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机械结构关键部件，如大型锻件，在生产和服役过程中容易产生裂纹、腐蚀等各类缺陷。而裂纹是其中最常见、危害性很大的一类缺陷。同时，裂纹具有明显的方向性，不同方向的裂纹对结构的危害程度也不同。当裂纹断面与结构承载方向相垂直时，裂纹的危害很大。在这种情况下，即使很小的裂纹，在交变应力、温度等因素作用下，也可能迅速扩展，致使结构发生突然断裂，导致灾难性事故的发生，成为影响机械结构安全运行的最大隐患。因此，针对结构中裂纹检测及方向识别问题，本文进行基于超声阵列技术的缺陷识别方法研究，主要研究内容包括: (1)基于超声散射系数分布的缺陷识别方法研究 利用子阵列的思想，建立了缺陷超声散射系数计算模型。研究超声散射系数分布与缺陷方向特性的关系，提出一种基于散射系数分布的缺陷识别方法，并通过仿真数据验证了该方法对缺陷识别的有效性。 (2)基于超声散射系数分布的裂纹识别影响因素研究 基于仿真和实验获得的全矩阵数据，提取缺陷部位的散射系数分布，研究相控阵探头位置及子阵列参数对散射系数分布的影响。在确定最佳检测位置的基础上，利用主成分分析法评价子阵列参数对裂纹识别效果的影响，并优化出最佳的检测参数。 (3)基于超声散射系数分布的裂纹识别检测实验研究及应用 将基于超声散射系数分布的缺陷识别方法应用于铝制试块中模拟裂纹及锻件中实际缺陷检测。同时，针对小角度裂纹识别中存在的问题，考虑了缺陷与声波相互作用的非线性效应，提出一种改进的基于超声散射系数分布的缺陷识别方法。结果表明，基于超声散射系数分布的缺陷识别方法可以很好实现裂纹的检测及方向识别。 (4)基于扩散声场的非线性相控阵成像方法初探。 针对结构中疲劳裂纹检测与定位问题，考虑超声波与微缺陷相互作用的多种非线性效应，研究相控阵聚焦方式、聚焦点处非线性效应与其损伤状态的关系，分析扩散声场能量与非线性效应的关系，提出一种基于不同相控阵聚焦方式下扩散声场能量的非线性成像方法，并探索将其应用于疲劳裂纹检测中。