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商品簡介
目次
商品簡介
《固體中的超聲導波》是作者及其團隊在超聲導波領域30多年研究工作的總結，共21章，內容包括彈性力學基礎，波動力學、超聲體波、表面波、界面波，以及各種板材和管材中的超聲導波的傳播規律、研究方法和實際應用。
目次
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 無損檢測和結構健康監測的區別 4
1.5 各章內容預覽 4
1.6 小結 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 彈性基礎上的弦 12
2.4 頻散波傳播的例子 14
2.5 黏性基礎上的弦 15
2.6 黏彈性基礎上的弦 15
2.7 頻散系統的圖解法 15
2.8 群速度概念 16
習題 19
參考文獻 21
第3章 無界介質中的聲波 22
3.1 引言 22
3.2 各向同性介質 22
3.2.1 運動方程 22
3.2.2 膨脹波和等容波 23
3.3 各向異性介質的克裡斯托費爾方程 24
3.4 關於速度、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 垂直入射波的反射係數 33
4.3 斜入射波的斯涅爾定律 36
4.4 臨界角與波型轉換 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 反射和透射係數 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-蘭姆頻率方程的數值解 53
6.4 群速度 55
6.5 波結構 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用 81
8.3.1 板中二維表面波激發 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 平板結構的半解析有限元分析 86
9.3 基於正交性的模式分類 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角現象 91
9.6 半解析有限元方法解的收斂性 92
9.7 8 層准-各向同性板中的自由導波 93
9.8 柱狀結構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 激發條件和周向能量分佈 107
10.2.3 激發源的影響 109
習題 113
參考文獻 113
第11章 管中周嚮導波 115
11.1 引言 115
11.2 周嚮導波的控制方程推導 115
11.2.1 單層環中的周向水平剪切波 116
11.2.2 單層環面上的周向類蘭姆波 118
11.3 多層環面中的周向波 121
11.4 周嚮導波控制方程的數值解 123
11.4.1 CSH 波的數值模擬結果 124
11.4.2 CLT 波的數值計算結果 128
11.4.3 解析公式的數值計算局限 132
11.5 管中保護覆層對周嚮導波傳播的影響 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 全域矩陣法 148
12.4.2 轉移矩陣法 151
12.4.3 實例 153
12.5 帶液體負載的多層結構 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 簡諧波激發時的正交模式分解 169
13.3.2 瞬態激發時的源影響 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 主要結論 184
習題 185
參考文獻 185
第15章 各向異性介質中的導波 186
15.1 引言 186
15.2 相速度頻散曲線 186
15.3 傳播方向對導波的影響 189
15.4 波束偏轉 192
15.5 多層複合材料中的導波傳播 193
15.5.1 正交複合材料 194
15.5.2 准各向同性複合材料板 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 218
17.3 測量黏彈性參數 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 數值計算結果 221
17.6 黏彈性介質層中的蘭姆波 223
17.7 黏彈複合板 224
17.8 黏彈塗層的管 228
習題 229
參考文獻 230
第18章 超聲振動 232
18.1 引言 232
18.2 超聲共振的實際應用展望 235
18.2.1 UMAT 概念示例 235
18.2.2 UMAT 實際應用 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 二次諧波和微結構的關係 257
20.5 弱非線性波動方程 258
20.6 板中高次諧波的產生 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 實驗結果示例 264
20.7 非線性超聲導波的應用 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 一發一收式導波成像方法 271
21.3 缺陷軌跡分佈圖 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 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 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 求解超聲場技術中應注意的問題 293
A.10 時域和頻域分析 294
A.11 脈衝超聲場效應 294
A.12 成像技術介紹 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 術語 300
B.3 應力、應變和本構方程 301
B.4 彈性常數間的關係 302
B.5 矢量和張量變換 302
B.6 主應力和主應變 303
B.7 應變-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 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 快速傅裡葉變換 308
C.2.1 FFT 應用例子：解析包絡 312
C.2.2 FFT 應用例子：模式識別的特徵 312
C.2.3 離散傅裡葉變換的特徵 313
C.3 短時快速傅裡葉變換 313
C.4 二維快速傅裡葉變換 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
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 無損檢測和結構健康監測的區別 4
1.5 各章內容預覽 4
1.6 小結 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 彈性基礎上的弦 12
2.4 頻散波傳播的例子 14
2.5 黏性基礎上的弦 15
2.6 黏彈性基礎上的弦 15
2.7 頻散系統的圖解法 15
2.8 群速度概念 16
習題 19
參考文獻 21
第3章 無界介質中的聲波 22
3.1 引言 22
3.2 各向同性介質 22
3.2.1 運動方程 22
3.2.2 膨脹波和等容波 23
3.3 各向異性介質的克裡斯托費爾方程 24
3.4 關於速度、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 垂直入射波的反射係數 33
4.3 斜入射波的斯涅爾定律 36
4.4 臨界角與波型轉換 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 反射和透射係數 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-蘭姆頻率方程的數值解 53
6.4 群速度 55
6.5 波結構 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用 81
8.3.1 板中二維表面波激發 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 平板結構的半解析有限元分析 86
9.3 基於正交性的模式分類 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角現象 91
9.6 半解析有限元方法解的收斂性 92
9.7 8 層准-各向同性板中的自由導波 93
9.8 柱狀結構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 激發條件和周向能量分佈 107
10.2.3 激發源的影響 109
習題 113
參考文獻 113
第11章 管中周嚮導波 115
11.1 引言 115
11.2 周嚮導波的控制方程推導 115
11.2.1 單層環中的周向水平剪切波 116
11.2.2 單層環面上的周向類蘭姆波 118
11.3 多層環面中的周向波 121
11.4 周嚮導波控制方程的數值解 123
11.4.1 CSH 波的數值模擬結果 124
11.4.2 CLT 波的數值計算結果 128
11.4.3 解析公式的數值計算局限 132
11.5 管中保護覆層對周嚮導波傳播的影響 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 全域矩陣法 148
12.4.2 轉移矩陣法 151
12.4.3 實例 153
12.5 帶液體負載的多層結構 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 簡諧波激發時的正交模式分解 169
13.3.2 瞬態激發時的源影響 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 主要結論 184
習題 185
參考文獻 185
第15章 各向異性介質中的導波 186
15.1 引言 186
15.2 相速度頻散曲線 186
15.3 傳播方向對導波的影響 189
15.4 波束偏轉 192
15.5 多層複合材料中的導波傳播 193
15.5.1 正交複合材料 194
15.5.2 准各向同性複合材料板 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 218
17.3 測量黏彈性參數 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 數值計算結果 221
17.6 黏彈性介質層中的蘭姆波 223
17.7 黏彈複合板 224
17.8 黏彈塗層的管 228
習題 229
參考文獻 230
第18章 超聲振動 232
18.1 引言 232
18.2 超聲共振的實際應用展望 235
18.2.1 UMAT 概念示例 235
18.2.2 UMAT 實際應用 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 二次諧波和微結構的關係 257
20.5 弱非線性波動方程 258
20.6 板中高次諧波的產生 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 實驗結果示例 264
20.7 非線性超聲導波的應用 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 一發一收式導波成像方法 271
21.3 缺陷軌跡分佈圖 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 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 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 求解超聲場技術中應注意的問題 293
A.10 時域和頻域分析 294
A.11 脈衝超聲場效應 294
A.12 成像技術介紹 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 術語 300
B.3 應力、應變和本構方程 301
B.4 彈性常數間的關係 302
B.5 矢量和張量變換 302
B.6 主應力和主應變 303
B.7 應變-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 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 快速傅裡葉變換 308
C.2.1 FFT 應用例子：解析包絡 312
C.2.2 FFT 應用例子：模式識別的特徵 312
C.2.3 離散傅裡葉變換的特徵 313
C.3 短時快速傅裡葉變換 313
C.4 二維快速傅裡葉變換 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
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