第1章 绪论 1
1.1 背景 1
1.2 方法 2
1.2.1 解析法 2
1.2.2 数值法 4
1.2.3 半解析法 6
1.3 发展前景 7
第2章 探头的发射声场 10
2.1 声场基本方程 10
2.1.1 固体介质的波动方程 10
2.1.2 流体介质的波动方程 11
2.1.3 声束在界面处的透射和反射 11
2.2 角谱法 13
2.2.1 角谱法计算液体中的声场 14
2.2.2 角谱法计算液固界面透射声场 15
2.2.3 应用实例 16
2.3 瑞利积分法 18
2.3.1 瑞利积分一般公式 19
2.3.2 Pencil法 20
2.3.3 瑞利积分法计算界面透射声场 22
2.3.4 应用实例 22
2.4 多元高斯叠加法 23
2.4.1 近轴方程 24
2.4.2 单高斯声束的传播 24
2.4.3 多元高斯声束叠加计算探头发射声场 27
2.4.4 应用实例 29
2.5 离散点源法 30
2.5.1 DPSM的基本理论 30
2.5.2 应用实例 32
2.6 弹性动力学有限积分法 33
2.6.1 EFIT一般公式 33
2.6.2 非均质介质的网格离散 34
2.6.3 应用实例 36
2.7 有限差分法 38
2.7.1 差分格式 38
2.7.2 固体声场方程的差分展开 38
2.7.3 应用实例 40
2.8 有限元法 41
2.8.1 有限元方程与求解 41
2.8.2 应用实例 43
第3章 各向异性介质中超声波的传播 46
3.1 各向异性介质 46
3.2 多元高斯声束叠加法 50
3.2.1 均质各向异性介质 50
3.2.2 多层各向异性介质 54
3.3 瑞利积分法 56
3.4 射线追踪法 57
3.4.1 步进追踪 57
3.4.2 计算实例 59
3.5 有限差分法 61
第4章 缺陷与结构散射声场 64
4.1 规则体的散射 64
4.1.1 空心圆柱散射 64
4.1.2 球形体散射 65
4.1.3 平面边缘衍射 68
4.2 基于近似理论的散射模型 70
4.2.1 基尔霍夫近似 70
4.2.2 波恩近似 73
4.3 散射问题的数值解 79
4.3.1 有限差分法 79
4.3.2 有限元法 82
4.3.3 边界元法 85
4.3.4 弹性有限积分法 88
第5章 超声表面波检测 93
5.1 表面波的振动与激发 93
5.1.1 表面波的振动方程 93
5.1.2 表面波的激发源 95
5.2 半解析法 96
5.3 表面波的数值解 98
5.3.1 有限差分法 98
5.3.2 有限元法 100
第6章 超声导波 102
6.1 频散方程 102
6.1.1 板导波 102
6.1.2 管导波 105
6.1.3 各向异性介质中的导波 107
6.2 模态分解法 109
6.3 有限元法 115
6.3.1 板导波 115
6.3.2 管导波 119
6.3.3 复杂结构导波 123
6.4 边界元法 125
6.4.1 边界元法和简正模态展开法混合模型 125
6.4.2 应用实例 129
6.5 半解析有限元法 132
6.5.1 SAFE理论 132
6.5.2 应用实例 136
6.5.3 基于SAFE和互易原则的导波回波计算 138
第7章 超声衍射时差检测 142
7.1 TOFD检测原理 142
7.2 GTD理论 143
7.2.1 衍射法则 143
7.2.2 边缘衍射系数 144
7.3 声线法 147
7.4 半解析法 152
7.4.1 背散射的简化 152
7.4.2 衍射模型瞬态公式 153
7.4.3 衍射与接收过程 155
7.5 有限元法 158
第8章 超声相控阵 162
8.1 超声相控延迟法则 162
8.2 半解析法 164
8.2.1 瑞利积分法 164
8.2.2 高斯法 165
8.3 数值法 170
第9章 生物组织中的超声传播 172
9.1 生物组织声学特性 172
9.2 生物组织解析法分析 174
9.2.1 非均匀连续模型 174
9.2.2 分离散射子模型 177
9.2.3 分层介质模型 179
9.3 骨骼的数值分析 180
9.4 多普勒法 182
第10章 超声成像算法 186
10.1 弹性成像算法 186
10.2 傅里叶成像算法 191
10.3 合成孔径算法 195
10.4 三维成像算法 198
第11章 计算超声软件及应用 204
11.1 CIVA 204
11.1.1 软件介绍 204
11.1.2 应用情况 206
11.2 Imagine3D 210
11.2.1 软件介绍 210
11.2.2 应用情况 211
11.3 simSUNDT 212
11.3.1 软件介绍 212
11.3.2 应用情况 215
11.4 Vitual NDE 216
11.4.1 软件介绍 216
11.4.2 应用情况 217
11.5 超声仿真的其他软件 218
11.5.1 UTSIM 218
11.5.2 Wave3000 Pro 219
第12章 基于实时计算的超声检测虚拟现实系统 222
12.1 系统的框架与结构 222
12.2 虚拟现实场景模块 223
12.2.1 虚拟场景构建 223
12.2.2 虚拟超声仪构建 227
12.3 实时计算模块 228
12.3.1 探头发射声场计算 228
12.3.2 声场与缺陷相互作用 229
12.3.3 回波声场计算 231
12.4 系统的应用 231
12.4.1 系统培训功能 231
12.4.2 回波分析 232
12.4.3 检测工艺验证 234
第13章 无损检测可靠性分析 237
13.1 可靠性概率统计模型 237
13.1.1 hit/miss型数据模型 237
13.1.2 信号响应型数据模型 238
13.1.3 95％置信下限 240
13.2 可靠性模型的参数估计 241
13.2.1 hit/miss型数据模型的参数估计 241
13.2.2 信号响应型数据模型的参数估计 243
13.3 基于可靠性分析的检测工艺评定与优化 246
13.3.1 基于数值模拟的现场工艺可靠性评定 246
13.3.2 基于综合参数分析的TOFD检测工艺优化 249
13.3.3 人员可靠性分析 252
13.4 风险指引型在役检查 255
13.4.1 计算公式 255
13.4.2 数值算例 257
附录1 瑞利积分计算声场 261
附录2 高斯法计算声场 264
附录3 基尔霍夫系数 270
附录4 波恩系数 273
附录5 GTD衍射系数 277
附录6 相控阵 278
附录7 信号响应模型计算程序 282
附录8 log-odds模型计算程序 287