Page 43 - 《应用声学》2022年第4期

第 41 卷 第 4 期 钟华等： 激光超声的多模式合成孔径聚焦成像仿真分析 541

表 1 侧边孔缺陷参数 最大网格尺寸均设置为 50 µm。时间步长设置为
Table 1 Parameters of side drilled holes 1 ns，总计算时间为8 µs。

c
样品 缺陷 坐标/mm  L e 6 λ min /10 = ,


10f max
1 D1(区域 1) (−2, − 2) (14)
 ∆t 6 1


2 D2(区域 2) (0, − 2) .
20f max
3 D3(区域 3) (2, − 2)
4 D4(区域 4) (−2, − 4.5) x
z
z/֓
5 D5(区域 5) (0, − 4.5)
6 D6(区域 6) (2, − 4.5)
z/֓
7 D7(区域 7) (−2, − 7)
8 D8(区域 8) (0, − 7)
9 D9(区域 9) (2, − 7)
z/֓
z/֓
表 2 铝样品材料属性
x/֓ x/֓ x/ x/
Table 2 Material properties of Al sample
(a) Ꭵᬞԣੇϸӝ۫ѳѬ
参数 值
密度/(kg·m −3 ) 2.7 × 10 3
杨氏模量/MPa 7 × 10 4
泊松比 0.33
热膨胀系数/K −1 2.3 × 10 −7

表 3 激发光参数
Table 3 Parameters of excitation laser
(b) Ꭺಫᇨਓڏ
参数 值 图 7 示意图
能量密度/(W·m −2 ) 1 × 10 12 Fig. 7 Schematic diagram
脉冲时间/ns 5
3 结果与讨论
光斑半径/µm 100

(2) 将上述 “固定探测点扫描激发点的扫描激 图 8(a) 和图 8(b) 分别为含缺陷 5 和不含缺陷 5
光线源法” 改为 “固定激发点，多点探测”，由于声波 数值计算后所得的回波B 扫图，横轴为探测点位置，
的传播路径可逆，所以这两种方法在一定程度上是 纵轴为传播时间。图中的 d-L、d-R 分别表示直达掠
等效的。采用“固定激发点，多点探测”的方法，可通 面纵波和直达表面波，LL、LS、SL 和 SS 分别表示
过一次计算获得一组完整信号，效率更高。 缺陷反射纵波转纵波、缺陷反射纵波转横波、缺陷
(3) 数值计算时，最小网格尺寸 (L e ) 和最小时 反射横波转纵波、缺陷反射横波转横波。从图 8(a)
间步长 (∆t) 需满足式 (14) [2] ，其中 f max 为激光激 中能模糊看到 LS、SL 和 SS 波，而图 8(b) 中不能看
发超声波的最高频率，λ min 为激光激发超声波的最 到缺陷反射信号。由于在两次数值计算中，除是否
小波长，c 为波速，可由 λ min 算得。激光激发区域和 包含缺陷外，其他参数完全相同，因此，将两幅 B
缺陷附近区域使用自由三角形网格，其余区域使用 扫图相减便能得到清晰的 4 种模式缺陷反射波，如
映射，如图7(b)所示，最小网格尺寸均设置为3 µm， 图 8(c)所示。