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在工业无损检测领域,超声相控阵检测技术有着大量的应用,超声相控阵声场模拟对产品研发和实际检测具有重要的指导意义。现有多元高斯模型方法在计算辐射声场的离轴区域不够准确,且通常情况下瑞利积分计算效率较低。线性换能器方向相对固定,对表面不平整的构件,检测相对困难,往往耦合不好。此外,声束通过不规则界面的情况也非常常见,这种情况的声场计算基于多层介质规则界面的辐射声场,计算模拟较复杂。针对上述问题,本文做了以下几个方面的工作。针对现有的近轴近似的多元高斯方法(Paraxial multi-Gaussian beam model,MG)在辐射声场的离轴区域计算不够准确,且通常情况下瑞利积分计算效率较低的问题,本文借用瑞利积分模型中的夫琅禾费近似思想,并将其和非近轴近似的多元高斯模型(Nonparaxial multi-Gaussian beam model,NMG)相结合,提出基于夫琅禾费近似的多元高斯方法(Multi-Gaussian beam model based on Fraunhofer approximation,FMG)。应用MG方法、NMG方法及本文方法计算线性相控阵换能器的辐射声场,结果表明,本文方法同NMG方法一样,可以克服MG方法存在的离轴区域计算不准确的问题。但本文方法的计算速度优于NMG方法,所需时间是后者的4/5,且聚焦效果好于其他两种方法。将本文方法和其他两种高斯方法应用于缺陷检测,通过改变介质材料、聚焦深度、偏转角度等,计算横通孔缺陷回波信号,模拟结果表明FMG方法和NMG方法获得的回波强度要优于MG方法。本文研究了基于灵活阵元的不规则表面构件的相控阵检测方法。选择合适的灵活相控阵探头,计算延迟时间,将MG方法、NMG方法和本文提出的FMG方法应用到灵活相控阵检测中,计算偏转和聚焦情况下的声场辐射情况。模拟结果指出MG方法在计算精度上的不足,同时验证了FMG方法和NMG方法可以较好地实现灵活阵元相控阵声场计算。设计由丙烯酸树脂-水-钢构成的不规则界面,研究声束通过不规则界面的情况。选择相应的检测楔块和探头,计算时间延迟,计算声束通过不规则界面的位置和偏转角度,选择MG方法作为辐射声场计算方法。模拟结果表明MG方法可以较好模拟丙烯酸树脂-水-钢界面的声场辐射情况。