【摘 要】
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研究超声波在固体中的散射机理对于超声定量诊断非常重要,有限球法(MFS)作为一种比较有前途的无网格方法在解决超声波散射问题上比有限元法更有优势。利用有限球法模拟超声波
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研究超声波在固体中的散射机理对于超声定量诊断非常重要,有限球法(MFS)作为一种比较有前途的无网格方法在解决超声波散射问题上比有限元法更有优势。利用有限球法模拟超声波在缺陷试件中的散射,并制作超声波可视化装置来实验验证。在阐述MFS的各技术方案的基础上,研究了数值积分方案并对该方案中积分子区域的划分问题给出了建议;编程实现了两个数值算例的有限球法求解,验证了有限球法的高效性。在求解超声波散射问题时,提出了空间步长的估计方法;在时间积分方案上选用了更加精确的Bathe积分方案;使用有限球法成功对超声波在圆柱孔缺陷和深槽缺陷试件中的散射进行了模拟;对散射结果进行分析,并提出利用渐开线来类比爬波的形成。设计并制作了超声波可视化功能模块,并对各模块进行了仿真和实验。首先利用FPGA编程产生两路相位差动态改变的触发信号;然后利用MOSFET管的开关效应产生高压脉冲来激励超声波换能器从而产生所需的超声波;利用晶体管的雪崩倍增效应来产生大电流、窄脉宽的脉冲来点亮高亮度LED作为频闪光源,实现了对超声波各相位的动态瞬间曝光。实现了超声波在透明试件中的可视化,实验结果和仿真结果具有较好的一致性。有限球法等数值方法并配合该可视化装置可以对超声波缺陷散射进行更深入的研究,从而更好的服务于超声检测。
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