超声波无损检测是一种广泛应用于材料检验和结构完整性评估的技术，它利用高频声波穿透物体，通过分析回波来探测潜在的缺陷。本论文详细探讨了如何利用大数据和算法来提升超声波检测的效率和精度，特别是在水下超声波检测中。
在超声波探伤过程中，声场的全面分析至关重要。近年来，数值模拟和解析方法的发展为声场建模提供了坚实的基础。本论文中，作者基于多元高斯声束模型，结合声波在介质中的传播方程，进行了深入研究。这个模型假设声波主要沿轴向传播，能够计算单介质中声压的分布情况，并分析界面两侧的声压和相位变化。通过这种方式，可以模拟多介质环境下平探头和聚焦探头的声场，进一步得到声压的可视化分布。
实验部分，论文使用TU360探伤仪进行水介质、钢介质和水下多介质的探伤试验，将实测的轴线声压分布与模型计算的声压幅值进行对比，验证了基于多元高斯模型建立的声场模拟与实际检测结果的吻合度。
反射声场的模拟是超声波探伤中的另一关键环节。论文采用瑞利积分理论，将反射界面离散为多个点，每个点视为声源，然后通过积分计算整个反射声场的声压分布。对于径向线缺陷，引入了尖端处的超声波衍射分析，利用克希霍夫近似来模拟。通过这种方法，论文成功地模拟了界面反射和规则半圆缺陷的反射声场，其回波分布与实验数据的匹配度较高。
考虑到实际工件常常具有各向异性，论文进一步探讨了在各向异性介质中的超声波传播。各向异性介质因其内部组织方向的不同，导致声速和声阻抗发生变化，从而引起声波的波形转换和相位变化。作者利用瑞利积分的Pencil法模拟简化焊缝检测的声场，这对于理解和检测焊缝组织分布及内部缺陷具有重要意义。
总的来说，这篇硕士论文详细阐述了如何运用大数据和算法技术优化水下超声波检测的声场模拟，包括单介质和多介质环境下的声压分布计算、反射声场和透射声场的模拟，以及各向异性介质中声波传播的建模。这些研究成果有助于提高超声无损检测的精确性和效率，对于实际的工程应用具有很高的价值。
