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COMSOL 声学：超声波无损检测中的多物理场模拟技术

一、引言

无损检测（Non-Destructive Testing，NDT）是一种在不破坏材料或设备的前提下，通过物理

或化学方法对其内部和表面进行检验的技术。超声波无损检测是其中一种常见的无损检测方法，它利

用超声波在材料中的传播和反射特性，检测材料的缺陷、损伤和性能。COMSOL Multiphysics 是

一款强大的多物理场仿真软件，广泛应用于模拟各种物理现象，包括超声波无损检测。本文将介绍如

何利用 COMSOL 软件中的静电、固体力学以及压电效应多物理场模块，进行超声波无损检测的模拟。

二、多物理场模块简介

1. 静电模块：用于模拟电荷分布和电场强度。在超声波无损检测中，压电材料会产生电荷，因此需

要静电模块来模拟这一过程。

2. 固体力学模块：用于模拟材料在超声波作用下的力学行为。在超声波无损检测中，超声波在材料

中传播并产生应力，因此需要固体力学模块来模拟这一过程。

3. 压电效应模块：用于模拟压电材料在电场和机械场之间的耦合作用。在超声波无损检测中，压电

材料将电能转换为机械能，然后将机械能再转换为电能，因此需要压电效应模块来模拟这一过程

。

三、模型建立

本模型包括压电单元（PZT-5H）和被检测材料（不锈钢）两个部分。

1. 压电单元（PZT-5H）：压电单元是超声波无损检测中的关键部件，它将电能转换为机械能，并

产生超声波。在本模型中，我们选择了 PZT-5H 压电陶瓷作为压电单元。

2. 被检测材料（不锈钢）：被检测材料是超声波无损检测的目标，我们通过超声波检测其内部缺陷

和损伤。在本模型中，我们选择了不锈钢作为被检测材料。

四、模型参数设置

在建立模型后，我们需要设置模型的参数，包括材料参数、几何参数和边界条件等。

1. 材料参数：我们需要设置 PZT-5H 和不锈钢的材料参数，包括密度、弹性模量、泊松比、电导率

等。

2. 几何参数：我们需要设置 PZT-5H 和不锈钢的几何尺寸，包括厚度、宽度、长度等。

3. 边界条件：我们需要设置模型的边界条件，包括压电单元的电极、被检测材料的表面等。

五、模型仿真

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