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传统的超声波探伤主要依靠探伤人员的经验分析缺陷回波信号来对探伤结果进行评定。然而对于被检工件的材质和结构复杂的情况,即使是经过专业探伤培训并且有经验的人员在缺陷识别和定量上也会碰到困难。而超声回波信号的仿真则可以帮助探伤人员对缺陷回波信号做辅助分析。此外超声检测的模拟和仿真可以提高对超声波传播过程及超声波成像的理解。和超声探伤实验研究相比,超声检测模拟和仿真更经济也更有效率。通过改变超声模拟仿真数学模型的参数还可以研究探伤方案及探头设计中各参数对声场的影响,从而为探伤方案和探头的设计提供指导。所以研究超声检测的模拟和仿真是很有意义的。本文介绍了完整的多元高斯声束模型的建模过程,并利用多元高斯声束模型计算了不同界面、斜入射、多层界面和聚焦探头的发射声场。在聚焦探头发射声场的计算上,不同于以往文献中所介绍的修正高斯叠加系数的方法,而是通过对声透镜进行建模来计算聚焦声场。该方法不仅可以计算球面聚焦探头的发射声场还可以计算线聚焦探头以及其他类型聚焦探头的发射声场。基于Thompson-Gray超声测量模型对平底孔回波信号进行仿真,还对平底孔进行了探伤实验。其中回波信号仿真公式中的系统函数可分别通过参考实验和仿真的方法获得。无论系统函数是通过参考实验还是仿真的方法获得,只要对仿真结果和实验结果都做同样的归一化处理,仿真结果和实验结果的吻合度都会很好。这也验证了采用基于仿真方法的系统函数来计算缺陷回波信号的可行性。对汽车变速箱齿轮环焊缝用几何声学方法设计了C扫描超声探伤探头的声透镜,并利用多元高斯声束模型分析了基于几何声学方法设计的超声探头的聚焦声场。最终得出虽然基于几何声学方法设计的探头声场缺陷处离晶片的距离和实际焦距会有细小的差别,但缺陷仍然处在声压比较高的区域,而且基于几何声学的方法非常简单易用,所以基于几何声学的聚焦探头设计方法还是很实用的。