超声检测和声学超材料在工业社会中的广泛应用,对超声与材料结构之间关系的研究提出了更高的要求。本文基于时域有限差分法(FDTD)建立了含有不同微结构的二维铝板模型,系统研究了声学超材料中微结构对超声波传播特性的影响。文章从理论上研究了超声反射波的慢波效应、脉冲展宽效应与声学超材料中微结构界面层之间的关系。研究结果表明,慢波效应和脉冲展宽效应都随着微结构中散射体厚度的增加逐渐达到饱和状态。从超声波的角度来看,在声学超材料中存在一个有效微结构界面层厚度,它决定了慢波效应和脉冲展宽效应的程度。当微结构厚度为1.89λ时,可得到最佳慢波效应,此时声波大约慢了0.08个入射波周期。当微结构厚度为2.69λ时,脉冲展宽效应最明显,脉冲展宽大约0.13个周期。文中还提出了一种测量声学超材料中散射体圆心距以及散射体直径的新方法,该方法主要是基于检测从微结构反射回来的回波的幅值(amp)。计算结果表明,该方法适用于散射体圆心距小于测量声波波长的4倍的情况,因为当散射体之间的间距大于4倍波长时,散射体之间的耦合效应基本可以忽略。因此,通过选择合适的测量声波频率,该方法总能有效地测量出散射体的圆心距。同时,扫频方法检测下,散射体的直径等于amp曲线峰值处对应的声源波长的一半。这就意味着,该方法可以用于测量散射体的直径大小。对亚波长尺寸的散射体组成的微结构进行研究,无论是单个还是多个散射体单元,其反射与透射波形均具有丰富的时域信息,通过对比分析可以从波形的变化趋势判断铝板中是否存在微结构,以及在声源传播的中心线上是否有微结构的存在。再具体一点还可以得出微结构是由单个散射体还是多个散射体组成。这些时域波形包含了大量可研究信息,后续更为全面系统的分析将会给超声无损检测提供相应的理论指导。