功能梯度材料(FGM)由于其良好的热力学性能,在许多领域有着广泛的应用前景,但针对该类材料的无损检测方法,尚未形成一个完整的评价体系,仍有待于进一步的探索和研究。本文尝试了利用超声层析成像的方法,探测材料内部的分层结构,进而为其性能评价提供依据。然而梯度材料结构分层的特性会使超声信号在传播时出现不同程度的散射和反射,从而导致信号能量的衰减和传播路径的变化,正确分析上述现象的产生原因及其对投影数据获取的影响,对改善成像质量、提高检测精度有着重要的意义。本文利用有限元与实验结合的方法对超声波在分层介质中的传播过程进行了研究,对可能影响检测结果的主要因素进行了分析,主要工作如下:1)比较了常用的图像重建算法,分析了它们的计算速度、重建精度及适用场合。综合考虑投影数据获取的便利性及梯度材料结构分层的特征,应用了等角扇束滤波反投影算法进行了图像重建;2)在ANSYS平台下,建立了适合研究超声波在各向同性、弹性固体介质中传播问题的有限元模型;利用有限元方法,对检测过程中的各种要素进行了分析,结果表明,材料自身的分层结构特点及激励信号的频率特性都影响到最终的检测精度;对分层介质中,超声信号传播时出现的绕射现象进行了解释,正确提取了波形畸变信号的投影数据;3)对均匀圆柱和分层圆柱试件进行了扇束投影的超声实验研究,获取了投影数据,并利用滤波反投影算法进行了图像重建,结果表明,超声层析成像方法在材料组分分布连续、散射折射现象较弱的情况下可以获得良好的重建结果。