本论文研究是在多项国家、省部级科研基金项目资助下,以金属材料中板材和棒材以及碳纤维复合材料为研究对象,基于CIVA仿真平台,对材料中超声波声场分布和小缺陷的回波响应开展了建模仿真分析和实验研究。在超声声场计算方面,利用基于Penci1法修正的瑞利积分(Rayleigh Integration Method,RIM)模型建立了适用于各类探头及传播介质的超声传播模型,得到声场分布与工件、探头及检测参数之间的定量关系。为了解决在实际工程应用中,由于缺陷或结构的复杂性很难计算得到解析解的问题,引入了基尔霍夫(Kirchhoff)近似和伯恩(Born)近似等理论,建立了基于近似理论的缺陷和结构散射声场模型,使得快速计算复杂缺陷和结构散射声场能够得以实现。针对金属材料建立了碳钢棒材模型和铝制板材模型,将一些重要和常见的金属材料中毫米级以下小缺陷(比如夹渣和裂纹)等效为圆柱体缺陷,建立平底孔人工缺陷模型。使用超声仿真软件CIVA建模分析了多种检测条件对无缺陷金属材料中声场分布规律和含人工缺陷的金属材料中缺陷回波响应规律的影响。搭建了基于脉冲反射法的水浸式超声检测实验平台,使用含有0.8mm直径平底孔人工缺陷的20#钢棒材模拟试块和方形铝块板材模拟试块对缺陷回波进行了超声检测实验验证。针对碳纤维复合材料建立了32层薄板型无缺陷CFRP层压板理想模型和72层厚截面含平底孔人工缺陷CFRP层压板模型。使用CIVA仿真软件分别进行了声场分布和缺陷响应的仿真分析,并使用自建的超声检测实验平台进行了对应的超声检测实验。综上所述,本文主要基于CIVA仿真平台对材料中超声检测声场分布和小缺陷响应开展了建模仿真分析和相关实验的研究。研究了多种检测条件对金属和复合材料中声场分布规律和缺陷回波响应规律的影响,得到关键影响因素以及为如何选择合适的超声检测探头参数提供理论指导。