Page 232 - 《应用声学》2024年第1期
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Kazys 等 [20] 模拟验证了空气耦合超声相控阵 所激发的波在板内部传播，需要激光测振仪激发表
在塑料薄膜 (厚度约 0.1 mm) 中激发 A0、S0 导波模 面振动，不便于工程应用。Zou 等 [22] 研究了相控线
态，但无法控制激发较为单一的 A0、S0 模态，使得 阵空耦超声的计算方法，但未考虑声波在空气中的
检测结果分析困难。同时用直接作用于薄膜表面上 衰减，虽实现了 A0、S0 模态的激发，但无法控制模
的力模拟超声波作用于薄膜表面的情况，忽略了各 态的单一性，导致后续检测信号分析困难，且只能实
阵元之间、阵元与结构件之间空气隙的影响，导致 现磁带等薄片检测 (0.1 mm 厚)。相控阵列激发式
计算结果存在较大误差，使得聚焦检测达不到预期 空气耦合超声 Lamb波单一模态激发方式及实际应
的效果。Kazys 等 [21] 还研究了相控线阵传感器，实 用的研究有助于推动相控阵列超声的应用，是重要
现了 20 kHz 低频超声导波的激发，如图 7 所示，但 的研究热点。
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图 7 Kazys 等相控阵低频导波激发试验 [21]
Fig. 7 Low-frequency guided wave excitation test of phased array studied by Kazys et al. [21]
1.4 超声在复合材料的传播特性及其与缺陷交互 ified Born approximation, MBA) 研究了各向同性
作用研究现状 和各向异性弹性固体中缺陷的散射特性，并预测
在超声在复合材料的传播特性研究中，Biwa 了各向同性固体中球形夹杂物的超声回波信号。
等 [23] 采用多重散射模拟方法对复合材料中超声 Zhang 等 [27] 基于超声非互易性与散射相结合对厚
波的相速度与衰减系数特性进行数值模拟，分析 复合材料中孔隙缺陷和纤维波纹进行了识别。结
结果与实验结果吻合较好。Duan 等 [24] 采用半解 果表明，孔隙和纤维波纹都会由于波散射而导致
析有限元法模拟复合材料层压板各层任意纤维取 传输信号振幅的降低；在优化的频率下，互换激励
向，利用该方法与正向波解析解、数值解具有极好 和接收探头位置、孔隙不会导致接收信号时间上
一致性。 的差异，但由于纤维波纹区域的方向相关频率滤
在超声与材料缺陷交互作用研究中，解析表 波特性，纤维波纹会导致两个传输信号之间存在
达式适用于研究某些简单几何形状缺陷的散射特 差异。
性，如裂纹、矩形缺陷。图 8(a) 是解析法研究矩 对于超声导波而言，散射过程还会发生更为复
形缺陷的散射特性。对于更复杂的缺陷，需采用 杂的模态转换。对于各向同性材料，A0或S0模态与
各种近似方法。如图 8(b) 所示，Darmon 等 [25] 提 简单缺陷 (如圆孔) 交互作用，可采用解析法求解其
出了一种玻恩近似法(Doubly distorted wave Born 散射特性。在实际工程中，复合材料的缺陷基本上
approximation, DDBA) 用于模拟和预测钢中不同 为非规则缺陷，材料各向异性，使得散射问题的解析
形状的 (圆柱形、球形、椭球形) 氧化铝夹杂物的超 求解更加复杂，甚至难以实施，从而催生了各种有限
声响应。Huang 等 [26] 提出修正 Born 近似法 (Mod- 元仿真方法的应用。
