基于Abaqus的超声波有限元仿真研究与无限元边界创建方法

许文进 禤伟明 马加涛 廖林 何佳儒

摘 要：简要介绍了在铝块中激励超声波的建模仿真过程，通过理论声速和仿真所得声速的比较验证仿真的准确性，并精确计算出采样点与缺陷之间的距离，同时提出了一种创建无限元（infinite elements）边界的方法，以减少声波在边界的反射。

关键词：超声波仿真;无限元边界;超声无损检测;Abaqus有限元软件

0    引言

超声波具有指向性好、灵敏度高、传播距离远、对人体无害等优点，在无损检测中发挥着重要作用。目前，超声无损检测技术已经在航天航空、石油化工、核工业、轨道桥梁等领域得到了广泛应用，且有大量功能齐全的超声检测仪器实现了商用化，如广州多浦乐电子科技股份有限公司推出的Phascan相控阵检测仪[1]，可实时检测管接头等复杂结构;英国Plant Integrity公司研发的Teletest Focus系统[2]，可应用于管道的缺陷检测。

尽管市面上涌现出众多的无损检测设备，但是在無损检测领域仍有许多工程难题未得到有效解决，例如早期微小缺陷的检测[3]、多层结构的界面脱粘检测[4]等。研究超声波与结构相互作用的关系对推动超声无损检测技术的发展具有重要意义，研究内容包括反射、散射、折射、衰减等规律。物理实验研究具有耗时长、设备成本高、干扰因素多等缺点，而数值仿真研究具有精度高、方便高效、传阅性好、成本低等优点。常见的数值仿真包括有限差分法、有限体积法、有限元法等。基于有限元法的有限元软件提供了一种操作方便、结果可视化的研究工具。……