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 采用COMSOL 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

3.4.16线圈矢量磁位

3.4.2 矩形截面线圈的矢量磁位

3.4.3 线圈阻抗、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

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波有限元仿真方法

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7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2100433B

电磁超声导波理论与应用内容简介

《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开发人员也具有借鉴意义。

电磁超声导波理论与应用作者简介

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开发工作。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。

1 超声导波

1．1 超声导波的研究背景

1．2 超声导波与超声体波

1．3 超声导波的基本特性

1．3．1 群速度和相速度

1．3．2 频散与多模态特性

1．4 超声导波无损检测技术特点

1．5 管道超声导波无损检测的研究现状

1．5．1 理论研究

1．5．2 应用研究

参考文献

2 超声导波在管道中的传播理论

2．1 管道超声导波传播特性分析

2．1．1 超声导波解析模型

2．1．2 超声导波有限元模型

2．1．3 超声导波传播特性

2．2 管道超声导波波源分析

2．2．1 简正模态展开法

2．2．2 外载荷扰动分析

2．3 超声导波衰减特性分析

2．3．1 带防腐层管道超声导波检测

2．3．2 埋地管道超声导波检测

参考文献

3 管道导波的有限元仿真及应用

3．1 有限元软件ABAQUS

3．2 轴对称导波的有限元仿真

3．2．1 建立三维模型

3．2．2 定义分析步和输出

3．2．3 相互作用

3．2．4 施加载荷和边界约束

3．2．5 网格划分

3．2．6 后处理（分析）

3．3 仿真实例

3．3．1 纵向模态导波的有限元仿真

3．3．2 扭转模态导波的有限元仿真

参考文献

4 非轴对称管道导波声场调控方法

4．1 非轴对称管道导波声场调控理论

4．1．1 基于螺旋换能器的非轴对称导波激励方法

4．1．2 基于圆周相控阵列换能器的非轴对称导波激励方法

4．2 非轴对称管道导波传播特性仿真

4．2．1 基于螺旋换能器的非轴对称导波传播仿真

4．2．2 基于圆周相控阵列换能器的非轴对称导波传播仿真

4．3 两种调控方法的特点

参考文献

5 超声导波换能器及检测仪器

5．1 压电式导波换能器

5．2 磁致伸缩式导波换能器

5．2．1 磁致伸缩效应

5．2．2 磁致伸缩导波换能器结构

5．2．3 磁致伸缩换能器优化

5．3 电磁超声式导波换能器

5．4 激光超声式

5．5 超声导波检测仪器

5．5．1 导波仪原理介绍

5．5．2 超声导波方向控制

5．5．3 超声导波距离幅值分析

5．5．4 国内外超声导波仪器

5．6 超声导波检测案例

案例5．1 ： MSGW超声导波仪在多个弯头管道检测中的应用

……

6 磁致伸缩导波管道检测新技术及其应用

7 超声导波管道腐蚀监测技术

《超声导波管道无损检测技术及应用》在介绍超声导波研究背景基础上综述了国内外管道无损检测研究现状；详细阐述了超声导波的基本概念以及频散、多模态和波结构等超声导波特性；介绍了超声导波在管道中传播特性的理论基础和有限元数值仿真方法；建立了非轴对称管道导波声场调控理论；全面介绍了超声导波换能器及检测仪器的类型和特点，并给出了实际检测的应用案例；介绍了管道导波检测新的研究成果包括相控阵技术、周向扫查成像检测技术、非轴对称导波对螺旋焊管和缺陷定征方面的检测应用；最后介绍了管道导波监测技术的研究内容和应用实例。

《超声导波管道无损检测技术及应用》可供超声导波研究者或相关无损检测技术从业者学习阅读。