刘会彬，郑阳，郑晖，邬冠华



超声波散射有限元模型中单一模态入射研究

刘会彬1,2，郑阳2，郑晖2，邬冠华1

(1. 南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室，江西南昌330063；2. 中国特种设备检测研究院，北京100029)

超声波在缺陷处的散射行为分析中，研究单一模态与缺陷的作用极为重要。通过在多个节点上沿特定方向上施加简谐力形成合成点源，分析和验证了单一纵波和横波有限元模型的稳定性及近似为平面波的监测距离。仿真结果表明：单一纵波位移场纵波相对幅值变化率在±1.5%范围内波动，相位变动幅度为±0.6°，近似单一横波位移场横波相对幅值变化率在±0.5%范围内波动，相位变动幅度为±20°；当监测距离大于10时，超声横波可近似认为是平面波；当监测距离大于5时，纵波可近似为平面波。单一纵波有限元模型显示出较好的稳定性。此模型的建立为单独分析单一模态对缺陷的散射特性、模态转换及高精度定量检测提供了支撑和依据。

超声波；散射; 有限元；合成点源；单一模态激励；

0 引言

弹性波与散射体的相互作用是一个重要的问题，它发生在很多不同的领域，如无损评价、地震学及医学成像等。弹性动力学散射过程的数学建模是极具挑战性的课题。长期以来，大量的文献围绕着此项研究展开，目前，只有在一些很简单的散射体如球形、柱形处的超声波散射获得了数学模型和精确的解析解。对于一些形状稍复杂的缺陷，在一定的条件下，可以用近似解表达其散射情况，如当散射体尺寸和形状变化都较超声波波长大时，可以采用Kirchhoff近似求解。……