●前言
第1章超聲檢測的物理基礎1
1.1振動與波動1
1.1.1振動1
1.1.2波動3
1.2波的類型5
1.2.1按質點振動方向分類5
1.2.2按波的形狀分類8
1.2.3按波源振動的持續時間分類10
1.3超聲波的傳播速度11
1.3.1縱波、橫波與表面波11
1.3.2板波13
1.3.3影響波速的因素15
1.4超聲波波動特性16
1.4.1超聲波的疊加與干涉16
1.4.2惠更斯原理和波的衍射19
參考文獻20
第2章彈性介質中的波動理論22
2.1彈性介質中的波動方程22
2.1.1流體介質中的波動方程22
2.1.2固體介質中的波動方程27
2.2彈性固體中的平面波38
2.2.1三維波動39
2.2.2Navier方程的一維解40
2.2.3Navier方程的三維解41
2.3流體中的球面波44
2.3.1基礎解44
2.3.2解的積分表述46
2.3.3球面諧波基礎解的遠場表述47
2.4彈性固體中的球面波49
2.5超聲波的衰減52
2.5.1衰減的原因53
2.5.2衰減方程與衰減繫數53
2.6超聲波衍射55
2.6.1點聲源模型55
2.6.2超聲波衍射模型57
2.6.3超聲波衍射時差法59
參考文獻63
第3章超聲波的界面傳播理論64
3.1超聲波的反射與透射64
3.1.1垂直入射到異質界面64
3.1.2斜入射到異質界面68
3.2固體界面上的超聲波反射和折射73
3.2.1平面諧波74
3.2.2平面波垂直入射波動規律74
3.3固體界面上的超聲波斜入射波動規律83
3.3.1相連的半空間83
3.3.2P波的反射85
3.3.3SV波的反射90
3.3.4自由面上能量的反射和分配94
3.3.5SH波的反射和折射95
3.4固體介質中的波型變換97
3.4.1超聲波聲場98
3.4.2縱波和橫波在固體介質中的波型變換106
3.4.3無損檢測中常用的轉換波型116
參考文獻122
第4章聲表面波124
4.1聲表面波的基本概念124
4.1.1聲表面波的產生124
4.1.2聲表面波的性質127
4.2聲表面波的激勵接收130
4.2.1聲表面波器件用壓電材料130
4.2.2聲表面波激勵接收原理131
4.2.3聲表面波的傳播特性136
4.3聲表面波檢測模型138
4.3.1聲表面波應變測量模型138
4.3.2聲表面波轉矩測量模型139
4.4基於聲表面波的缺陷檢測141
4.4.1單層各向同性板中表面波的傳播特性142
4.4.2聲表面波缺陷檢測的基本原理142
4.4.3聲表面波傳感器及檢測案例149
4.5聲表面波檢測技術的發展趨勢154
參考文獻155
第5章超聲導波與頻散特性158
5.1超聲導波的基本概念159
5.1.1彈性板中的水平剪切導波159
5.1.2水平剪切導波的頻散特性162
5.1.3層板中SH波的能量164
5.2板中的超聲導波167
5.2.1單層板中的超聲導波的產生及其傳播特性167
5.2.2單層板中的超聲導波傳播模型176
5.2.3多層板中的超聲導波傳播模型192
5.3管中的超聲導波206
5.3.1管中縱向導波的產生及傳播特性208
5.3.2管中周向導波的產生及傳播特性213
5.3.3管中導波的數值解217
5.4杆中的超聲導波221
5.5超聲導波檢測技術的發展趨勢227
參考文獻229
第6章非線性超聲波基本理論232
6.1基本假設232
6.2固體介質中的非線性超聲波動方程232
6.3運動方程233
6.4各向同性彈性固體中的非線性波235
6.5單一頻率聲場激勵下非線性超聲波動方程的解237
6.6混合頻率聲場激勵下非線性超聲波動方程的解240
6.7附加靜壓力或常壓力的各向同性彈性體中波的傳播244
6.7.1靜壓力負載下的縱波傳播248
6.7.2單向壓力a方向傳播縱波的情形249
6.7.3靜壓力負載下的橫波傳播249
6.7.4b方向上加壓應力a方向傳播縱波250
6.7.5b方向上加壓應力a方向傳播橫波250
6.7.6c方向上加壓應力a方向傳播橫波250
6.7.7a方向上加壓應力a方向傳播橫波250
6.8表面波非線性特性及檢測應用251
6.8.1超聲表面波二次諧波檢測254
6.8.2超聲表面波混疊檢測258
6.9導波非線性特性及檢測應用260
6.9.1導波非線性特性261
6.9.2非線性超聲導波檢測265
參考文獻268
第7章液固耦合超聲場理論272
7.1超聲場272
7.1.1聲場特征參數272
7.1.2換能器聲場特征274
7.1.3超聲波聲場276
7.2超聲波聲場計算模型280
7.2.1點源疊加模型280
7.2.2多高斯聲束模型282
7.2.3點源-高斯聲束模型284
7.3液體超聲場288
7.3.1液體縱波聲場288
7.3.2高斯聲束條件與近軸近似291
7.4高斯聲束波動方程的解析解293
7.5反射與折射高斯聲束模型297
7.6斜入射高斯聲束模型300
7.7液固耦合聲束模型304
參考文獻308
第8章應力超聲檢測310
8.1應力超聲檢測理論310
8.1.1聲彈性理論310
8.1.2波速與應力關繫315
8.1.3非線性超聲與應力關繫317
8.2超聲臨界折射縱波320
8.2.1超聲臨界折射縱波的產生320
8.2.2臨界折射縱波的特性322
8.2.3臨界折射縱波應力檢測數學模型324
8.2.4臨界折射縱波檢測原理325
8.3殘餘應力產生與檢測方法326
8.3.1殘餘應力產生326
8.3.2殘餘應力對構件的影響328
8.3.3當前應力檢測技術330
8.4殘餘應力超聲檢測技術發展趨勢332
參考文獻333
第9章相控陣波束控制與陣列檢測技術336
9.1超聲相控陣技術基本概念336
9.2超聲相控陣原理336
9.2.1相控陣換能器分類336
9.2.2超聲相控陣波束發射控制337
9.2.3超聲相控陣波束控制原理341
9.3相控陣換能器聲場模型344
9.3近似相控陣聲場模型344
9.3.2瑞利積分相控陣聲場模型346
9.4換能器陣列聲場349
9.4.1陣列參數349
9.4.2線性陣列350
9.4.3層析陣列351
9.4.4陣列聲場352
9.5陣列成像算法357
9.5.1透射式成像算法357
9.5.2橢圓層析成像算法361
9.6超聲相控陣檢測技術發展趨勢365
9.6.1高性能新型陣列換能器365
9.6.2相控陣技術與超聲成像技術結合366
9.6.3高度集成、高速處理和實時顯示功能366
參考文獻366
第10章高頻超聲檢測技術與應用370
10.1高頻超聲簡介370
10.2高頻超聲理論370
10.2.1高頻超聲的傳播特性370
10.2.2高頻超聲波動方程378
10.2.3高頻超聲聲場模型380
10.2.4高頻超聲聚焦特性384
10.2.5高頻超聲的非線性效應385
10.3高頻超聲成像算法385
10.3.1峰值成像原理387
10.3.2TOF成像原理388
10.3.3頻域成像原理389
10.4高頻超聲顯微鏡391
10.4.1高頻超聲顯微鏡原理391
10.4.2高頻超聲成像分辨力392
10.4.3高頻超聲的V(z)曲線393
10.5高頻超聲檢測應用394
10.5.1高頻超聲應用領域394
10.5.2高頻超聲檢測的發展趨勢395
10.5.3高頻超聲顯微鏡應用實例397
參考文獻404
第11章非接觸超聲檢測技術407
11.1空氣耦合超聲檢測技術407
11.1.1概述407
11.1.2空氣耦合超聲換能器408
11.1.3空氣耦合超聲檢測原理與應用410
11.1.4空氣耦合超聲檢測的影響因素419
11.2激光超聲檢測技術423
11.2.1概述423
11.2.2激光超聲理論425
11.2.3激光超聲的特性432
11.2.4激光超聲的接收方式439
11.2.5激光超聲檢測應用445
11.3電磁超聲檢測技術445
11.3.1概述445
11.3.2電磁超聲換能器446
11.3.3電磁超聲諧振447
11.3.4電磁超聲檢測應用449
參考文獻451

本書論述了超聲波無損檢測的物理基礎，繫統地分析了彈性介質中的波動理論及聲場特征，介紹了近期新的無損檢測超聲波理論(精)及技術應用原理，主要內容包括固體中超聲波動基本理論、液固耦合超聲場理論及界面條件對超聲傳播的影響規律、臨界折射縱波和超聲表面波傳播理論及應用、聲束疊加與陣列檢測、超聲相控陣波束控制與合成、高頻超聲檢測理論與應用以及非線性超聲波基本理論，最後介紹了幾類非接觸超聲無損檢測技術。 本書適合超聲無損檢測領域的研究者學習和參考，也可作為高級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，書中相關前沿技術理論的介紹也可供相關無損檢測技術裝備開發人員參考借鋻。