電磁超聲導波理論與應用

第1章 電磁超聲換能器

1.1 概述

1.2 EMAT的研究現(xiàn)狀

1.2.1 EMAT的結(jié)構(gòu)

1.2.2 EMAT換能機理及分析方法

1.3 EMAT的優(yōu)化設計及其新型結(jié)構(gòu)

1.3.1 回折線圈的優(yōu)化設計

1.3.2 多簇線圈軸向?qū)Р‥MAT

1.3.3 用于非鐵磁材料檢測的SH導波EMAT

1.3.4 EMAT阻抗匹配電容的計算

第2章 基于洛倫茲力機理的EMAT分析方法

2.1 基于洛倫茲力機理EMAT的多場耦合方程

2.1.1 永磁體的磁場方程

2.1.2 脈沖渦流動態(tài)磁場方程

2.1.3 被測試樣質(zhì)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 基于COMSOL Multiphysics的EMAT有限元仿真

2.3.1 采用COMSOL Multiphysics進行EMAT仿真計算的步驟

2.3.2 數(shù)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(jié)構(gòu)

2.4.2 頻域求解

2.4.3 時域解

2.4.4 結(jié)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(jié)構(gòu)及等效模型

2.5.2 線圈阻抗和磁場的頻域計算

2.5.3 脈沖磁場的時域計算

2.5.4 計算實例及結(jié)果比較

2.6 脈沖電壓激勵下EMAT的分析方法

2.6.1 采用解析公式計算脈沖電流

2.6.2 采用場路耦合有限元方法計算脈沖電流

2.6.3 采用場路耦合有限元法實現(xiàn)線圈電流計算的實例

第3章 基于磁致伸縮機理的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 基于磁致伸縮機理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 壓磁系數(shù)的確定

3.2.5 基于磁致伸縮機理EMAT的數(shù)值仿真計算

3.3 SH導波EMAT的解析建模和計算

3.4 管道軸向?qū)Р‥MAT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 管道軸向?qū)Р‥MAT中的磁彈性關(guān)系

3.4.6 T模式導波的脈沖磁場計算

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(jié)構(gòu)特性

4.1.1 平板Lamb波的頻散特性

4.1.2 平板Lamb波的波結(jié)構(gòu)特性

4.2 平板SH導波的頻散特性和波結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)特性

4.3 管道周向Lamb波的頻散特性和波結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)特性

4.4 管道周向SH導波的頻散特性和波結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)特性

4.5 平板導波與管道周向?qū)Р▊鞑ヌ匦员容^

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(shù)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 基于模式展開的邊界條件建立

5.5 邊界元程序的結(jié)構(gòu)

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(nèi)部裂紋缺陷模型和數(shù)值仿真

5.9.1 平板對稱內(nèi)部裂紋缺陷高度掃查

5.9.2 平板內(nèi)部裂紋缺陷寬度掃查

5.9.3 平板內(nèi)部裂紋缺陷頻厚積掃查

5.9.4 平板內(nèi)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(shù)的應用

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(jié)構(gòu)

7.1.3 電磁超聲測厚裝置硬件電路

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 電磁超聲軸向?qū)Рz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(jié)構(gòu)

7.3.2 相關(guān)檢測實驗

參考文獻2100433B

電磁超聲導波理論與應用內(nèi)容簡介

《電磁超聲導波理論與應用》內(nèi)容是作者八年來理論和應用研究成果的總結(jié)，可供無損檢測相關(guān)技術(shù)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(guān)專業(yè)的參考教材，書中電磁超聲導波應用系統(tǒng)的具體實現(xiàn)對其他無損檢測開發(fā)人員也具有借鑒意義。

電磁超聲導波理論與應用作者簡介

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(jié)構(gòu)健康監(jiān)測與預警分會常務理事。主要研究方向為結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測與缺陷無損評估。承擔完成了十多項國家“863”重大項目、國家科技支撐計劃項目、國家自然科學基金項目和企業(yè)重大產(chǎn)業(yè)化項目。發(fā)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，先后獲學士、碩士和博士學位，之后留校工作。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(fā)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(xiàn)代電磁測量技術(shù)及儀器方向的教學和科研工作，發(fā)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(xiàn)代用電管理中的應用》、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(xiàn)代電氣工程師實用手冊》等。

1 超聲導波

1．1 超聲導波的研究背景

1．2 超聲導波與超聲體波

1．3 超聲導波的基本特性

1．3．1 群速度和相速度

1．3．2 頻散與多模態(tài)特性

1．4 超聲導波無損檢測技術(shù)特點

1．5 管道超聲導波無損檢測的研究現(xiàn)狀

1．5．1 理論研究

1．5．2 應用研究

參考文獻

2 超聲導波在管道中的傳播理論

2．1 管道超聲導波傳播特性分析

2．1．1 超聲導波解析模型

2．1．2 超聲導波有限元模型

2．1．3 超聲導波傳播特性

2．2 管道超聲導波波源分析

2．2．1 簡正模態(tài)展開法

2．2．2 外載荷擾動分析

2．3 超聲導波衰減特性分析

2．3．1 帶防腐層管道超聲導波檢測

2．3．2 埋地管道超聲導波檢測

參考文獻

3 管道導波的有限元仿真及應用

3．1 有限元軟件ABAQUS

3．2 軸對稱導波的有限元仿真

3．2．1 建立三維模型

3．2．2 定義分析步和輸出

3．2．3 相互作用

3．2．4 施加載荷和邊界約束

3．2．5 網(wǎng)格劃分

3．2．6 后處理（分析）

3．3 仿真實例

3．3．1 縱向模態(tài)導波的有限元仿真

3．3．2 扭轉(zhuǎn)模態(tài)導波的有限元仿真

參考文獻

4 非軸對稱管道導波聲場調(diào)控方法

4．1 非軸對稱管道導波聲場調(diào)控理論

4．1．1 基于螺旋換能器的非軸對稱導波激勵方法

4．1．2 基于圓周相控陣列換能器的非軸對稱導波激勵方法

4．2 非軸對稱管道導波傳播特性仿真

4．2．1 基于螺旋換能器的非軸對稱導波傳播仿真

4．2．2 基于圓周相控陣列換能器的非軸對稱導波傳播仿真

4．3 兩種調(diào)控方法的特點

參考文獻

5 超聲導波換能器及檢測儀器

5．1 壓電式導波換能器

5．2 磁致伸縮式導波換能器

5．2．1 磁致伸縮效應

5．2．2 磁致伸縮導波換能器結(jié)構(gòu)

5．2．3 磁致伸縮換能器優(yōu)化

5．3 電磁超聲式導波換能器

5．4 激光超聲式

5．5 超聲導波檢測儀器

5．5．1 導波儀原理介紹

5．5．2 超聲導波方向控制

5．5．3 超聲導波距離幅值分析

5．5．4 國內(nèi)外超聲導波儀器

5．6 超聲導波檢測案例

案例5．1 ： MSGW超聲導波儀在多個彎頭管道檢測中的應用

……

6 磁致伸縮導波管道檢測新技術(shù)及其應用

7 超聲導波管道腐蝕監(jiān)測技術(shù)

《超聲導波管道無損檢測技術(shù)及應用》在介紹超聲導波研究背景基礎上綜述了國內(nèi)外管道無損檢測研究現(xiàn)狀；詳細闡述了超聲導波的基本概念以及頻散、多模態(tài)和波結(jié)構(gòu)等超聲導波特性；介紹了超聲導波在管道中傳播特性的理論基礎和有限元數(shù)值仿真方法；建立了非軸對稱管道導波聲場調(diào)控理論；全面介紹了超聲導波換能器及檢測儀器的類型和特點，并給出了實際檢測的應用案例；介紹了管道導波檢測新的研究成果包括相控陣技術(shù)、周向掃查成像檢測技術(shù)、非軸對稱導波對螺旋焊管和缺陷定征方面的檢測應用；最后介紹了管道導波監(jiān)測技術(shù)的研究內(nèi)容和應用實例。

《超聲導波管道無損檢測技術(shù)及應用》可供超聲導波研究者或相關(guān)無損檢測技術(shù)從業(yè)者學習閱讀。