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第1章 绪论1

1.1 引言1

1.2 体波和导波的比较2

1.3 超声导波综述3

1.4 无损检测和结构健康监测的区别4

1.5 各章内容预览4

1.6 小结6

参考文献8

第2章 频散原理9

2.1 引言9

2.2 张紧弦中的波9

2.2.1 控制方程9

2.2.2 分离变量法求解10

2.2.3 达朗贝尔解11

2.2.4 初值条件11

2.3 弹性基础上的弦12

2.4 频散波传播的例子14

2.5 黏性基础上的弦15

2.6 黏弹性基础上的弦15

2.7 频散系统的图解法15

2.8 群速度概念16

习题19

参考文献21

第3章 无界介质中的声波22

3.1 引言22

3.2 各向同性介质22

3.2.1 运动方程22

3.2.2 膨胀波和等容波23

3.3 各向异性介质的克里斯托费尔方程24

3.4 关于速度、波和慢度面28

习题31

参考文献32

第4章 反射与折射33

4.1 引言33

4.2 垂直入射波的反射系数33

4.3 斜入射波的斯涅尔定律36

4.4 临界角与波型转换38

4.5 折射的慢度图和临界角分析39

习题40

参考文献41

第5章 斜入射42

5.1 引言42

5.2 反射和透射系数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

习题46

参考文献46

第6章 板中的导波48

6.1 引言48

6.2 自由边界条件板问题49

6.2.1 势函数分析法49

6.2.2 部分波分析法51

6.3 瑞利-兰姆频率方程的数值解53

6.4 群速度55

6.5 波结构56

6.6 压缩波和弯曲波59

6.7 杂项议题59

6.7.1 纵向位移占主导的兰姆波59

6.7.2 液体耦合弹性层的零点和极点63

6.7.3 模式的截止频率64

习题64

参考文献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 表面波的激发和接收71

7.4 次表面纵波72

习题73

参考文献74

第8章 导波力学分析的有限元方法75

8.1 引言75

8.2 有限元方法综述75

8.2.1 使用有限元方法来求解问题75

8.2.2 二次单元79

8.2.3 动态问题79

8.2.4 误差控制80

8.3 有限元法在导波分析中的应用81

8.3.1 板中二维表面波激发81

8.3.2 钢管中的导波传播和缺陷检测82

习题83

参考文献84

第9章 半解析有限元方法86

9.1 引言86

9.2 平板结构的半解析有限元分析86

9.3 基于正交性的模式分类89

9.4 群速度频散曲线90

9.5 导波能量91

9.5.1 坡印亭矢量91

9.5.2 能量速度91

9.5.3 各向异性板中的偏转角现象91

9.6 半解析有限元方法解的收敛性92

9.7 8层准-各向同性板中的自由导波93

9.8 柱状结构中的半解析有限元计算96

习题98

参考文献99

第10章 管中的导波100

10.1 引言100

10.2 轴向传播的导波100

10.2.1 解析求解方法100

10.2.2 激发条件和周向能量分布107

10.2.3 激发源的影响109

习题113

参考文献113

第11章 管中周向导波115

11.1 引言115

11.2 周向导波的控制方程推导115

11.2.1 单层环中的周向水平剪切波116

11.2.2 单层环面上的周向类兰姆波118

11.3 多层环面中的周向波121

11.4 周向导波控制方程的数值解123

11.4.1 CSH波的数值模拟结果124

11.4.2 CLT波的数值计算结果128

11.4.3 解析公式的数值计算局限132

11.5 管中保护覆层对周向导波传播的影响134

习题137

参考文献137

第12章 层状材料中的超声导波139

12.1 引言139

12.2 界面波139

12.2.1 固-固界面波：斯通莱波139

12.2.2 固-液界面：肖特基波141

12.3 半无限基底上层状材料中的声传播143

12.3.1 瑞利-兰姆型波143

12.3.2 勒夫波146

12.4 多层材料中的导波147

12.4.1 全局矩阵法148

12.4.2 转移矩阵法151

12.4.3 实例153

12.5 带液体负载的多层结构157

12.5.1 超声波反射和透射157

12.5.2 漏导波的传播161

12.5.3 非镜面反射和透射162

习题162

参考文献163

第13章 导波激发源的影响165

13.1 引言165

13.2 积分变换法165

13.3 正交模式分解法168

13.3.1 简谐波激发时的正交模式分解169

13.3.2 瞬态激发时的源影响172

习题180

参考文献180

第14章 水平剪切波181

14.1 引言181

14.2 频散曲线181

14.3 相速度和截止频率183

14.4 群速度184

14.5 主要结论184

习题185

参考文献185

第15章 各向异性介质中的导波186

15.1 引言186

15.2 相速度频散曲线186

15.3 传播方向对导波的影响189

15.4 波束偏转192

15.5 多层复合材料中的导波传播193

15.5.1 正交复合材料194

15.5.2 准各向同性复合材料板195

习题197

参考文献197

第16章 管道中的导波相控阵198

16.1 引言198

16.2 导波相控阵聚焦理论198

16.3 数值计算203

16.4 导波聚焦的有限元模拟207

16.5 实时聚焦实验208

16.6 导波合成孔径聚焦211

16.7 合成孔径聚焦实验213

习题215

参考文献215

第17章 黏弹性介质中的导波217

17.1 引言217

17.2 黏弹性模型217

17.2.1 黏弹性材料模型217

17.2.2 凯尔文-沃伊特模型218

17.2.3 迈克斯韦模型218

17.2.4 滞回模型和凯尔文-沃伊特模型的其他细节218

17.3 测量黏弹性参数219

17.4 黏弹各向同性板220

17.5 黏弹正交各向异性板220

17.5.1 问题界定和求解220

17.5.2 数值计算结果221

17.6 黏弹性介质层中的兰姆波223

17.7 黏弹复合板224

17.8 黏弹涂层的管228

习题229

参考文献230

第18章 超声振动232

18.1 引言232

18.2 超声共振的实际应用展望235

18.2.1 UMAT概念示例235

18.2.2 UMAT实际应用237

习题240

参考文献240

第19章 导波阵列换能器241

19.1 引言241

19.2 理论分析模型241

19.2.1 线性梳状换能器242

19.2.2 环状换能器245

19.3 相控阵换能器248

19.3.1 相控阵的解析模型248

19.3.2 相控阵激发示例248

习题252

参考文献253

第20章 非线性导波介绍254

20.1 引言254

20.2 弱非线性材料中的体波254

20.3 二次谐波的测量255

20.4 二次谐波和微结构的关系257

20.5 弱非线性波动方程258

20.6 板中高次谐波的产生261

20.6.1 相位匹配261

20.6.2 非线性能流263

20.6.3 群速度匹配264

20.6.4 实验结果示例264

20.7 非线性超声导波的应用268

习题268

参考文献269

第21章 导波成像方法271

21.1 引言271

21.2 一发一收式导波成像方法271

21.3 缺陷轨迹分布图274

21.4 透射导波二维层析成像275

21.5 板材中的导波相控阵277

21.6 长距离超声导波管检测图280

习题281

参考文献282

附录A 超声无损检测原理、分析和显示技术284

A.1 引言284

A.2 波的干涉286

A.3 单点源的计算模型288

A.4 柱形单元的方向函数290

A.5 超声场的描述291

A.6 近场计算292

A.7 扩散角的计算292

A.8 超声波束的控制292

A.9 求解超声场技术中应注意的问题293

A.10 时域和频域分析294

A.11 脉冲超声场效应294

A.12 成像技术介绍296

A.13 超声波幅度减小的原因297

A.14 分辨率和穿透原理297

A.14.1 轴向分辨率297

A.14.2 横向分辨率298

A.15 相控阵和波束聚焦298

习题299

参考文献299

附录B 弹性理论的基本公式和概念300

B.1 引言300

B.2 术语300

B.3 应力、应变和本构方程301

B.4 弹性常数间的关系302

B.5 矢量和张量变换302

B.6 主应力和主应变303

B.7 应变-位移方程303

B.8 波动控制方程推导304

B.9 各向异性弹性常数305

习题307

参考文献307

附录C 导波信号处理308

C.1 引言308

C.2 快速傅里叶变换308

C.2.1 FFT应用例子：解析包络312

C.2.2 FFT应用例子：模式识别的特征312

C.2.3 离散傅里叶变换的特征313

C.3 短时快速傅里叶变换313

C.4 二维快速傅里叶变换318

C.5 小波变换320

习题324

参考文献324

附录D 导波模式和频率选择窍门325

D.1 引言325

D.2 模式和频率选择的一些例子326

D.2.1 表面开口缺陷326

D.2.2 轻微腐蚀和壁厚减薄327

D.2.3 钢轨头部的横向裂纹检测327

D.2.4 铝板和补丁层之间的黏合面检测329

D.2.5 有水负载的结构329

D.2.6 管道检测中的频率扫描331

D.2.7 超声导波测冰332

D.2.8 除冰332

D.2.9 管道中的导波实时相控阵聚焦332

D.2.10 飞机检测的几个应用334

D.2.11 使用周向导波进行涂层脱黏检测和裂纹检测336

D.2.12 多层结构339

D.2.13 结束语339

习题340

参考文献341

名词翻译343

致谢350