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