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本文采用超声检测技术对材料中两类典型缺陷(裂纹和气孔)的模式识别开展了研究。为获得较为丰富的典型缺陷回波信号,选择有限元仿真软件COMSOL模拟超声波在材料中的传播以及与缺陷相互作用的情况,并与实验结果相对比,发现结果一致性较好,证明基于有限元方法仿真超声检测缺陷的研究值得信赖。在上述研究的基础上,主要开展以下工作:(1)引用合理的构件和缺陷模型。选择45#钢材圆柱体作为被检构件,缺陷模型以椭圆为基础,设置三种长轴尺寸的缺陷:长轴分别小于探头直径、等于探头直径(10mm)和大于探头直径。通过调节短-长轴比来表征裂纹(短-长轴比为0.05/0.1/0.2)和气孔(短-长轴比为0.4/0.6/0.8/1),共21个不同形态的缺陷模型,较为全面地覆盖了影响检测的主要因素。通过分析大量的缺陷回波信号,归纳总结裂纹和气孔回波信号的不同规律,为缺陷的模式识别提供参考。(2)全方位检测的缺陷信号特征及模式识别。采用纵波直探头检测裂纹和气孔缺陷,提取缺陷回波峰值,发现不同形态缺陷的超声回波峰值在0~180°的检测范围内的变化呈现不同规律,以峰值系数(90°和0°峰值的比值)作为特征参数,能有效识别裂纹和气孔类缺陷。通过改变检测角度,使用动态回波频谱分析法,可定性地识别缺陷类型。(3)检测方位受限情况下的缺陷信号特征和模式识别。通过分段拟合直探头检测的缺陷回波峰值与各个检测角度区间的关系曲线,以曲线的斜率值作为特征参数,发现在0~30°以及20~50°小角度检测区间可辨别裂纹和气孔缺陷。然而在50~90°大角度检测区间,使用斜率值特征参数不易区分两类缺陷。为此,增加10°斜探头检测,在50~90°检测区间中,根据频谱波形的低频峰值和高频峰值之比与检测角度的变化关系,能明显地区别裂纹和气孔缺陷。通过对圆柱体中不同尺寸、尖锐度的裂纹和气孔缺陷的超声检测有限元仿真分析,采集缺陷不同部位反射的脉冲声波,为缺陷类型模式识别提供了较为系统的数据。在全方位检测以及检测方位有限的情况下,根据缺陷回波信号的时域和频域特征,能较好地识别不同形态的裂纹和气孔缺陷。本研究可为实际超声检测缺陷的模式识别提供参考,对预测构件寿命和保证设备安全具有重要的意义。