定 價：148 元
叢書名：“十二五”國家重點圖書出版規(guī)劃項目 現(xiàn)代電磁無損檢測學(xué)術(shù)叢書
- 作者：陳振茂
- 出版時間：2017/11/6
- ISBN：9787111559191
- 出 版 社：機械工業(yè)出版社
- 中圖法分類：TG115.28
- 頁碼：229
- 紙張：膠版紙
- 版次：1
- 開本：16K
本書以作者長年科學(xué)研究成果為基礎(chǔ)，結(jié)合學(xué)科新進展，針對典型電磁無損檢測方法，包括渦流檢測、脈沖渦流檢測、漏磁檢測、直流電位檢測以及電磁超聲檢測的數(shù)值模擬方法進行了系統(tǒng)介紹。針對各種檢測方法，給出了電磁場有限元分析、信號計算的理論公式和具體計算步驟，以及程序開發(fā)思路和針對典型檢測探頭和檢測對象的數(shù)值計算例。同時，以典型缺陷反演重構(gòu)為目的，給出了檢測信號反演的各種方法和計算實例，并介紹了幾種檢測信號高效計算方法。后給出了核能結(jié)構(gòu)、復(fù)合材料、超輕多孔材料檢測等方面的應(yīng)用實例。本書首次系統(tǒng)歸納了電磁無損檢測數(shù)值模擬理論和方法，對電磁無損檢測和計算電磁場研究人員和研究生具有參考意義。
隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，現(xiàn)代裝備和結(jié)構(gòu)趨于大型、復(fù)雜、高性能化，隨之而來的是結(jié)構(gòu)和材料的失效可能導(dǎo)致嚴(yán)重事故，危及人民生命財產(chǎn)安全。如何避免災(zāi)難性事故的發(fā)生是現(xiàn)代裝備和結(jié)構(gòu)必須解決的問題，是國家的重大需求。保障結(jié)構(gòu)完整性的需求凸顯了在役和役前無損檢測的重要性，同時為避免過度維護導(dǎo)致的經(jīng)濟性和可靠性問題，定量無損評價已成為重要手段。
在眾多無損檢測手段中，電磁無損檢測具有非接觸、快速、信號處理簡便等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于眾多工業(yè)領(lǐng)域。數(shù)值模擬是理解電磁無損檢測信號發(fā)生機理、設(shè)計和優(yōu)化探頭、基于信號反演對缺陷進行定量重構(gòu)的關(guān)鍵手段。電磁無損檢測的基本原理主要是低頻電磁場問題，涉及瞬態(tài)、穩(wěn)態(tài)線性渦流場，非線性靜、動態(tài)磁場，恒定電流場等問題，同時針對復(fù)合材料無損檢測還需考慮材料各向異性。因此，電磁無損檢測的數(shù)值模擬涉及低頻電磁場數(shù)值分析的基本理論、方法和學(xué)科前沿問題。
本書以作者多年的科學(xué)研究成果為基礎(chǔ)，結(jié)合學(xué)科最新研究進展，針對典型電磁無損檢測方法，包括渦流檢測（Eddy Current Testing，ECT）、脈沖渦流檢測（Pulsed ECT，PECT）、漏磁檢測（Magnetic Flux Leakage Testing，MFLT）、直流電位檢測（DC Potential Drop，DCPD）以及電磁超聲檢測（Electromagnetic Acoustic Testing，EMAT）的數(shù)值模擬方法進行了系統(tǒng)深入的介紹。針對上述各種檢測方法，分別給出了電磁場控制方程、有限元分析、信號計算的理論公式和具體計算步驟，以及程序開發(fā)的主要思路，還給出了針對典型檢測探頭和對象的數(shù)值模擬結(jié)果算例。同時，以典型缺陷反演重構(gòu)為目的，給出了檢測信號反演的各種方法和計算實例，并介紹了幾種檢測信號的高效計算方法。最后給出了電磁無損檢測數(shù)值模擬在核能結(jié)構(gòu)、超輕多孔材料等方面的應(yīng)用實例。本書首次系統(tǒng)歸納了主要電磁無損檢測數(shù)值模擬方法和計算程序思路，對從事電磁無損檢測和計算電磁場理論及應(yīng)用的研究人員和研究生具有參考意義。
本書首次嘗試歸納電磁無損檢測數(shù)值模擬相關(guān)的經(jīng)典方法和最新研究成果，對作者研究組以外的研究成果也做了一些介紹。其中，部分內(nèi)容是作者在國外學(xué)習(xí)研究期間涉及的工作內(nèi)容，得到了日本東京大學(xué)、日本東北大學(xué)、日本原子能機構(gòu)（JAEA）及美國密歇根大學(xué)等相關(guān)國內(nèi)外大學(xué)和研究機構(gòu)學(xué)者的支持和協(xié)助，部分內(nèi)容是作者指導(dǎo)的博士和碩士研究生的學(xué)位論文內(nèi)容。曾志偉負(fù)責(zé)的內(nèi)容得到了課題組李儉老師的協(xié)助。在此對相關(guān)學(xué)者和學(xué)生表示衷心感謝。本書成稿過程中，參照現(xiàn)代電磁無損檢測技術(shù)叢書編委會各位委員非常有價值的意見和建議進行了多次修改。華中科技大學(xué)康宜華教授任本書主審，對全書進行了全面審定。在此，對他們一并表示衷心感謝。本書部分公式和圖表的繪制、校對等得到陜西省無損檢測與結(jié)構(gòu)完整性評價工程技術(shù)研究中心研究生的鼎力幫助，這里也向他們表示衷心的感謝。
本書第1章、第2章、第6章主要內(nèi)容和第8章部分內(nèi)容由西安交通大學(xué)陳振茂執(zhí)筆，第3章全部內(nèi)容和第2章、第8章部分內(nèi)容由廈門大學(xué)曾志偉執(zhí)筆，第4章、第5章全部和第6章及第1章的部分內(nèi)容由西安交通大學(xué)解社娟執(zhí)筆，第7章全部及第8章部分內(nèi)容由西安交通大學(xué)裴翠祥執(zhí)筆。全書由陳振茂、解社娟整理統(tǒng)稿。鑒于作者的知識范圍和編排時間等因素，書中難免有不妥甚至錯誤之處，敬請讀者批評指正。
編著者
序1
序2
前言
第1章緒論1
1.1無損檢測和電磁無損檢測1
1.1.1無損檢測的基本概念1
1.1.2無損檢測一般原理2
1.1.3電磁無損檢測方法3
1.1.4無損檢測實際應(yīng)用要點5
1.2無損檢測典型工程背景6
1.2.1核電站結(jié)構(gòu)應(yīng)力腐蝕裂紋無損檢測6
1.2.2燃?xì)廨啓C熱端葉片熱障涂層無損評價7
1.2.3超輕多孔材料無損檢測8
1.2.4碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料無損檢測9
1.3電磁無損檢測研究歷史和現(xiàn)狀10
1.4電磁無損檢測數(shù)值模擬方法研究現(xiàn)狀12
1.4.1電磁無損檢測數(shù)值模擬基本過程12
1.4.2電磁無損檢測正問題數(shù)值模擬方法13
1.4.3電磁無損檢測反問題數(shù)值模擬方法14
1.5本書主要內(nèi)容和框架15
第2章渦流檢測數(shù)值模擬方法17
2.1渦流檢測問題基本方程17
2.1.1渦流場基本控制方程17
2.1.2A表述渦流場基本方程18
2.1.3A*表述渦流場基本方程20
2.2渦流檢測軸對稱問題21
2.2.1渦流場軸對稱問題控制方程21
2.2.2軸對稱問題有限元離散22
2.3三維渦流檢測正問題數(shù)值模擬方法25
2.3.1基于A方程的有限元邊界元混合法25
2.3.2基于退化磁向量位和棱邊有限元的Ar方法30
2.3.3渦流檢測體積分計算方法32
2.3.4渦流檢測信號計算公式34
2.4基于數(shù)據(jù)庫的正問題高效求解方法38
2.5正問題求解方法驗證算例40
2.5.1軸對稱問題算例40
2.5.2三維渦流檢測正問題算例40
2.6渦流檢測反問題方法42
2.6.1基于共軛梯度方法的裂紋形狀重構(gòu)42
2.6.2復(fù)雜裂紋隨機組合反演重構(gòu)49
2.6.3基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的裂紋重構(gòu)55
第3章渦流檢測數(shù)值模擬新進展60
3.1帶磁心渦流探頭檢測信號計算60
3.1.1傳統(tǒng)三維渦流有限元模擬方法存在的問題60
3.1.2區(qū)域分解方法基本思想61
3.1.3基于插值耦合的區(qū)域分解方法63
3.1.4基于解析計算耦合的區(qū)域分解方法67
3.2各向異性復(fù)合材料的渦流檢測數(shù)值模擬方法73
3.2.1碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料渦流檢測及其數(shù)值模擬研究概況74
3.2.2電各向異性材料渦流分析的Ar,ArV表述75
3.2.3電各向異性對平面內(nèi)渦流分布的影響79
3.2.4纖維方向?qū)ζ矫鎯?nèi)渦流分布的影響79
3.2.5碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料中的渦流衰減規(guī)律82
3.2.6纖維斷裂渦流檢測模擬83
3.3無網(wǎng)格伽遼金法渦流檢測數(shù)值模擬85
3.3.1移動最小二乘法構(gòu)造近似解85
3.3.2渦流場的無網(wǎng)格伽遼金法求解基本原理86
3.3.3無網(wǎng)格伽遼金法求解電磁場問題應(yīng)用實例93
3.3.4無網(wǎng)格伽遼金法存在的問題95
第4章脈沖渦流檢測信號數(shù)值模擬方法97
4.1脈沖渦流檢測信號數(shù)值計算方法97
4.1.1基于傅里葉級數(shù)的脈沖渦流檢測信號計算方法97
4.1.2脈沖渦流信號時域積分法102
4.1.3驗證與應(yīng)用103
4.2脈沖渦流信號的高效數(shù)值模擬方法104
4.2.1脈沖渦流信號高效數(shù)值求解的重要性104
4.2.2體缺陷渦流檢測快速求解算法104
4.2.3體缺陷脈沖渦流檢測快速算法及其驗證109
4.3基于共軛梯度方法的脈沖渦流反問題110
4.3.1三維管壁局部減薄缺陷的定量反演算法110
4.3.2雙層結(jié)構(gòu)冷卻管道的管壁減薄脈沖渦流檢測實驗115
4.3.3基于實驗信號的管壁減薄缺陷重構(gòu)結(jié)果117
4.4神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)共軛梯度復(fù)合脈沖渦流信號反演方法119
4.4.1脈沖渦流信號的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演算法120
4.4.2神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和共軛梯度混合法122
第5章直流電位檢測數(shù)值模擬方法124
5.1直流電位檢測電阻網(wǎng)絡(luò)正問題方法124
5.1.1電阻網(wǎng)絡(luò)模型124
5.1.2電阻網(wǎng)絡(luò)法控制方程125
5.1.3電阻網(wǎng)絡(luò)法求解過程126
5.2直流電位檢測有限元數(shù)值模擬方法127
5.2.1直流電位檢測信號有限元法數(shù)值模擬理論127
5.2.2數(shù)值模擬程序及算例129
5.3復(fù)雜邊界缺陷處理方法130
5.3.1多介質(zhì)有限單元130
5.3.2多介質(zhì)單元系數(shù)矩陣計算方法131
5.3.3基于多介質(zhì)單元的直流電位信號計算程序和算例132
5.4直流電位檢測信號的高效計算133
5.4.1直流電位檢測信號的高效數(shù)值計算理論133
5.4.2快速算法中數(shù)據(jù)庫的建立方法135
5.4.3高效數(shù)值模擬方法程序的開發(fā)與正確性驗證135
5.4.4基于多介質(zhì)單元的數(shù)據(jù)庫型快速算法135
5.5直流電位檢測反問題方法137
5.5.1基于隨機優(yōu)化方法的直流電位檢測信號反演137
5.5.2基于最速下降法的泡沫金屬缺陷定量重構(gòu)140
5.5.3基于混合反問題方法的泡沫金屬復(fù)雜缺陷定量重構(gòu)141
第6章漏磁檢測數(shù)值模擬方法143
6.1靜態(tài)磁場等效磁極化計算方法143
6.1.1非線性靜態(tài)磁場問題控制方程143
6.1.2非線性磁性材料靜磁問題的三維FEMBEM混合解法144
6.1.3程序開發(fā)和有效性驗證148
6.2漏磁檢測信號的高效計算方法150
6.2.1快速正問題算法基本方程151
6.2.2計算區(qū)域的縮減151
6.2.3快速算法的數(shù)值實現(xiàn)152
6.2.4數(shù)值算例153
6.3漏磁檢測反問題154
6.3.1裂紋形狀的參數(shù)化155
6.3.2裂紋形狀重構(gòu)算法155
6.3.3反問題求解算例156
第7章電磁超聲檢測數(shù)值模擬方法158
7.1電磁超聲檢測概述158
7.1.1電磁超聲換能器的基本構(gòu)造158
7.1.2電磁超聲檢測基本原理159
7.2洛倫茲力電磁超聲檢測數(shù)值模擬方法160
7.2.1基于等效磁荷法的靜態(tài)磁場計算160
7.2.2脈沖渦流場和洛倫茲力的計算162
7.2.3超聲波的有限差分?jǐn)?shù)值計算方法163
7.2.4超聲波的有限元數(shù)值模擬方法167
7.2.5基于洛倫茲力的電磁
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