超聲無損檢測基礎(chǔ)：力學(xué)建模方法

目錄
前言
第1章 超聲系統(tǒng) 1
1.1 無損檢測系統(tǒng)的組成單元 1
1.2 脈沖發(fā)生-接收器 2
1.3 超聲波換能器 4
1.4 超聲數(shù)字化儀 6
1.5 超聲術(shù)語 7
1.6 關(guān)于文獻 9
1.7 習(xí)題 9
1.8 參考文獻 9
參考期刊資料 10
第2章 線性系統(tǒng)和傅里葉變換 11
2.1 線性時不變系統(tǒng) 11
2.2 傅里葉變換 12
2.3 線性時不變系統(tǒng)和脈沖響應(yīng)函數(shù) 14
2.4 線性時不變系統(tǒng)的超聲無損檢測系統(tǒng) 15
2.5 關(guān)于文獻 17
2.6 習(xí)題 18
2.7 參考文獻 20
第3章 基本原理 22
3.1 流體的控制方程 22
3.1.1 運動方程 22
3.1.2 本構(gòu)方程 23
3.1.3 波動方程 24
3.1.4 界面/邊界條件 24
3.2 彈性固體的控制方程 25
3.2.1 運動方程 25
3.2.2 本構(gòu)方程 27
3.2.3 納維方程 28
3.2.4 界面/邊界條件 28
3.2.5 勢的波動方程 30
3.2.6 膨脹和旋轉(zhuǎn) 32
3.2.7 直角坐標(biāo)系下的控制方程 32
3.3 關(guān)于文獻 36
3.4 習(xí)題 36
3.5 參考文獻 38
建議閱讀 38
第4章 體波的傳播 39
4.1 流體中的平面波 39
4.1.1 一維波 39
4.1.2 傅里葉變換關(guān)系 39
4.1.3 諧波 40
4.1.4 三維波 41
4.2 彈性固體中的平面波 42
4.2.1 納維方程的一維解 42
4.2.2 納維方程的三維解 42
4.3 流體中的球面波 45
4.3.1 基本解 45
4.3.2 基本解的積分形式 46
4.3.3 G的遠(yuǎn)場形式及其導(dǎo)數(shù) 47
4.4 彈性固體中的球面波 48
4.4.1 基本解 48
4.4.2 Gij及其導(dǎo)數(shù)的遠(yuǎn)場形式 51
4.5 關(guān)于文獻 52
4.6 習(xí)題 52
4.7 參考文獻 53
第5章 互易定理以及其他積分關(guān)系 54
5.1 流體的互易定理 54
5.1.1 積分表達(dá)定理 55
5.1.2 Sommerfeld輻射條件 56
5.1.3 散射問題的積分方程 58
5.2 彈性固體的互易定理 60
5.2.1 積分表達(dá)定理 61
5.2.2 輻射條件 62
5.2.3 散射問題的積分方程 63
5.3 力電互易定理 65
5.3.1 控制方程 65
5.3.2 壓電介質(zhì)的互易定理 66
5.4 關(guān)于文獻 67
5.5 習(xí)題 67
5.6 參考文獻 69
建議閱讀 70
第6章 體波的反射和折射 71
6.1 流體-流體交界面上的反射和折射（垂直入射） 71
6.1.1 反射和透射系數(shù) 71
6.1.2 平面波的聲強度 73
6.2 流體-流體交界面處平面波的反射和折射（斜入射） 76
6.2.1 反射和透射系數(shù) 76
6.2.2 臨界角和非均勻波 77
6.2.3 小于臨界角時能量的反射和透射 78
6.2.4 大于臨界角時能量的反射和透射 79
6.2.5 脈沖畸變 80
6.2.6 斯托克斯關(guān)系 83
6.2.7 三維情況下流體-流體交界面的反射和折射 85
6.2.8 Snell定律和穩(wěn)態(tài)項 88
6.3 斜入射流體-固體交界面處的反射和折射 91
6.3.1 反射和透射系數(shù) 91
6.3.2 彈性波的能流和強度 94
6.3.3 斯托克斯關(guān)系（流體-固體交界面） 97
6.4 固體-固體交界面處的反射和折射（光滑接觸） 98
6.5 固體-固體交界面處的反射和折射（焊接） 102
6.5.1 入射P波和SV波 102
6.5.2 入射SH波 105
6.6 應(yīng)力自由表面的反射 107
6.7 關(guān)于文獻 108
6.8 習(xí)題 109
6.9 參考文獻 113
第7章 表面波和板波的傳播 114
7.1 瑞利表面波 114
7.2 板波—水平剪切運動 117
7.3 蘭姆波 121
7.3.1 拉伸波 121
7.3.2 彎曲波 123
7.4 有界介質(zhì)中其他波 124
7.5 關(guān)于文獻 125
7.6 習(xí)題 125
7.7 參考文獻 126
第8章 超聲換能器的輻射 127
8.1 流體中平面活塞式換能器 127
8.1.1 Rayleigh-Sommerfeld理論 127
8.1.2 軸上壓力 129
8.1.3 離軸壓力 134
8.1.4 平面波的角譜和邊界衍射波理論 145
8.2 流體中球面聚焦活塞換能器 147
8.2.1 O’Neil模型及其他模型 147
8.2.2 軸上壓力 149
8.2.3 離軸壓力 154
8.2.4 聲學(xué)透鏡聚焦 160
8.3 穿過平界面的波束傳播—平面探頭 162
8.3.1 流體與流體界面—垂直入射 162
8.3.2 流固界面—垂直入射 167
8.3.3 流體-流體界面—斜入射 171
8.3.4 流體-固體界面—斜入射 174
8.4 穿過平界面的波束傳播—聚焦探頭 176
8.4.1 流體-流體界面 176
8.4.2 流體-固體界面 179
8.5 通過彎曲交界面的波束傳播 180
8.5.1 流體-流體界面 181
8.5.2 流體-固體界面 195
8.6 波束模型的數(shù)值計算 199
8.6.1 邊緣單元 200
8.6.2 用棱邊單元法研究彎曲界面問題 208
8.7 接觸式換能器 212
8.8 斜波束剪切波換能器 218
8.8.1 斜入射換能器模型 218
8.8.2 棱邊單元 221
8.9 關(guān)于文獻 225
8.10 習(xí)題 225
8.11 參考文獻 229
建議閱讀 230
第9章 材料衰減與效率因子 232
9.1 衰減源 232
9.2 測量材料衰減的一般模型和系統(tǒng)效率因子 235
9.2.1 衍射修正積分 237
9.2.2 去卷積模型和Wiener濾波測量衰減 242
9.2.3 通過去卷積模型和Wiener濾波評估效率因子 244
9.3 關(guān)于文獻 246
9.4 習(xí)題 247
9.5 參考文獻 249
建議閱讀 249
第10章 缺陷散射 250
10.1 流體中的遠(yuǎn)場散射幅值 250
10.1.1 體缺陷 250
10.1.2 裂紋型缺陷 251
10.2 彈性固體中的遠(yuǎn)場散射幅值 251
10.2.1 體缺陷 251
10.2.2 裂紋型缺陷 254
10.3 近似散射解—流體模型 255
10.3.1 Kirchhoff近似—體缺陷 255
10.3.2 Kirchhoff近似—裂紋 263
10.3.3 Born近似 267
10.4 近似散射解—彈性固體模型 274
10.4.1 Kirchhoff近似—體缺陷 274
10.4.2 Kirchhoff近似—裂紋 280
10.4.3 Born近似 286
10.5 遠(yuǎn)場散射幅值和互易性 290
10.5.1 流體中的散射幅值 290
10.5.2 彈性固體中的散射幅值 292
10.6 球體的散射—分離變量 294
10.6.1 流體中的球體 294
10.6.2 彈性固體中的球體 301
10.7 關(guān)于文獻 306
10.8 習(xí)題 306
10.9 參考文獻 310
建議閱讀 311
第11章 換能器接收過程 312
11.1 單流體介質(zhì)中的接收 312
11.2 穿過平面流體-流體交界面的接收 313
11.3 穿過平面流體-固體交界面的接收 316
11.4 關(guān)于文獻 320
11.5 習(xí)題 320
11.6 參考文獻 321
第12章 超聲檢測模型 323
12.1 單種流體介質(zhì)的LTI模型 323
12.2 浸入式測試實驗的LTI模型 326
12.2.1 流體-流體模型 327
12.2.2 流體-固體模型 328
12.3 基于互易定理的浸入式檢測分析模型 329
12.3.1 一般模型 329
12.3.2 簡化為LTI模型 336
12.4 基于互易關(guān)系建立斜射波束剪切波檢測的分析模型 340
12.5 基于力電互易定理的檢測模型 344
12.6 檢測模型和限制條件 346
12.7 關(guān)于文獻 348
12.8 習(xí)題 348
12.9 參考文獻 351
建議閱讀 352
第13章 近場檢測模型 353
13.1 單一流體介質(zhì)的模型 353
13.1.1 圓形換能器的軸線上響應(yīng) 357
13.1.2 球體散射 358
13.1.3 圓柱端部的散射 360
13.1.4 近軸近似的限制 362
13.2 對于單一流體介質(zhì)的其他模型 362
13.3 流體-固體交界模型（垂直入射） 366
13.4 關(guān)于文獻 369
13.5 習(xí)題 369
13.6 參考文獻 370
第14章 基于模型的定量超聲無損檢測 371
14.1 換能器/系統(tǒng)特征描述 372
14.1.1 有效半徑—平面換能器 372
14.1.2 有效參數(shù)—球面聚焦換能器 373
14.1.3 系統(tǒng)效率因子 375
14.1.4 實驗結(jié)果 376
14.2 平底孔模型和DGS圖表 381
14.2.1 流體-流體模型 387
14.2.2 特殊情況 388
14.2.3 DGS圖表 389
14.3 去卷積和遠(yuǎn)場散射幅值 391
14.4 基于模型的超聲仿真 394
14.5 關(guān)于文獻 395
14.6 習(xí)題 396
14.7 參考文獻 397
建議閱讀 399
第15章 基于模型的缺陷尺寸確定方法 400
15.1 等價缺陷尺寸確定方法的概念 400
15.2 對于裂紋的Kirchhoff尺寸確定方法 400
15.2.1 非線性最小二乘的尺寸確定方法 402
15.2.2 線性最小二乘/特征根的尺寸確定方法 402
15.3 對于體缺陷的Born尺寸確定方法 406
15.4 TOFE缺陷尺寸確定法 411
15.5 其他尺寸確定方法 413
15.6 關(guān)于文獻 414
15.7 習(xí)題 414
15.8 參考文獻 419
建議閱讀 421
附錄A 傅里葉變換 423
A.1 傅里葉變換的性質(zhì) 423
A.2 一些傅里葉變換對 424
A.3 離散傅里葉變換 425
A.4 快速傅里葉變換 427
A.5 習(xí)題 428
A.6 參考文獻 429
附錄B 脈沖函數(shù) 430
B.1 脈沖函數(shù)性質(zhì) 430
B.2 參考文獻 431
附錄C