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可视化在超声波无损检测的声场模拟中的应用

宋明霞  
【摘要】:超声波检测(UT)是无损检测(NDT)的一种常用方法,它利用超声探头发射的超声波来对材料和工件进行检验和测量。与其它无损检测技术相比,它具有被测对象范围广、检测深度大、定位准确、检测灵敏度高、成本低、使用方便、速度快、对人体无害以及便于现场使用等优点。因此,超声检测技术是国内外应用最广泛、使用频率最高且发展较快的一种无损检测技术。 超声探头的声场分布直接的影响着探伤结果,了解声场结构及分布对于探伤的顺利进行、提高探伤的效果都起着至关重要的作用。因此,对声场特性、分布和结构的研究,以及对声场的模拟,成为超声波检测技术中的一个重要领域。 科学计算可视化(VISC),是计算机图形学的一个新的应用领域。它将复杂的计算和公式等不可见信息转变为可见的图形图像,丰富了科学发现的过程,为科学家和工程师分析数据提供了有力工具。 为了更好的表现声场、研究声场,我们将科学计算可视化技术应用于超声检测的声场模拟中,采用了OpenGL等可视化工具,开发了超声波声场模拟可视化系统,利用颜色模型、透明技术等可视化手段,将不可见的超声波声场表现为可视化的图形图像,对声场进行更加直观细致的模拟描述,甚至进行三维立体模拟显示,体现声场的整体分布信息,同时用户可以用鼠标控制,进行移动、旋转等操作,从各个角度来观察声场分布。 特别地,在进行超声波声场的三维立体模拟时,本文提出将基于MC算法的等值面抽取应用于超声波声场的模拟:首先根据声学原理及数学理论建立声场模型,然后对超声波声场的分布进行计算,获取声场的空间特性数据;最后运用MC算法抽取并绘制声压幅值的等值面,以此来立体地表现声场的分布。 本文提出的观点和方法为今后超声波声场的模拟进行深入研究、为数据场可视化更为广泛地应用都提供了依据和基础。


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