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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 CIVA204

11.1.1 软件介绍204

11.1.2 应用情况206

11.2 Imagine3D210

11.2.1 软件介绍210

11.2.2 应用情况211

11.3 simSUNDT212

11.3.1 软件介绍212

11.3.2 应用情况215

11.4 Vitual NDE216

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 UTSIM218

11.5.2 Wave3000 Pro219

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