极大值并且声压逐渐下降.二次谐波极大值的位置比基波的近场长度更大,二次谐波的衰减也比基波更慢.接收校正后的超声信号比轴线信号稍弱,变化也更平缓.本文利用非线性超声测试系统,将接收换能器沿发射换能器轴线移动并测量其声压信号,验证了有限元模型的部分预测结果.在实验测量中影响超声二次谐波的因素较多,本文通过有限元方法建立模型,综合考虑了多方面的影响,使数值计算结果与实验结果达到较好的吻合.