超声检测及金属材料广泛应用于工业领域。工业技术的高速发展也对其产生了新的技术要求,需要了解金属材料缺陷的大小及形状分布、要求探测缺陷尺寸越来越细微等。利用缺陷金属材料反射及散射的超声波特征,并提取其中有测量意义的特征来推断缺陷的大小形状位置等参数一直是金属超声检测技术的核心研究问题。本论文采用时域有限差分(FDTD)方法模拟不同缺陷情况的铝-水结构,系统提取分析了超声回波特征,并研究了这些特征与缺陷的量化关系。论文主要对缺陷由两个亚波长散射体组成的铝-水结构进行研究。论文对超声波在不同散射体直径、间距以及角度的缺陷结构中的传播进行了仿真计算,发现不同的缺陷结构其超声回波波形也不相同,论文定义了归一化波谷幅值(AOT)及归一化波峰幅值(AOC)来量化不同微缺陷结构的超声特征。研究结果表明,归一化幅值与散射体直径成正相关。而两散射体间距的增加会令两种归一化幅值出现不同的改变趋势,论文研究了反射回波AOT值及AOC值和散射体间距及散射体直径的关系,这可以用于在超声检测中判断散射体直径及位置参数。两散射体角度的改变也会令反射回波发生明显的改变,论文发现两散射体呈不同角度时反射回波表现出不同的波形特征,并发现可以通过改变超声检测角度来实现对材料内部微缺陷的精准检测。论文同时对不同频率声源的缺陷超声特征做了探究,发现不同频率声源适用于不同散射体间距:高频声源对散射体间距较小的情况更为敏感,散射体间距较大时宜用低频声源。论文还研究了不同信噪比的声源对探测能力的影响,并对不同缺陷的透射声波特征进行了分析。研究发现不同缺陷的反射回波有着丰富的时域特征,论文系统研究了反射回波特征与缺陷尺寸位置等参数间的关系,这对目前广泛应用的超声A扫描具有指导意义。