目錄
第1章 緒論 1
1.1 引言 1
1.2 體波和導波的比較 2
1.3 超聲導波綜述 3
1.4 無損檢測和結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的區(qū)別 4
1.5 各章內(nèi)容預覽 4
1.6 小結(jié) 6
參考文獻 8
第2章 頻散原理 9
2.1 引言 9
2.2 張緊弦中的波 9
2.2.1 控制方程 9
2.2.2 分離變量法求解 10
2.2.3 達朗貝爾解 11
2.2.4 初值條件 11
2.3 彈性基礎(chǔ)上的弦 12
2.4 頻散波傳播的例子 14
2.5 黏性基礎(chǔ)上的弦 15
2.6 黏彈性基礎(chǔ)上的弦 15
2.7 頻散系統(tǒng)的圖解法 15
2.8 群速度概念 16
習題 19
參考文獻 21
第3章 無界介質(zhì)中的聲波 22
3.1 引言 22
3.2 各向同性介質(zhì) 22
3.2.1 運動方程 22
3.2.2 膨脹波和等容波 23
3.3 各向異性介質(zhì)的克里斯托費爾方程 24
3.4 關(guān)于速度、波和慢度面 28
習題 31
參考文獻 32
第4章 反射與折射 33
4.1 引言 33
4.2 垂直入射波的反射系數(shù) 33
4.3 斜入射波的斯涅爾定律 36
4.4 臨界角與波型轉(zhuǎn)換 38
4.5 折射的慢度圖和臨界角分析 39
習題 40
參考文獻 41
第5章 斜入射 42
5.1 引言 42
5.2 反射和透射系數(shù) 42
5.2.1 固-固界面 42
5.2.2 固-液界面 44
5.2.3 液-固界面 45
5.3 展望 46
習題 46
參考文獻 46
第6章 板中的導波 48
6.1 引言 48
6.2 自由邊界條件板問題 49
6.2.1 勢函數(shù)分析法 49
6.2.2 部分波分析法 51
6.3 瑞利-蘭姆頻率方程的數(shù)值解 53
6.4 群速度 55
6.5 波結(jié)構(gòu) 56
6.6 壓縮波和彎曲波 59
6.7 雜項議題 59
6.7.1 縱向位移占主導的蘭姆波 59
6.7.2 液體耦合彈性層的零點和極點 63
6.7.3 模式的截止頻率 64
習題 64
參考文獻 65
第7章 表面波和次表面波 67
7.1 引言 67
7.2 表面波 67
7.3 表面波的激發(fā)和接收 71
7.4 次表面縱波 72
習題 73
參考文獻 74
第8章 導波力學分析的有限元方法 75
8.1 引言 75
8.2 有限元方法綜述 75
8.2.1 使用有限元方法來求解問題 75
8.2.2 二次單元 79
8.2.3 動態(tài)問題 79
8.2.4 誤差控制 80
8.3 有限元法在導波分析中的應(yīng)用 81
8.3.1 板中二維表面波激發(fā) 81
8.3.2 鋼管中的導波傳播和缺陷檢測 82
習題 83
參考文獻 84
第9章 半解析有限元方法 86
9.1 引言 86
9.2 平板結(jié)構(gòu)的半解析有限元分析 86
9.3 基于正交性的模式分類 89
9.4 群速度頻散曲線 90
9.5 導波能量 91
9.5.1 坡印亭矢量 91
9.5.2 能量速度 91
9.5.3 各向異性板中的偏轉(zhuǎn)角現(xiàn)象 91
9.6 半解析有限元方法解的收斂性 92
9.7 8 層準-各向同性板中的自由導波 93
9.8 柱狀結(jié)構(gòu)中的半解析有限元計算 96
習題 98
參考文獻 99
第10章 管中的導波 100
10.1 引言 100
10.2 軸向傳播的導波 100
10.2.1 解析求解方法 100
10.2.2 激發(fā)條件和周向能量分布 107
10.2.3 激發(fā)源的影響 109
習題 113
參考文獻 113
第11章 管中周向?qū)Р?115
11.1 引言 115
11.2 周向?qū)Рǖ目刂品匠掏茖?115
11.2.1 單層環(huán)中的周向水平剪切波 116
11.2.2 單層環(huán)面上的周向類蘭姆波 118
11.3 多層環(huán)面中的周向波 121
11.4 周向?qū)Р�控制方程的�?shù)值解 123
11.4.1 CSH 波的數(shù)值模擬結(jié)果 124
11.4.2 CLT 波的數(shù)值計算結(jié)果 128
11.4.3 解析公式的數(shù)值計算局限 132
11.5 管中保護覆層對周向?qū)Р▊鞑サ挠绊?134
習題 137
參考文獻 137
第12章 層狀材料中的超聲導波 139
12.1 引言 139
12.2 界面波 139
12.2.1 固-固界面波：斯通萊波 139
12.2.2 固-液界面：肖特基波 141
12.3 半無限基底上層狀材料中的聲傳播 143
12.3.1 瑞利-蘭姆型波 143
12.3.2 勒夫波 146
12.4 多層材料中的導波 147
12.4.1 全局矩陣法 148
12.4.2 轉(zhuǎn)移矩陣法 151
12.4.3 實例 153
12.5 帶液體負載的多層結(jié)構(gòu) 157
12.5.1 超聲波反射和透射 157
12.5.2 漏導波的傳播 161
12.5.3 非鏡面反射和透射 162
習題 162
參考文獻 163
第13章 導波激發(fā)源的影響 165
13.1 引言 165
13.2 積分變換法 165
13.3 正交模式分解法 168
13.3.1 簡諧波激發(fā)時的正交模式分解 169
13.3.2 瞬態(tài)激發(fā)時的源影響 172
習題 180
參考文獻 180
第14章 水平剪切波 181
14.1 引言 181
14.2 頻散曲線 181
14.3 相速度和截止頻率 183
14.4 群速度 184
14.5 主要結(jié)論 184
習題 185
參考文獻 185
第15章 各向異性介質(zhì)中的導波 186
15.1 引言 186
15.2 相速度頻散曲線 186
15.3 傳播方向?qū)�導波的影�?189
15.4 波束偏轉(zhuǎn) 192
15.5 多層復合材料中的導波傳播 193
15.5.1 正交復合材料 194
15.5.2 準各向同性復合材料板 195
習題 197
參考文獻 197
第16章 管道中的導波相控陣 198
16.1 引言 198
16.2 導波相控陣聚焦理論 198
16.3 數(shù)值計算 203
16.4 導波聚焦的有限元模擬 207
16.5 實時聚焦實驗 208
16.6 導波合成孔徑聚焦 211
16.7 合成孔徑聚焦實驗 213
習題 215
參考文獻 215
第17章 黏彈性介質(zhì)中的導波 217
17.1 引言 217
17.2 黏彈性模型 217
17.2.1 黏彈性材料模型 217
17.2.2 凱爾文-沃伊特模型 218
17.2.3 邁克斯韋模型 218
17.2.4 滯回模型和凱爾文-沃伊特模型的其他細節(jié) 218
17.3 測量黏彈性參數(shù) 219
17.4 黏彈各向同性板 220
17.5 黏彈正交各向異性板 220
17.5.1 問題界定和求解 220
17.5.2 數(shù)值計算結(jié)果 221
17.6 黏彈性介質(zhì)層中的蘭姆波 223
17.7 黏彈復合板 224
17.8 黏彈涂層的管 228
習題 229
參考文獻 230
第18章 超聲振動 232
18.1 引言 232
18.2 超聲共振的實際應(yīng)用展望 235
18.2.1 UMAT 概念示例 235
18.2.2 UMAT 實際應(yīng)用 237
習題 240
參考文獻 240
第19章 導波陣列換能器 241
19.1 引言 241
19.2 理論分析模型 241
19.2.1 線性梳狀換能器 242
19.2.2 環(huán)狀換能器 245
19.3 相控陣換能器 248
19.3.1 相控陣的解析模型 248
19.3.2 相控陣激發(fā)示例 248
習題 252
參考文獻 253
第20章 非線性導波介紹 254
20.1 引言 254
20.2 弱非線性材料中的體波 254
20.3 二次諧波的測量 255
20.4 二次諧波和微結(jié)構(gòu)的關(guān)系 257
20.5 弱非線性波動方程 258
20.6 板中高次諧波的產(chǎn)生 261
20.6.1 相位匹配 261
20.6.2 非線性能流 263
20.6.3 群速度匹配 264
20.6.4 實驗結(jié)果示例 264
20.7 非線性超聲導波的應(yīng)用 268
習題 268
參考文獻 269
第21章 導波成像方法 271
21.1 引言 271
21.2 一發(fā)一收式導波成像方法 271
21.3 缺陷軌跡分布圖 274
21.4 透射導波二維層析成像 275
21.5 板材中的導波相控陣 277
21.6 長距離超聲導波管檢測圖 280
習題 281
參考文獻 282
附錄A 超聲無損檢測原理、分析和顯示技術(shù) 284
A.1 引言 284
A.2 波的干涉 286
A.3 單點源的計算模型 288
A.4 柱形單元的方向函數(shù) 290
A.5 超聲場的描述 291
A.6 近場計算 292
A.7 擴散角的計算 292
A.8 超聲波束的控制 292
A.9 求解超聲場技術(shù)中應(yīng)注意的問題 293
A.10 時域和頻域分析 294
A.11 脈沖超聲場效應(yīng) 294
A.12 成像技術(shù)介紹 296
A.13 超聲波幅度減小的原因 297
A.14 分辨率和穿透原理 297
A.14.1 軸向分辨率 297
A.14.2 橫向分辨率 298
A.15 相控陣和波束聚焦 298
習題 299
參考文獻 299
附錄B 彈性理論的基本公式和概念 300
B.1 引言 300
B.2 術(shù)語 300
B.3 應(yīng)力、應(yīng)變和本構(gòu)方程 301
B.4 彈性常數(shù)間的關(guān)系 302
B.5 矢量和張量變換 302
B.6 主應(yīng)力和主應(yīng)變 303
B.7 應(yīng)變-位移方程 303
B.8 波動控制方程推導 304
B.9 各向異性彈性常數(shù) 305
習題 307
參考文獻 307
附錄C 導波信號處理 308
C.1 引言 308
C.2 快速傅里葉變換 308
C.2.1 FFT 應(yīng)用例子：解析包絡(luò) 312
C.2.2 FFT 應(yīng)用例子：模式識別的特征 312
C.2.3 離散傅里葉變換的特征 313
C.3 短時快速傅里葉變換 313
C.4 二維快速傅里葉變換 318
C.5 小波變換 320
習題 324
參考文獻 324
附錄D 導波模式和頻率選擇竅門 325
D.1 引言 325
D.2 模式和頻率選擇的一些例子 326
D.2.1 表面開口缺陷 326
D.2.2 輕微腐蝕和壁厚減薄 327
D.2.3 鋼軌頭部的橫向裂紋檢測 327
D.2.4 鋁板和補丁層之間的黏合面檢測 329
D.2.5 有水負載的結(jié)構(gòu) 329
D.2.6 管道檢測中的頻率掃描 331
D.2.7 超聲導波測冰 332
D.2.8 除冰 332
D.2.9 管道中的導波實時相控陣聚焦 332
D.2.10 飛機檢測的幾個應(yīng)用 334
D.2.11 使用周向?qū)РㄟM行涂層脫黏檢測和裂紋檢測 336
D.2.12 多層結(jié)構(gòu) 339
D.2.13 結(jié)束語 339
習題 340
參考文獻 341
名詞翻譯 343
致謝 350