《電磁超聲導波理論與套用》系統論述了電磁超聲導波的基本理論及其實現技術，主要內容包括導波的頻散特性和匹配理論、電磁超聲的產生機理和理論模型、導波與缺陷作用機理及其仿真、電磁超聲導波全過程仿真方法、電磁超聲測厚、管道軸嚮導波檢測和天然氣管道裂紋電磁超聲導波檢測等。全書共分7章，第1章介紹電磁超聲換能器，第2、3章論述電磁超聲換能器分析方法，第4～6章論述超聲導波傳播特性及仿真方法，第7章介紹電磁超聲導波幾種典型套用系統的實現方法。
基本介紹
- 書名：電磁超聲導波理論與套用
- 作者：黃松嶺 王珅
- 出版社：清華大學出版社
- 頁數：214頁
- 開本：16
- 品牌：清華大學出版社
- 外文名：Theory and Application of Electromagnetic Ultrasonic Guided Wave
- 類型：科技
- 出版日期：2013年10月1日
- 語種：簡體中文
- ISBN：9787302336730
基本介紹,內容簡介,作者簡介,圖書目錄,
基本介紹
內容簡介
《電磁超聲導波理論與套用》內容是作者八年來理論和套用研究成果的總結，可供無損檢測相關技術和工程人員參考，也可作為無損檢測人員的資格培訓和高等院校相關專業的參考教材，書中電磁超聲導波套用系統的具體實現對其他無損檢測開發人員也具有借鑑意義。
作者簡介
黃松嶺，清華大學油田電氣工程研究中心主任、教授、博士生導師，中國無損檢測學會常務理事，中國儀器儀表學會設備結構健康監測與預警分會常務理事。主要研究方向為結構健康監測與缺陷無損評估。承擔完成了十多項國家“863”重大項目、國家科技支撐計畫項目、國家自然科學基金項目和企業重大產業化項目。發表論文200多篇，其中20多篇被SCI檢索，50多篇被EI檢索，獲得省部級以上科技獎勵5項。出版教材、專著和大型工具書5本。
王珅，清華大學電機系助理研究員，1998—2008年在清華大學學習，先後獲學士、碩士和博士學位，之後留校工作。研究方向為無損檢測、電磁測量和虛擬儀器。主持和參與多個重大工程項目的研究和開發工作。目前承擔清華大學本科和研究生虛擬儀器課程的教學工作。參編暢銷教材《LabVIEW7.1編程與虛擬儀器設計》。
趙偉，清華大學電機系教授、博士生導師，主要從事現代電磁測量技術及儀器方向的教學和科研工作，發表論文200多篇。作為第1、2作者或主編，出版有教材《電磁測量》、專著《電子式電能表及其在現代用電管理中的套用》、辭書《新編電氣工程師實用手冊》、辭書《中國電工大典》、教材《電工理論基礎》（第四版，譯）和辭書《現代電氣工程師實用手冊》等。
王珅，清華大學電機系助理研究員，1998—2008年在清華大學學習，先後獲學士、碩士和博士學位，之後留校工作。研究方向為無損檢測、電磁測量和虛擬儀器。主持和參與多個重大工程項目的研究和開發工作。目前承擔清華大學本科和研究生虛擬儀器課程的教學工作。參編暢銷教材《LabVIEW7.1編程與虛擬儀器設計》。
趙偉，清華大學電機系教授、博士生導師，主要從事現代電磁測量技術及儀器方向的教學和科研工作，發表論文200多篇。作為第1、2作者或主編，出版有教材《電磁測量》、專著《電子式電能表及其在現代用電管理中的套用》、辭書《新編電氣工程師實用手冊》、辭書《中國電工大典》、教材《電工理論基礎》（第四版，譯）和辭書《現代電氣工程師實用手冊》等。
圖書目錄
第1章 電磁超聲換能器
1.1 概述
1.2 EMAT的研究現狀
1.2.1 EMAT的結構
1.2.2 EMAT換能機理及分析方法
1.3 EMAT的最佳化設計及其新型結構
1.3.1 回折線圈的最佳化設計
1.3.2 多簇線圈軸嚮導波EMAT
1.3.3 用於非鐵磁材料檢測的SH導波EMAT
1.3.4 EMAT阻抗匹配電容的計算
第2章 基於洛倫茲力機理的EMAT分析方法
2.1 基於洛倫茲力機理EMAT的多場耦合方程
2.1.1 永磁體的磁場方程
2.1.2 脈衝渦流動態磁場方程
2.1.3 被測試樣質點平衡運動方程
2.1.4 超聲信號接收方程
2.2 耦合場方程的弱形式
2.2.1 二維直角坐標下耦合方程的弱形式
2.2.2 軸對稱坐標系下耦合方程的弱形式
2.3 基於COMSOL Multiphysics的EMAT有限元仿真
2.3.1 採用COMSOL Multiphysics進行EMAT仿真計算的步驟
2.3.2 數值仿真計算實例與試驗驗證
2.4 螺旋形線圈EMAT的解析建模與計算
2.4.1 螺旋形線圈EMAT的結構
2.4.2 頻域求解
2.4.3 時域解
2.4.4 結果比較及討論
2.5 回折形線圈EMAT的解析建模與計算
2.5.1 線圈結構及等效模型
2.5.2 線圈阻抗和磁場的頻域計算
2.5.3 脈衝磁場的時域計算
2.5.4 計算實例及結果比較
2.6 脈衝電壓激勵下EMAT的分析方法
2.6.1 採用解析公式計算脈衝電流
2.6.2 採用場路耦合有限元方法計算脈衝電流
2.6.3 採用場路耦合有限元法實現線圈電流計算的實例
第3章 基於磁致伸縮機理的EMAT分析方法
3.1 鐵磁材料的磁化和磁致伸縮特性
3.1.1 鐵磁材料的磁化特性和磁導率
3.1.2 鐵磁材料的磁致伸縮特性
3.2 基於磁致伸縮機理EMAT的有限元分析方法
3.2.1 基本物理方程
3.2.2 二維直角坐標下磁致伸縮力和磁致伸縮電流密度的計算
3.2.3 軸對稱坐標下磁致伸縮力和磁致伸縮電流密度的計算
3.2.4 壓磁係數的確定
3.2.5 基於磁致伸縮機理EMAT的數值仿真計算
3.3 SH導波EMAT的解析建模和計算
3.4 管道軸嚮導波EMAT的解析建模與計算
3.4.16線圈矢量磁位
3.4.2 矩形截面線圈的矢量磁位
3.4.3 線圈阻抗、渦流和磁感應強度
3.4.4 僅考慮一層導體的情況
3.4.5 管道軸嚮導波EMAT中的磁彈性關係
3.4.6 T模式導波的脈衝磁場計算
第4章 平板和管道周向超聲導波的傳播特性
4.1 平板Lamb波的頻散特性和波結構特性
4.1.1 平板Lamb波的頻散特性
4.1.2 平板Lamb波的波結構特性
4.2 平板SH導波的頻散特性和波結構特性
4.2.1 平板SH導波的頻散特性
4.2.2 平板SH導波的波結構特性
4.3 管道周向Lamb波的頻散特性和波結構特性
4.3.1 管道周向Lamb波的頻散方程及其求解
4.3.2 管道周向Lamb波的波結構特性
4.4 管道周向SH導波的頻散特性和波結構特性
4.4.1 管道周向SH導波的頻散方程及其求解
4.4.2 管道周向SH導波波結構特性
4.5 平板導波與管道周嚮導波傳播特性比較
第5章 超聲導波與缺陷作用的邊界元仿真
5.1 平板外表面缺陷混合邊界元模型
5.2 彈性動力積分方程及其基礎解
5.3 邊界積分方程及其離散化數值求解
5.3.1 矩陣G中元素的求解
5.3.2 矩陣H中元素的求解
5.4 基於模式展開的邊界條件建立
5.5 邊界元程式的結構
5.6 計算精度的影響因素
5.6.1 模型長度的掃查
5.6.2 邊界單元大小的掃查
5.7 板端反射的計算
5.8 平板外表面缺陷仿真
5.8.1 平板外表面裂紋缺陷深度掃查
5.8.2 平板外表面裂紋缺陷寬度掃查
5.8.3 平板外表面裂紋缺陷頻厚積掃查
5.9 平板內部裂紋缺陷模型和數值仿真
5.9.1 平板對稱內部裂紋缺陷高度掃查
5.9.2 平板內部裂紋缺陷寬度掃查
5.9.3 平板內部裂紋缺陷頻厚積掃查
5.9.4 平板內部裂紋缺陷在板厚方向移動的掃查
5.10 電磁超聲導波檢測裂紋量化方法
第6章 超聲導波的有限元仿真
6.1 顯式積分有限元方法
6.2 平板Lamb波的有限元仿真
6.2.1 彈性平板中Lamb波方程的建立
6.2.2 平板Lamb波有限元仿真方法
6.2.3 平板Lamb波仿真算例
6.3 管道周向Lamb波的有限元仿真
6.3.1 管道周向Lamb波頻散方程的建立
6.3.2 管道周向Lamb波有限元仿真方法
6.3.3 管道周向Lamb波仿真算例
6.4 管道軸向L類型導波的有限元仿真
6.5 管道軸向T類型導波的有限元仿真
第7章 電磁超聲導波檢測技術的套用
7.1 電磁超聲測厚
7.1.1 電磁超聲測厚原理
7.1.2 電磁超聲測厚裝置結構
7.1.3 電磁超聲測厚裝置硬體電路
7.1.4 電磁超聲測厚回波信號分析和處理
7.2 管道軸向電磁超聲導波檢測
7.2.1 管道軸向超聲導波電磁超聲換能器
7.2.2 電磁超聲激勵源和濾波放大器
7.2.3 電磁超聲軸嚮導波檢測實驗及其影響因素
7.3 天然氣管道裂紋電磁超聲導波檢測
7.3.1 檢測器總體結構
7.3.2 相關檢測實驗
參考文獻
1.1 概述
1.2 EMAT的研究現狀
1.2.1 EMAT的結構
1.2.2 EMAT換能機理及分析方法
1.3 EMAT的最佳化設計及其新型結構
1.3.1 回折線圈的最佳化設計
1.3.2 多簇線圈軸嚮導波EMAT
1.3.3 用於非鐵磁材料檢測的SH導波EMAT
1.3.4 EMAT阻抗匹配電容的計算
第2章 基於洛倫茲力機理的EMAT分析方法
2.1 基於洛倫茲力機理EMAT的多場耦合方程
2.1.1 永磁體的磁場方程
2.1.2 脈衝渦流動態磁場方程
2.1.3 被測試樣質點平衡運動方程
2.1.4 超聲信號接收方程
2.2 耦合場方程的弱形式
2.2.1 二維直角坐標下耦合方程的弱形式
2.2.2 軸對稱坐標系下耦合方程的弱形式
2.3 基於COMSOL Multiphysics的EMAT有限元仿真
2.3.1 採用COMSOL Multiphysics進行EMAT仿真計算的步驟
2.3.2 數值仿真計算實例與試驗驗證
2.4 螺旋形線圈EMAT的解析建模與計算
2.4.1 螺旋形線圈EMAT的結構
2.4.2 頻域求解
2.4.3 時域解
2.4.4 結果比較及討論
2.5 回折形線圈EMAT的解析建模與計算
2.5.1 線圈結構及等效模型
2.5.2 線圈阻抗和磁場的頻域計算
2.5.3 脈衝磁場的時域計算
2.5.4 計算實例及結果比較
2.6 脈衝電壓激勵下EMAT的分析方法
2.6.1 採用解析公式計算脈衝電流
2.6.2 採用場路耦合有限元方法計算脈衝電流
2.6.3 採用場路耦合有限元法實現線圈電流計算的實例
第3章 基於磁致伸縮機理的EMAT分析方法
3.1 鐵磁材料的磁化和磁致伸縮特性
3.1.1 鐵磁材料的磁化特性和磁導率
3.1.2 鐵磁材料的磁致伸縮特性
3.2 基於磁致伸縮機理EMAT的有限元分析方法
3.2.1 基本物理方程
3.2.2 二維直角坐標下磁致伸縮力和磁致伸縮電流密度的計算
3.2.3 軸對稱坐標下磁致伸縮力和磁致伸縮電流密度的計算
3.2.4 壓磁係數的確定
3.2.5 基於磁致伸縮機理EMAT的數值仿真計算
3.3 SH導波EMAT的解析建模和計算
3.4 管道軸嚮導波EMAT的解析建模與計算
3.4.16線圈矢量磁位
3.4.2 矩形截面線圈的矢量磁位
3.4.3 線圈阻抗、渦流和磁感應強度
3.4.4 僅考慮一層導體的情況
3.4.5 管道軸嚮導波EMAT中的磁彈性關係
3.4.6 T模式導波的脈衝磁場計算
第4章 平板和管道周向超聲導波的傳播特性
4.1 平板Lamb波的頻散特性和波結構特性
4.1.1 平板Lamb波的頻散特性
4.1.2 平板Lamb波的波結構特性
4.2 平板SH導波的頻散特性和波結構特性
4.2.1 平板SH導波的頻散特性
4.2.2 平板SH導波的波結構特性
4.3 管道周向Lamb波的頻散特性和波結構特性
4.3.1 管道周向Lamb波的頻散方程及其求解
4.3.2 管道周向Lamb波的波結構特性
4.4 管道周向SH導波的頻散特性和波結構特性
4.4.1 管道周向SH導波的頻散方程及其求解
4.4.2 管道周向SH導波波結構特性
4.5 平板導波與管道周嚮導波傳播特性比較
第5章 超聲導波與缺陷作用的邊界元仿真
5.1 平板外表面缺陷混合邊界元模型
5.2 彈性動力積分方程及其基礎解
5.3 邊界積分方程及其離散化數值求解
5.3.1 矩陣G中元素的求解
5.3.2 矩陣H中元素的求解
5.4 基於模式展開的邊界條件建立
5.5 邊界元程式的結構
5.6 計算精度的影響因素
5.6.1 模型長度的掃查
5.6.2 邊界單元大小的掃查
5.7 板端反射的計算
5.8 平板外表面缺陷仿真
5.8.1 平板外表面裂紋缺陷深度掃查
5.8.2 平板外表面裂紋缺陷寬度掃查
5.8.3 平板外表面裂紋缺陷頻厚積掃查
5.9 平板內部裂紋缺陷模型和數值仿真
5.9.1 平板對稱內部裂紋缺陷高度掃查
5.9.2 平板內部裂紋缺陷寬度掃查
5.9.3 平板內部裂紋缺陷頻厚積掃查
5.9.4 平板內部裂紋缺陷在板厚方向移動的掃查
5.10 電磁超聲導波檢測裂紋量化方法
第6章 超聲導波的有限元仿真
6.1 顯式積分有限元方法
6.2 平板Lamb波的有限元仿真
6.2.1 彈性平板中Lamb波方程的建立
6.2.2 平板Lamb波有限元仿真方法
6.2.3 平板Lamb波仿真算例
6.3 管道周向Lamb波的有限元仿真
6.3.1 管道周向Lamb波頻散方程的建立
6.3.2 管道周向Lamb波有限元仿真方法
6.3.3 管道周向Lamb波仿真算例
6.4 管道軸向L類型導波的有限元仿真
6.5 管道軸向T類型導波的有限元仿真
第7章 電磁超聲導波檢測技術的套用
7.1 電磁超聲測厚
7.1.1 電磁超聲測厚原理
7.1.2 電磁超聲測厚裝置結構
7.1.3 電磁超聲測厚裝置硬體電路
7.1.4 電磁超聲測厚回波信號分析和處理
7.2 管道軸向電磁超聲導波檢測
7.2.1 管道軸向超聲導波電磁超聲換能器
7.2.2 電磁超聲激勵源和濾波放大器
7.2.3 電磁超聲軸嚮導波檢測實驗及其影響因素
7.3 天然氣管道裂紋電磁超聲導波檢測
7.3.1 檢測器總體結構
7.3.2 相關檢測實驗
參考文獻
