超声无损检测基础——力学建模方法

超声（波）目前被广泛应用于从医学成像到金属切削等的各个领域。《超声无损检测基础——力学建模方法》主要介绍超声（波）在无损检测中的应用。

超声无损检测技术采用高频声/弹性波来检测部件，而不影响其结构完整与正常使用。该技术在工业界得以广泛应用（尤其是航空航天和核能领域），用以对服役过程中的关键安全部件进行探伤。超声无损检测的其他应用领域还包括制造过程控制、基本材料特性研究等。

超声测量系统的搭建并不困难，它可向构件内发射波束，并接收缺陷（如裂纹）处反射的信号，即使是缺陷深处构件内部也可测得。然而，如何定量化地解释测得的信号却绝非易事。例如，已知信号自某裂纹处传来，可否知其尺寸多大，形状如何，方向角几度。回答这些问题，需要对超声测量全过程的物理机制有详细的认识。为达到这些认识，就需要对超声测量全过程进行建模，并将定量化的实验与该模型联系起来。这样的模型称为超声无损检测测量模型。

在工程界的其他领域，建模引导了工程实践的革新。一个经典的案例，就是有限单元法给弹性应力分析带来的巨大冲击力。超声测量模型，以及其他无损检测方法（如X射线和涡流）的相应模型，也可能在无损检测领域引发类似的革新。事实上，借助这些模型，设计工程师便可很快针对无损检测问题进行结构设计与分析。我们期望本书能揭示这些建模方法的强大功能及其前景。

本书的主要目的，是展示超声测量模型的建构，及其如何描述典型无损检测系统的关键环节；进而演示其在基本校准和标定中的应用。尽管超声无损检测系统是由许多机电过程复杂地组合而成的，但对检测过程进行建模只需用到少数基本概念即可。这些概念包括：线性时移不变系统及傅里叶变换，互易性及基本解，平面波理论及稳相法等。它们将以相对独立的方式在正文和附录中进行阐述。

为了便于未学习弹性力学和弹性波的读者阅读，本书写作上采用了双层手法：首先，将力学模型以基于标量的声波形式给出；然后完整地描述其弹性波形式。通常情况下，声学（流体）模型已然能够描述超声测量的物理实质，因此本书得以在简单的数学框架下展示大部分重要结论，而无须牵扯到弹性力学中繁复的张量运算。

本书大部分内容来自作者在艾奥瓦州立大学讲授多年的超声无损检测基础研究生课。本书采用的通用方法也大量借鉴了作者在艾奥瓦州立大学无损检测中心及其他地方的同事们的工作。本书结合了波传播与散射的基本原理、已然完善的研究成果，以及新的发展动态。之前，本书所涉及的主题散见于不同的著述中，这也是第一次将这些主题归纳到统一的框架之下。

由于本书重视超声无损检测测量系统模型的数学性，因此对一些建模过程给出了详细的推导，如此，模型所倚赖的一些假定与近似便可被接受。为了帮助学习，每章末尾设置了习题，均为对每章所提出概念的应用与扩展。本书的内容无法在一个学期课程中全部涵盖，可分为若干个学期，分别在高年级本科及研究生阶段讲授。

译者简介

钱征华，南京航空航天大学航空学院教授，博导。曾获教育部新世纪优秀人才计划，江苏特聘教授，江苏省“双创人才”和江苏省“杰青”等荣誉，兼任中国力学学会电子电磁器件力学工作组副组长，江苏省力学学会理事和副秘书长等。长期从事压电声波器件结构分析、波动仿真模拟、超声导波无损检测方法及实验研究等，涉及无线通讯、先进制造、轨道交通和压电电子学等领域。已发表论文130余篇，其中SCI收录100余篇，EI收录30余篇，受邀撰写英文著作3章。在国内外学术会议上做大会和邀请报告10多次；申请和授权国家发明专利10余项，登记软件著作权4项。

本文摘编自《超声无损检测基础——力学建模方法》?一书。内容有删减。

《超声无损检测基础——力学建模方法》

978-7-03-067404-3

（美）李斯特·W. 斯克姆尔·Jr.（Lester W. Schmerr Jr.）著

钱征华，王彬 译

责任编辑：李涪汁 高慧元

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内容简介

《超声无损检测基础——力学建模方法》是关于工程结构中超声波无损检测的理论、建模与计算的科技专著。书中介绍了超声波无损检测系统的组成，以及各个部件的数学和力学模型，并演示了结构中缺陷定量化标定和重构的工程实例。全书主要章节包括：超声波无损检测声学与力学理论基础；工程结构中弹性波的传播与散射理论；超声波检测系统与收发过程建模；以及超声波定量化无损检测的典型工程实例等。

文章来源：《无损检测》 网址: http://www.wsjczzs.cn/zonghexinwen/2021/0525/542.html