计算超声学-声场分析及应用 内容简介

本书主要研究声场问题数学上的处理，重点介绍了探头发射声场的建模与应用、声波在各向异性介质中的传播、缺陷与声波的相互作用及散射回波的计算与应用等计算超声学基础，同时介绍了表面波和相控阵、导波、tofd、检测可靠性评价等新技术中的超声计算与应用。本书内容上侧重声场的分析与应用，方法上着重使用近似且简单的方法，列举了一些无损检测中经常遇到的实际问题的解决实例。本书附录还提供了8个涉及主要声场计算方法和应用的计算程序，方便大家掌握和使用。
本书可供无损检测及相关专业研究生、科研人员在学习和研究时使用，也可作为从事无损检测的技术人员的培训或辅助教材。

计算超声学-声场分析及应用 本书特色

本书共分13章，第1章为绪论。第2～4章是计算超声学的基础，第2章介绍了探头发射声场的建模与应用；第3章介绍了声波在各向异性介质中的传播；第4章介绍了缺陷与声波的相互作用，重点是缺陷散射回波的计算与应用。第5～8章分别介绍了计算超声学在表面波和相控阵、导波、tofd等新技术中的建模与应用。第9、10章介绍了生物组织的超声传播特性与建模及超声成像算法。第11章介绍了国外计算超声学的发展及计算超声软件的应用。第12章介绍了计算超声学与虚拟现实技术的结合——超声虚拟检测平台的开发。第13章重点介绍了将可靠性引入无损检测领域，利用超声计算进行可靠性评价的方法与应用。

计算超声学-声场分析及应用 目录

前言
第1章绪论
1.1背景
1.2方法
1.2.1解析法
1.2.2数值法
1.2.3半解析法
1.3发展前景
第2章探头的发射声场
2.1声场基本方程
2.1.1固体介质的波动方程
2.1.2流体介质的波动方程
2.1.3声束在界面处的透射和反射
2.2角谱法
2.2.1角谱法计算液体中的声场
2.2.2角谱法计算液固界面透射声场
2.2.3应用实例
2.3瑞利积分法
2.3.1瑞利积分一般公式
2.3.2pencil法
2.3.3瑞利积分法计算界面透射声场
2.3.4应用实例
2.4多元高斯叠加法
2.4.1近轴方程
2.4.2单高斯声束的传播
2.4.3多元高斯声束叠加计算探头发射声场
2.4.4应用实例
2.5离散点源法
2.5.1dpsm的基本理论
2.5.2应用实例
2.6弹性动力学有限积分法
2.6.1efit一般公式
2.6.2非均质介质的网格离散
2.6.3立用实例
2.7有限差分法
2.7.1差分格式
2.7.2固体声场方程的差分展开
2.7.3应用实例
2.8有限元法
2.8.1有限元方程与求解
2.8.2应用实例
第3章各向异性介质中超声波的传播
3.1各向异性介质
3.2多元高斯声束叠加法
3.2.1均质各向异性介质
3.2.2多层各向异性介质
3.3瑞利积分法
3.4射线追踪法
3.4.1步进追踪
3.4.2计算实例
3.5有限差分法
第4章缺陷与结构散射声场
4.1规则体的散射
4.1.1空心圆柱散射
4.1.2球形体散射
4.1.3平面边缘衍射
4.2基于近似理论的散射模型
4.2.1基尔霍夫近似
4.2.2波恩近似
4.3散射问题的数值解
4.3.1有限差分法
4.3.2有限元法
4.3.3边界元法
4.3.4弹性有限积分法
第5章超声表面波检测
5.1表面波的振动与激发
5.1.1表面波的振动方程
5.1.2表面波的激发源
5.2半解析法
5.3表面波的数值解
5.3.1有限差分法
5.3.2有限元法
第6章超声导波
6.1频散方程
6.1.1板导波
6.1.2管导波
6.1.3各向异性介质中的导波
6.2模态分解法
6.3有限元法
6.3.1板导波
6.3.2管导波
6.3.3复杂结构导波
6.4边界元法
6.4.1边界元法和简正模态展开法混合模型
6.4.2应用实例
6.5半解析有限元法
6.5.1safe理论
6.5.2应用实例
6.5.3基于safe和互易原则的导波回波计算
第7章超声衍射时差检测
7.1tofd检测原理
7.2gtd理论
7.2.1衍射法则
7.2.2边缘衍射系数
7.3声线法
7.4半解析法
7.4.1背散射的简化
7.4.2衍射模型瞬态公式
7.4.3衍射与接收过程
7.5有限元法
第8章超声相控阵
8.1超声相控延迟法则
8.2半解析法
8.2.1瑞利积分法
8.2.2高斯法
8.3数值法
第9章生物组织中的超声传播
9.1生物组织声学特性
9.2生物组织解析法分析
9.2.1非均匀连续模型
9.2.2分离散射子模型
9.2.3分层介质模型
9.3骨骼的数值分析
9.4多普勒法
第10章超声成像算法
10.1弹性成像算法
10.2傅里叶成像算法
10.3合成孔径算法
10.4三维成像算法
第11章计算超声软件及应用
11.1civa
11.1.1软件介绍
11.1.2应用情况
11.2imagine3d
11.2.1软件介绍
11.2.2应用情况
11.3simsundt
11.3.1软件介绍
11.3.2应用情况
11.4vitual nde
11.4.1软件介绍
11.4.2应用情况
11.5超声仿真的其他软件
11.5.1utsim
11.5.2wave3000 pro
第12章基于实时计算的超声检测虚拟现实系统
12.1系统的框架与结构
12.2虚拟现实场景模块
12.2.1虚拟场景构建
12.2.2虚拟超声仪构建
12.3实时计算模块
12.3.1探头发射声场计算
12.3.2声场与缺陷相互作用
12.3.3回波声场计算
12.4系统的应用
12.4.1系统培训功能
12.4.2回波分析
12.4.3检测工艺验证
第13章无损检测可靠性分析
13.1可靠性概率统计模型
13.1.1hit/miss型数据模型
13.1.2信号响应型数据模型
13.1.395%置信下限
13.2可靠性模型的参数估计
13.2.1hit/miss型数据模型的参数估计
13.2.2信号响应型数据模型的参数估计
13.3基于可靠性分析的检测工艺评定与优化
13.3.1基于数值模拟的现场工艺可靠性评定
13.3.2基于综合参数分析的tofd检测工艺优化
13.3.3人员可靠性分析
13.4风险指引型在役检查
13.4.1计算公式
13.4.2数值算例
附录1瑞利积分计算声场
附录2高斯法计算声场
附录3基尔霍夫系数
附录4波恩系数
附录5gtd衍射系数
附录6相控阵
附录7信号响应模型计算程序
附录8log-odds模型计算程序

计算超声学-声场分析及应用 节选

《计算超声学:声场分析及应用》主要研究声场问题数学上的处理，重点介绍了探头发射声场的建模与应用、声波在各向异性介质中的传播、缺陷与声波的相互作用及散射回波的计算与应用等计算超声学基础，同时介绍了表面波和相控阵、导波、TOFD、检测可靠性评价等新技术中的超声计算与应用。《计算超声学:声场分析及应用》内容上侧重声场的分析与应用，方法上着重使用近似且简单的方法，列举了一些无损检测中经常遇到的实际问题的解决实例。《计算超声学:声场分析及应用》附录还提供了8个涉及主要声场计算方法和应用的计算程序，方便大家掌握和使用。《计算超声学:声场分析及应用》可供无损检测及相关专业研究生、科研人员在学习和研究时使用，也可作为从事无损检测的技术人员的培训或辅助教材。

计算超声学-声场分析及应用 相关资料

插图：目前边界元法多用于导波计算，只需要在波导和结构的缺陷边界划分网格节点。而对于导波检测而言，介质中经常存在多种导波模态，所以常常引入简正模态展开法和边界元一起求解导波散射问题。简正模态展开法的基本思想是将原函数展开成具有完备性和正交性的特征函数的叠加形式，特征函数的完备性可保证展开式的合理性，正交性用于求解展开后各项的振幅系数。弹性动力学有限积分技术是德国学者首先提出的一种主要用于模拟非均质介质超声波检测的数值计算方法。EFIT的基本思想是将介质离散成交错的网格，计算每个单元的体积和表面积分以及应力速度关系式，并假设每个单元格的六个表面的应力应变完全一样。这在数学上表示为将有限积分技术（FTT）应用到离散的麦克斯韦方程组，得到EFIT应力单元格表达式。相比于其他计算方法，EIFT在计算非均质材料时有明显的优越性。然而，非均质材料，特别是缺陷处的网格划分必须要保证各个网格的应力应变是连续的，交错网格的划分必须满足EFIT、方法的稳定性和收敛条件。这在一定程度上限制了EFIT的应用。1.2.3 半解析法解析法具有速度快的特点，但只能用于简单情况，数值法应用广泛，但是计算量大。为了在保证计算精度的同时提高计算速度，人们提出了半解析法。半解析法可以说是一种在计算过程中采用部分解析解或解析函数的数值方法。基于已有解析解的研究成果，有针对性地代替部分离散和插值，可以弥补数值法的不足，解决解析法所不能解决的问题。目前，半解析法已经成为超声检测模拟与计算的主流方法。利用解析法计算探头发射声场时，一般采用将探头表面离散成点源的方法，如瑞利积分和离散点源法，然后在利用如：Pencil法等方法来描述点源声场在介质中的传播；在处理缺陷散射问题时，常常根据缺陷性质的不同，采取不同的近似方法来处理，有的方法需要将缺陷表面离散，如基尔霍夫近似理论，有的方法需要将缺陷边缘离散，如几何衍射理论（GTD），有的方法不需要离散缺陷，如波恩近似理论。