超声导波散射与逆散射成像

图书信息

作者：张海燕,项延训,他得安著著

出版社：科学出版社

定价：268.00

ISBN：9787030846587

出版时间：2026-01-01

分类：图书,行业职业,自然科学,光学

商品介绍

目录

前言

第1章 绪论 1

1.1 散射和逆散射的概念 2

1.2 固体中超声散射的发展简况 3

1.2.1 动态光弹法实验研究 4

1.2.2 解析法近似求解 6

1.2.3 数值模拟 8

1.3 固体中超声逆散射的发展简况 9

1.4 超声导波散射研究概况 13

1.4.1 2D模型 13

1.4.2 3D模型 15

1.5 超声导波逆散射成像研究概况 17

1.5.1 椭圆定位成像 18

1.5.2 延迟求和定位成像 19

1.5.3 层析成像 20

1.5.4 拓扑成像 21

1.5.5 相控阵成像 23

1.5.6 深度学习成像 25

1.6 本书的章节安排 27

参考文献 31

第2章 自由薄板中的导波 45

2.1 弹性波相关理论 45

2.1.1 运动方程 45

2.1.2 应变位移方程 47

2.1.3 广义胡克定律 48

2.1.4 各向同性介质 50

2.2 各向同性介质中的导波 53

2.2.1 兰姆波的频散方程 54

2.2.2 兰姆波频散方程的数值求解 58

2.2.3 水平剪切(SH)波 67

2.3 各向异性介质中的导波 71

2.3.1 弹性常数变换 72

2.3.2 弹性对称各向异性体 73

2.3.3 各向异性固体层中声波传播特性分析 75

2.3.4 导波特征方程 79

2.3.5 导波沿高对称性材料特殊方向传播时的特征方程 81

2.3.6 各向同性介质中特征方程的简化 84

2.3.7 数值示例 85

2.4 本章小结 86

参考文献 87

第3章 S0波对圆形通孔缺陷的散射 89

3.1 问题描述 89

3.2 3D理论模型 90

3.2.1 基本方程 90

3.2.2 波场展开 91

3.2.3 展开系数的计算 95

3.3 Poisson理论 96

3.3.1 基本方程 96

3.3.2 波场展开 97

3.3.3 边界条件 98

3.4 Mindlin理论 98

3.4.1 基本方程 99

3.4.2 波场展开 99

3.4.3 边界条件 100

3.5 数值示例和分析 101

3.5.1 Poisson模型与3D模型的比较 102

3.5.2 Mindlin模型与3D模型的比较 104

3.5.3 Poisson模型、Mindlin模型与3D模型的比较 107

3.5.4 孔径变化对散射场的影响 108

3.5.5 分析和讨论 108

3.6 本章小结 113

3.7 附录3 114

附录3.A 对于对称兰姆波模式，位移表达式(3.2.1)和应力表达式(3.2.13)中的厚度坐标依赖函数 114

附录3.B 公式(3.2.30)中出现的Kn'n、Ln'n、Mn'n、*和* 115

附录3.C 方程(3.3.11)中的矩阵元素 116

附录3.D 方程(3.4.11)中的矩阵元素 116

参考文献 116

第4章 S0波对圆形盲孔缺陷的散射 118

4.1 问题描述 118

4.2 3D理论 119

4.2.1 基本方程 119

4.2.2 波场展开 120

4.2.3 边界条件 125

4.2.4 边界条件的投影 125

4.3 P-K理论 126

4.3.1 Poisson理论 126

4.3.2 Kirchhoff理论 128

4.3.3 波场展开 129

4.3.4 边界条件 131

4.4 P-M理论 132

4.4.1 Mindlin理论 132

4.4.2 波场展开 134

4.4.3 边界条件 135

4.5 M-M理论 136

4.5.1 波场展开 136

4.5.2 边界条件 137

4.6 数值示例 138

4.6.1 Poisson-Kirchhoff、Poisson-Mindlin与3D模型的比较 138

4.6.2 Poisson-Kirchhoff、Mindlin-Mindlin与3D模型的比较 140

4.6.3 Poisson-Mindlin、Mindlin-Mindlin与3D模型的比较 142

4.6.4 孔径变化对散射场的影响 143

4.6.5 孔深度变化对散射场的影响 144

4.6.6 入射频率对散射场的影响 147

4.6.7 分析和讨论 152

4.7 本章小结 153

4.8 附录4 154

附录4.A 位移表达式(4.2.1)中的厚度坐标依赖函数，对称模式和反对称模式不同 154

附录4.B 应力表达式(4.2.13)中的厚度坐标依赖函数，对称模式和反对称模式不同 155

附录4.C 方程(4.3.24)中的矩阵元素(P-K理论) 156

附录4.D 方程(4.4.12)中的矩阵元素(P-M理论) 158

附录4.E 方程(4.5.3)中的矩阵元素(M-M理论) 161

参考文献 164

第5章 A0波对圆形通孔缺陷的散射 165

5.1 问题描述 165

5.2 Kirchhoff板理论 165

5.2.1 基本方程 166

5.2.2 波场展开 166

5.2.3 边界条件 167

5.3 Mindlin板理论 167

5.3.1 基本方程 167

5.3.2 波场展开 168

5.3.3 边界条件 168

5.4 数值示例和分析 169

5.4.1 频率变化对散射场的影响 169

5.4.2 ka变化对散射场的影响 170

5.4.3 分析和讨论 171

5.5 本章小结 172

5.6 附录5 172

附录5.A 方程(5.2.8)中的矩阵元素 172

附录5.B 方程(5.3.8)中的矩阵元素 173

参考文献 173

第6章 A0波对圆形盲孔缺陷的散射 174

6.1 问题描述 174

6.2 P-K理论模型 174

6.2.1 波场展开 174

6.2.2 边界条件 175

6.3 P-M理论模型 176

6.3.1 波场展开 176

6.3.2 边界条件 177

6.4 数值计算 178

6.4.1 频率变化对散射场的影响 178

6.4.2 孔径变化对散射场的影响 180

6.4.3 孔深度变化对散射场的影响 182

6.5 本章小结 183

6.6 附录6 184

附录6.A 方程(6.2.4)中的矩阵元素(P-K理论) 184

附录6.B 方程(6.3.4)中的矩阵元素(P-M理论) 186

参考文献 189

第7章 S0波在横观各向同性复合材料板中的散射 190

7.1 问题描述 190

7.2 Mindlin理论 191

7.2.1 基本方程 191

7.2.2 散射场求解 195

7.2.3 数值示例 197

7.3 Poisson理论 201

7.3.1 基本方程 201

7.3.2 波场展开 203

7.3.3 边界条件 203

7.3.4 数值示例 204

7.4 分析和讨论 210

7.5 本章小结 212

7.6 附录7 212

附录7.A 方程(7.2.23)中的矩阵元素 212

附录7.B 方程(7.3.13)中的矩阵元素 214

参考文献 215

第8章 A0波在准各向同性复合材料板中的散射 217

8.1 准各向同性板的特点 218

8.1.1 层合板的特点 218

8.1.2 准各向同性层合板的铺层方式 218

8.2 厚层合板三维有效弹性常数 219

8.2.1 理论基础 220

8.2.2 有效弹性常数 221

8.2.3 降阶表达式 222

8.3 问题描述 224

8.4 Mindlin板理论 224

8.4.1 波场展开 224

8.4.2 边界条件 225

8.5 Born近似 226

8.6 A0波对不同类型缺陷的散射 227

8.6.1 腐蚀缺陷 228

8.6.2 脱层缺陷 231

8.7 本章小结 233

8.8 附录8 234

附录8.A 方程(8.4.5)中的矩阵元素 234

参考文献 235

第9章 SH0波在圆孔缺陷处的散射 238

9.1 3D理论模型中的SH0波入射场 238

9.2 三种近似理论模型系统方程中的矩阵元素 240

9.2.1 P-K、Poisson模型 240

9.2.2 P-M、Mindlin模型 241

9.2.3 M-M模型 242

9.3 数值示例 242

9.3.1 SH0模式在盲孔、通孔缺陷的散射 242

9.3.2 频率变化对散射场的影响 242

9.3.3 孔径变化对散射场的影响 244

9.3.4 孔深变化对散射场的影响 246

9.4 本章小结 247

参考文献 248

第10章 瞬态兰姆波散射声场 249

10.1 瞬态散射声场的计算 249

10.1.1 激励波形 249

10.1.2 瞬态散射波形 249

10.2 解析计算与COMSOL仿真结果比较 250

10.2.1 COMSOL建模 250

10.2.2 不同接收距离结果比较 251

10.3 瞬态散射声场数值分析 253

10.3.1 不同接收距离S0与A0瞬态波分析 253

10.3.2 不同时刻瞬态散射声场 254

10.3.3 缺陷孔径对瞬态散射波形的影响 256

10.3.4 二维傅里叶变换兰姆波模式识别 257

10.3.5 缺陷定位 259

10.4 本章小结 262

参考文献 263

第11章 任意铺层复合材料板中导波的频散和散射特性 265

11.1 谱有限元法导波建模 265

11.1.1 导波特征方程的表示 265

11.1.2 特征方程的谱有限元表示 270

11.1.3 特征方程的谱有限元求解 276

11.2 谱有限元分析导波频散特性 280

11.3 3D有限元仿真建模 284

11.3.1 双元激励法产生单一模态兰姆波 284

11.3.2 散射信号监测点布局 285

11.3.3 有限元参数设置 286

11.4 散射信号的提取及处理 288

11.5 有限元模型验证 289

11.6 A0波对复合材料中脱层缺陷的散射 291

11.6.1 不同脱层位置的散射场 291

11.6.2 不同孔径的散射场 293

11.6.3 孔径/波长比对散射场的影响 297

11.7 本章小结 298

参考文献 298

第12章 分布式传感器兰姆波损伤定位成像 300

12.1 DAS成像 300

12.1.1 DAS成像原理 300

12.1.2 DAS成像示例 301

12.2 概率成像 307

12.2.1 椭圆轨迹确定 307

……

内容简介

本书系统论述了薄板中超声导波的散射与逆散射成像，建立了从波动传播到缺陷重构的完整理论体系架构，内容涵盖导波与缺陷相互作用的解析与数值求解方法，以及基于逆散射理论的导波成像技术。全书共十七章，第1章介绍板中超声散射和逆散射的发展简况，以及超声导波正、逆散射的研究进展；第2章介绍基于弹性动力学波动方程的导波频散特性计算方法；第3至第11章为正散射问题；第12至第17章为逆散射成像技术。

本书是作者多年来从事超声检测工作研究成果的总结，适合声学、固体力学、土木工程、机械工程、材料科学、地质勘探等相关专业的高年级本科生、硕士研究生和博士研究生及教师使用，亦可供无损检测及其相关领域的研究人员和工程人员参考使用。