Page 77 - 《应用声学》2020年第6期

第 39 卷 第 6 期 王铮等： 小直径棒材纵波斜入射检测仿真分析 871

缺陷，但对表面缺陷检测灵敏度不足；横波折射角
为60 时，声能汇聚点靠近棒材表面，折射横波主声 3 缺陷响应仿真实验
◦
束距棒材表面最大距离仅0.6 mm，适于检测表面缺
仿真对象和仿真参数与第 2 节相同，探头沿棒
陷，对具有一定深度的缺陷检测能力下降；折射横波
材表面做螺旋式扫查，采样间距为 0.5 mm。采用矩
角度为 45 时，声能汇聚点位于上述两种情况之间，
◦
形刻槽模拟表面缺陷，采用横孔模拟近表面缺陷，所
折射横波主声束距棒材表面最大距离为1.5 mm，相
有缺陷以 45 间隔放置在棒材同一圆周上，模拟缺
◦
对可兼顾埋深较大缺陷和表面缺陷。
陷具体规格如表2所示。
2.2 检测水距对声场分布影响
保持折射横波角度 45 不变，采用不同检测水 表 2 小棒材表面和近表面模拟缺陷规格
◦
距，分别将聚焦探头焦点置于棒材表面 (检测水距 Table 2 The specifications of surface and
30 mm) 和棒材内部 (以检测水距 20 mm 为例)，进 near surface defects in small bar for sim-
行声场仿真，仿真结果如图4所示。 ulation
检测水距为 30 mm 时，探头焦点落在棒材表 编号 类型 埋深/mm 其他尺寸/mm
面，棒材表面声场强度最强，随深度增加声能快速 1 刻槽 棒材表面 0.1×5 (深度 × 长度)
下降，此时对表面缺陷检测灵敏度最高；检测水距 2 刻槽 棒材表面 0.2×5 (深度 × 长度)
3 刻槽 棒材表面 0.1×10 (深度 × 长度)
为 20 mm 时，探头焦点落在棒材内部，棒材内部某
4 刻槽 棒材表面 0.2×10 (深度 × 长度)
一深度声场最强，而表面声场强度较弱，同时，由于 5 横孔 0.5 ϕ0.5×5 (孔径 × 长度)
聚焦探头的聚焦区存在一定长度，因而，此时探头 6 横孔 1 ϕ0.5×5 (孔径 × 长度)
在棒材内部一定深度范围内均能保持有较高声场 7 横孔 1.5 ϕ0.5×5 (孔径 × 长度)
强度。 8 横孔 2 ϕ0.5×5 (孔径 × 长度)
0 0

2.5 2.5
Z zone 5.0 Z zone 5.0

7.5 7.5

10.0 10.0
-0.5 2.5 5.0 7.5 10.5 -0.5 2.5 5.0 7.5 10.5
X zone X zone
(a1) ͌ᄾ੕᭧ᇨਓڏ (a2) ܦڤѬ࣋͌ᄾ ඵᡰ20 mm (a3) ܦڤѬ࣋͌ᄾ ඵᡰ30 mm
(a) ˁೢెᣉጳۇᄰᄊઉ࠱ܦฉਫ਼ښࣱ᭧ܦڤѬ࣋
0 0

2.0 2.0

Z zone 4.0 Z zone 4.0

6.0 6.0
7.0 7.0
-0.5 2.5 5.0 7.5 10.5 -0.5 2.5 5.0 7.5 10.5
X zone X zone
(b1) ͌ᄾ੕᭧ᇨਓڏ (b2) ܦڤѬ࣋͌ᄾ ඵᡰ20 mm (b3) ܦڤѬ࣋͌ᄾ ඵᡰ30 mm
(b) ˁೢెᣉጳࣱᛡᄊઉ࠱ܦฉਫ਼ښࣱ᭧ܦڤѬ࣋

图 4 不同检测水距折射横波声场仿真
Fig. 4 Simulation of refraction transverse wave sound field with different water distances