超声无损检测基础一一力学建模方法 Fundamentals of Ultrasonic Nondestructive Evaluation: A Modeling Approach

Description

本书是关于工程结构中超声波无损检测的理论、建模与计算的科技专著。 书中介绍了超声波无损检测系统的组成，以及各个部件的数学和力学模型，并 演示了结构中缺陷定量化标定和重构的工程实例.全书主要章节包括z 超声波 无损检测声学与力学理论基础 E 工程结构中弹性波的传播与散射理论 E 超声波 检测系统与收发过程建模，以及超声波定量化无损检测的典型工程实例等. 本书可供高等学校相关专业教师、研究生以及高年级本科生作为教学参 考，也可作为从事无损检测行业的广大工程技术人员、科研工作者的参考材料. 目录 前言 第1章超声系统 1.1无损检测系统的组成单元 1.2脉冲发生－接收器 1.3超声波换能器 1.4超声数字化仪 1.5超声术语 1.6关于文献 1.7习题 1.8参考文献 参考期刊资料 第2章线性系统和傅里叶变换 2.1线性时不变系统 2.2傅里叶变换 2.3线性时不变系统和脉冲响应函数 2.4线性时不变系统的超声无损检测系统 2.5关于文献 2.6习题 2.7参考文献 第3章基本原理 3.1流体的控制方程 3.1.1运动方程 3.1.2本构方程 3.1.3波动方程 3.1.4界面／边界条件 3.2弹性固体的控制方程 3.2.1运动方程 3.2.2本构方程 3.2.3纳维方程 3.2.4界面／边界条件 3.2.5势的波动方程 3.2.6膨胀和旋转 3.2.7直角坐标系下的控制方程 3.3关于文献 3.4习题 3.5参考文献 建议阅读 第4章体波的传播 4.1流体中的平面波 4.1.1一维波 4.1.2傅里叶变换关系 4.1.3谐波 4.1.4三维波 4.2弹性固体中的平面波 4.2.1纳维方程的一维解 4.2.2纳维方程的三维解 4.3流体中的球面波 4.3.1基本解 4.3.2基本解的积分形式 4.3.3G的远场形式及其导数 4.4弹性固体中的球面波 4.4.1基本解 4.4.2Gij及其导数的远场形式 4.5关于文献 4.6习题 4.7参考文献 第5章互易定理以及其他积分关系 5.1流体的互易定理 5.1.1积分表达定理 5.1.2Sommerfeld辐射条件 5.1.3散射问题的积分方程 5.2弹性固体的互易定理 5.2.1积分表达定理 5.2.2辐射条件 5.2.3散射问题的积分方程 5.3力电互易定理 5.3.1控制方程 5.3.2压电介质的互易定理 5.4关于文献 5.5习题 5.6参考文献 建议阅读 第6章体波的反射和折射 6.1流体－流体交界面上的反射和折射（垂直入射） 6.1.1反射和透射系数 6.1.2平面波的声强度 6.2流体－流体交界面处平面波的反射和折射（斜入射） 6.2.1反射和透射系数 6.2.2临界角和非均匀波 6.2.3小于临界角时能量的反射和透射 6.2.4大于临界角时能量的反射和透射 6.2.5脉冲畸变 6.2.6斯托克斯关系 6.2.7三维情况下流体－流体交界面的反射和折射 6.2.8Snell定律和稳态项 6.3斜入射流体－固体交界面处的反射和折射 6.3.1反射和透射系数 6.3.2弹性波的能流和强度 6.3.3斯托克斯关系（流体－固体交界面） 6.4固体－固体交界面处的反射和折射（光滑接触） 6.5固体－固体交界面处的反射和折射（焊接） 6.5.1入射P波和SV波 6.5.2入射SH波 6.6应力自由表面的反射 6.7关于文献 6.8习题 6.9参考文献 第7章表面波和板波的传播 7.1瑞利表面波 7.2板波——水平剪切运动 7.3兰姆波 7.3.1拉伸波 7.3.2弯曲波 7.4有界介质中其他波 7.5关于文献 7.6习题 7.7参考文献 第8章超声换能器的辐射 8.1流体中平面活塞式换能器 8.1.1Rayleigh－Sommerfeld理论 8.1.2轴上压力 8.1.3离轴压力 8.1.4平面波的角谱和边界衍射波理论 8.2流体中球面聚焦活塞换能器 8.2.1O’Neil模型及其他模型 8.2.2轴上压力 8.2.3离轴压力 8.2.4声学透镜聚焦 8.3穿过平界面的波束传播——平面探头 8.3.1流体与流体界面——垂直入射 8.3.2流固界面——垂直入射 8.3.3流体－流体界面——斜入射 8.3.4流体－固体界面——斜入射 8.4穿过平界面的波束传播——聚焦探头 8.4.1流体－流体界面 8.4.2流体－固体界面 8.5通过弯曲交界面的波束传播 8.5.1流体－流体界面 8.5.2流体－固体界面 8.6波束模型的数值计算 8.6.1边缘单元 8.6.2用棱边单元法研究弯曲界面问题 8.7接触式换能器 8.8斜波束剪切波换能器 8.8.1斜入射换能器模型 8.8.2棱边单元 8.9关于文献 8.10习题 8.11参考文献 建议阅读 第9章材料衰减与效率因子 9.1衰减源 9.2测量材料衰减的一般模型和系统效率因子 9.2.1衍射修正积分 9.2.2去卷积模型和Wiener滤波测量衰减 9.2.3通过去卷积模型和Wiener滤波评估效率因子 9.3关于文献 9.4习题 9.5参考文献 建议阅读 第10章缺陷散射 10.1流体中的远场散射幅值 10.1.1体缺陷 10.1.2裂纹型缺陷 10.2弹性固体中的远场散射幅值 10.2.1体缺陷 10.2.2裂纹型缺陷 10.3近似散射解——流体模型 10.3.1Kirchhoff近似——体缺陷 10.3.2Kirchhoff近似——裂纹 10.3.3Born近似 10.4近似散射解——弹性固体模型 10.4.1Kirchhoff近似——体缺陷 10.4.2Kirchhoff近似——裂纹 10.4.3Born近似 10.5远场散射幅值和互易性 10.5.1流体中的散射幅值 10.5.2弹性固体中的散射幅值 10.6球体的散射——分离变量 10.6.1流体中的球体 10.6.2弹性固体中的球体 10.7关于文献 10.8习题 10.9参考文献 建议阅读 第11章换能器接收过程 11.1单流体介质中的接收 11.2穿过平面流体－流体交界面的接收 11.3穿过平面流体－固体交界面的接收 11.4关于文献 11.5习题 11.6参考文献 第12章超声检测模型 12.1单种流体介质的LTI模型 12.2浸入式测试实验的LTI模型 12.2.1流体－流体模型 12.2.2流体－固体模型 12.3基于互易定理的浸入式检测分析模型 12.3.1一般模型 12.3.2简化为LTI模型 12.4基于互易关系建立斜射波束剪切波检测的分析模型 12.5基于力电互易定理的检测模型 12.6检测模型和限制条件 12.7关于文献 12.8习题 12.9参考文献 建议阅读 第13章近场检测模型 13.1单一流体介质的模型 13.1.1圆形换能器的轴线上响应 13.1.2球体散射 13.1.3圆柱端部的散射 13.1.4近轴近似的限制 13.2对于单一流体介质的其他模型 13.3流体－固体交界模型（垂直入射） 13.4关于文献 13.5习题 13.6参考文献 第14章基于模型的定量超声无损检测 14.1换能器／系统特征描述 14.1.1有效半径——平面换能器 14.1.2有效参数——球面聚焦换能器 14.1.3系统效率因子 14.1.4实验结果 14.2平底孔模型和DGS图表 14.2.1流体－流体模型 14.2.2特殊情况 14.2.3DGS图表 14.3去卷积和远场散射幅值 14.4基于模型的超声仿真 14.5关于文献 14.6习题 14.7参考文献 建议阅读 第15章基于模型的缺陷尺寸确定方法 15.1等价缺陷尺寸确定方法的概念 15.2对于裂纹的Kirchhoff尺寸确定方法 15.2.1非线性最小二乘的尺寸确定方法 15.2.2线性最小二乘／特征根的尺寸确定方法 15.3对于体缺陷的Born尺寸确定方法 15.4TOFE缺陷尺寸确定法 15.5其他尺寸确定方法 15.6关于文献 15.7习题 15.8参考文献 建议阅读 附录A傅里叶变换 A.1傅里叶变换的性质 A.2一些傅里叶变换对 A.3离散傅里叶变换 A.4快速傅里叶变换 A.5习题 A.6参考文献 附录B脉冲函数 B.1脉冲函数性质 B.2参考文献 附录C基本符号和概念 C.1指标符号 C.2积分定理 C.2.1高斯定理 C.2.2斯托克斯定理 C.3应变和变形 C.4质量守恒 C.5应力 C.5.1牵引力向量 C.5.2应力的概念 C.5.3牵引力和应力 C.6参考文献 建议阅读 附录D Hilbert变换 D.1 Hilbert变换的性质 D.2参考文献 附录E稳相法 E.1单积分形式 E.2二重积分形式 E.3曲面积分 E.4参考文献 建议阅读 附录F椭球性质 F.1椭球几何学 F.2参考文献 建议阅读 索引