Page 75 - 《应用声学》2023年第4期

第 42 卷 第 4 期 Vol. 42, No. 4
2023 年 7 月 Journal of Applied Acoustics July, 2023

⋄ 研究报告 ⋄

螺旋型电磁超声辐射声场对缺陷检测影响的

计算机模拟 ∗

刘婉婷 1 罗云跃 3 杜好阳 1† 朱大铭 2 吴 刚 2 王 凯 2

(1 国网吉林省电力有限公司电力科学研究院 长春 130021)
(2 国网吉林省电力有限公司 长春 130022)
(3 中国科学院金属研究所 沈阳 110016)

摘要：电磁超声目前在缺陷探伤应用方面还不能替代压电超声，深入探究其原因并加以改进，对推动电磁超声
在缺陷检测方面的应用具有重要意义。利用有限元方法建立了螺旋型电磁超声模型，分析了其辐射声场和声
场特征；通过将有限元计算所得到的洛伦兹力分布简化为门函数，并结合格林函数法，得到了螺旋型电磁超声
辐射声场的简化解析结果。这些方法可用于计算螺旋型电磁超声辐射声场指向性以及在缺陷检测中比较关心
的一些特征参数，如扩散角、偏离角等参数。通过螺旋型电磁超声辐射声场实验，验证了理论分析结果。通过与
压电超声检测理论与实验的对比，研究认为：螺旋型电磁超声辐射声场具有横波和纵波等多种波模及多种模
态转换的特点，以及相对复杂的异型声场几何分布等复杂特性，使其在缺陷检测应用方面受到局限。这些研究
方法对改进电磁超声设计、优化控制电磁超声辐射声场、拓展电磁超声在缺陷检测方面的应用具有参考价值。
关键词：螺旋型电磁超声；辐射声场；计算机模拟；格林函数；缺陷检测
中图法分类号: T19 文献标识码: A 文章编号: 1000-310X(2023)04-0737-09
DOI: 10.11684/j.issn.1000-310X.2023.04.009

Computer simulation of spiral electromagnetic acoustic transducers radiated
sound field influence on defect detection

LIU Wanting 1 LUO Yunyue 3 DU Haoyang 1 ZHU Daming 2 WU Gang 2 WANG Kai 2

(1 Electric Power Research Institute of State Grid Jilin Electric Power Co., Ltd., Changchun 130021, China)
(2 Jilin Electric Power Co., Ltd., Changchun 130022, China)
(3 Institute of Metals, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China)

Abstract: Being used in some applications, electromagnetic acoustic testing (EMAT) can still not replace
the piezoelectric ultrasonic testing in flaw detection. It is meaningful to promote the application of EMAT
in defect detection by in-depth study of its causes. At first, by establishing finite element method (FEM)
model of spiral EMAT, this paper shows its field radiation pattern and characteristics. Next, by simplifying
FEM generated Lorentz force distribution into the gate function and applying the Green’s function method,
the simplified analytic model of spiral EMAT is presented. These methods can be used to calculate the field

2022-09-16 收稿; 2022-11-21 定稿
国网吉林省电力有限公司科技项目 (2022-26)
∗
作者简介: 刘婉婷 (1992– ), 女, 辽宁铁岭人, 本科, 研究方向: 特种设备压力容器无损检测。
† 通信作者 E-mail: 1289307576@qq.com