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电磁超声导波理论与应用电子书

《电子信息与电气工程技术丛书:电磁超声导波理论与应用》系统论述了电磁超声导波的基本理论及其实现技术,主要内容包括导波的频散特性和匹配理论、电磁超声的产生机理和理论模型、导波与缺陷作用机理及其仿真、电磁超声导波全过程仿真方法、电磁超声测厚、管道轴向导波检测和天然气管道裂纹电磁超声导波检测等。

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作       者:黄松岭,王珅,赵伟

出  版  社:清华大学出版社

出版时间:2013-10-01

字       数:2107

所属分类: 科技 > 自然科学 > 物理学

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《电子信息与电气工程技术丛书:电磁超声导波理论与应用》系统论述了电磁超声导波的基本理论及其实现技术,主要内容包括导波的频散特性和匹配理论、电磁超声的产生机理和理论模型、导波与缺陷作用机理及其仿真、电磁超声导波全过程仿真方法、电磁超声测厚、管道轴向导波检测和天然气管道裂纹电磁超声导波检测等。全书共分7章,第1章介绍电磁超声换能器,第2、3章论述电磁超声换能器分析方法,第4~6章论述超声导波传播特性及仿真方法,第7章介绍电磁超声导波几种典型应用系统的实现方法。 《电子信息与电气工程技术丛书:电磁超声导波理论与应用》内容是作者八年来理论和应用研究成果的总结,可供无损检测相关技术和工程人员参考,也可作为无损检测人员的资格培训和高等院校相关专业的参考教材,书中电磁超声导波应用系统的具体实现对其他无损检测发人员也具有借鉴意义。<br/>【推荐语】<br/>电磁超声导波理论与技术是近年兴起的研究热,国内外学者通过大量卓有成效的工作,取得了显著的理论成果并获得了工程应用。 《电子信息与电气工程技术丛书:电磁超声导波理论与应用》系统论述了电磁超声导波的基本理论,包括导波的频散特性和匹配理论、电磁超声的产生机理和理论模型、导波与缺陷作用机理及其仿真、电磁超声导波全过程仿真方法等内容,以及几个典型工程应用系统实现案例,包括电磁超声测厚、管道轴向导波检测和天然气管道裂纹电磁超声导波检测。 《电子信息与电气工程技术丛书:电磁超声导波理论与应用》是作者对电磁超声导波理论的系统梳理,并汇集了作者近8年的科研与技术应用成果,对于高校师生和从事无损检测工程技术的工程人员极具参考价值。<br/>【作者】<br/>黄松岭,清华大学油田电气工程研究中心主任、教授、博士生导师,中国无损检测学会常务理事,中国仪器仪表学会设备结构健康监测与预警分会常务理事。主要研究方向为结构健康监测与缺陷无损评估。承担完成了十多项国家“863”重大项目、国家科技支撑计划项目、国家自然科学基金项目和企业重大产业化项目。发表论文200多篇,其中20多篇被SCI检索,50多篇被EI检索,获得省部级以上科技奖励5项。出版教材、专著和大型工具书5本。 王珅,清华大学电机系助理研究员,1998-2008年在清华大学学习,先后获学士、硕士和博士学位,之后留校工作。研究方向为无损检测、电磁测量和虚拟仪器。主持和参与多个重大工程项目的研究和发工作。目前承担清华大学本科和研究生虚拟仪器课程的教学工作。参编畅销教材《LabVIEW7.1编程与虚拟仪器设计》。 赵伟,清华大学电机系教授、博士生导师,主要从事现代电磁测量技术及仪器方向的教学和科研工作,发表论文200多篇。作为第1、2作者或主编,出版有教材《电磁测量》、专著《电子式电能表及其在现代用电管理中的应用》、辞书《新编电气工程师实用手册》、辞书《中国电工大典》、教材《电工理论基础》(第四版,译)和辞书《现代电气工程师实用手册》等。<br/>
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扉页

内容简介

版权页

前言

目录

第1章 电磁超声换能器

1.1 概述

1.2 EMAT的研究现状

1.2.1 EMAT的结构

1.2.2 EMAT换能机理及分析方法

1.3 EMAT的优化设计及其新型结构

1.3.1 回折线圈的优化设计

1.3.2 多簇线圈轴向导波EMAT

1.3.3 用于非铁磁材料检测的SH导波EMAT

1.3.4 EMAT阻抗匹配电容的计算

第2章 基于洛伦兹力机理的EMAT分析方法

2.1 基于洛伦兹力机理EMAT的多场耦合方程

2.1.1 永磁体的磁场方程

2.1.2 脉冲涡流动态磁场方程

2.1.3 被测试样质点平衡运动方程

2.1.4 超声信号接收方程

2.2 耦合场方程的弱形式

2.2.1 二维直角坐标下耦合方程的弱形式

2.2.2 轴对称坐标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 栗用GOMSOL Multiphysics进行EMAT仿真计算的步骤

2.3.2 数值仿真计算实例与试验验证

2.4 螺旋形线圈EMAT的解析建模与计算

2.4.1 螺旋形线圈EMAT的结构

2.4.2 频域求解

2.4.3 时域解

2.4.4 结果比较及讨论

2.5 回折形线圈EMAT的解析建模与计算

2.5.1 线圈结构及等效模型

2.5.2 线圈阻抗和磁场的频域计算

2.5.3 脉冲磁场的时域计算

2.5.4 计算实例及结果比较

2.6 脉冲电压激励下EMAT的分析方法

2.6.1 采用解析公式计算脉冲电流

2.6.2 采用场路耦合有限元方法计算脉冲电流

2.6.3 采用场路耦合有限元法实现线圈电流计算的实例

第3章 基于磁致伸缩机理的EMAT分析方法

3.1 铁磁材料的磁化和磁致伸缩特性

3.1.1 铁磁材料的磁化特性和磁导率

3.1.2 铁磁材料的磁致伸缩特性

3.2 基于磁致伸缩机理EMAT的有限元分析方法

3.2.1 基本物理方程

3.2.2 二维直角坐标下磁致伸缩力和磁致伸缩电流密度的计算

3.2.3 轴对称坐标下磁致伸缩力和磁致伸缩电流密度的计算

3.2.4 压磁系数的确定

3.2.5 基于磁致伸缩机理EMAT的数值仿真计算

3.3 SH导波EMAT的解析建模和计算

3.4 管道轴向导波EMAT的解析建模与计算

3.4.1 δ线圈矢量磁位

3.4.2 矩形截面线圈的矢量磁位

3.4.3 线圈阳抗、涡流和磁感应强度

3.4.4 仅考虑一层导体的情况

3.4.5 管道轴向导波EMAT中的磁弹性关系

3.4.6 T模式导波的脉冲磁场计算

第4章 平板和管道周向超声导波的传播特性

4.1 平板Lamb波的频散特性和波结构特性

4.1.1 平板Lamb波的频散特性

4.1.2 平板Lamb波的波结构特性

4.2 平板SH导波的频散特性和波结构特性

4.2.1 平板SH导波的频散特性

4.2.2 平板SH导波的波结构特性

4.3 管道周向Lamb波的频散特性和波结构特性

4.3.1 管道周向Lamb波的频散方程及其求解

4.3.2 管道周向Lamb波的波结构特性

4.4 管道周向SH导波的频散特性和波结构特性

4.4.1 管道周向SH导波的频散方程及其求解

4.4.2 管道周向SH导波波结构特性

4.5 平板导波与管道周向导波传播特性比较

第5章 超声导波与缺陷作用的边界元仿真

5.1 平板外表面缺陷混合边界元模型

5.2 弹性动力积分方程及其基础解

5.3 边界积分方程及其离散化数值求解

5.3.1 矩阵G中元素的求解

5.3.2 矩阵H中元素的求解

5.4 基于模式展开的边界条件建立

5.5 边界元程序的结构

5.6 计算精度的影响因素

5.6.1 模型长度的扫查

5.6.2 边界单元大小的扫查146

5.7 板端反射的计算

5.8 平板外表面缺陷仿真

5.8.1 平板外表面裂纹缺陷深度扫查

5.8.2 平板外表面裂纹缺陷宽度扫查

5.8.3 平板外表面裂纹缺陷频厚积扫查

5.9 平板内部裂纹缺陷模型和数值仿真

5.9.1 平板对称内部裂纹缺陷高度扫查

5.9.2 平板内部裂纹缺陷宽度扫查

5.9.3 平板内部裂纹缺陷频厚积扫查

5.9.4 平板内部裂纹缺陷在板厚方向移动的扫查

5.10 电磁超声导波检测裂纹量化方法

第6章 超声导波的有限元仿真

6.1 显式积分有限元方法

6.2 平板Lamb波的有限元仿真

6.2.1 弹性平板中Lamb波方程的建立

6.2.2 平板Lamb液有限元仿真方法

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波频散方程的建立

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 管道轴向L类型导波的有限元仿真

6.5 管道轴向T类型导波的有限元仿真

第七章 电磁超声导波检测技术的应用

7.1 电磁超声测厚

7.1.1 电磁超声测厚原理

7.1.2 电磁超声测厚装置结构

7.1.3 电磁超声测厚装置硬件电路

7.1.4 电磁超声测厚回波信号分析和处理

7.2 管道轴向电磁超声导波检测

7.2.1 管道轴向超声导波电磁超声换能器

7.2.2 电磁超声激励源和滤波放大器

7.2.3 电磁超声轴向导波检测实验及其影响因素

7.3 天然气管道裂纹电磁超声导波检测

7.3.1 检测器总体结构

7.3.2 相关检测实验

参考文献

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