黏弹性复合材料激光超声理论与技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

孙宏祥 著

图书标签:

• 黏弹性
• 复合材料
• 激光超声
• 无损检测
• 材料科学
• 声学
• 超声技术
• 力学
• 工程技术
• 结构健康监测

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030517425

版次：01

商品编码：12226794

包装：精装

丛书名： 材料科学技术著作丛书

开本：16开

出版时间：2017-07-01

页数：220

字数：265000

正文语种：中文

内容简介

《黏弹性复合材料激光超声理论与技术》系统介绍了黏弹性复合材料中激光超声的基本理论与检测技术。主要内容包括：激光超声的研究进展，激光超声的基本理论，黏弹性复合材料中激光激发兰姆波与瑞利波的传播特性，纤维复合材料中激光激发超声波的传播特性，激光超声技术检测黏弹性复合结构的微缺陷以及激光激发温度场分布对超声波传播路径的控制。

目录

序
前言
第1章 绪论 1
1.1 激光超声技术研究现状 2
1.2 激光激发兰姆波研究现状 2
1.3 激光激发瑞利波研究现状 5
1.4 激光超声技术检测结构缺陷研究现状 8
1.5本书主要研究工作 9
参考文献 10
第2章 激光超声基本理论 19
2.1 平面应变理论 19
2.1.1 固体平板 19
2.1.2 多层固体 23
2.1.3 流固耦合结构 24
2.2 热弹耦合理论 25
2.2.1 固体平板 25
2.2.2 流体介质 26
2.3 有限元数值方法 27
2.3.1 有限元法简介 27
2.3.2 平面应变有限元形式 28
2.3.3 热弹耦合有限元形式 30
2.3.4 有限元模拟稳定性和精度 32
2.3.5 吸收区域 33
2.3.6 激光激发源 36
2.4 有限元数值求解 39
2.4.1 平面应变有限元求解 39
2.4.2 热弹耦合有限元求解 42
2.5 热弹耦合解析求解 45
2.5.1 热弹波动方程势函数形式 45
2.5.2 固体平板势函数解析求解 47
2.5.3 流固半无限大空间结构势函数解析求解 50
2.5.4 色散与衰减曲线 55
参考文献 56
第3章 激光激发兰姆波传播特性 59
3.1 单层固体平板中兰姆波传播特性 59
3.1.1 平面应变三维模型 59
3.1.2 平面应变二维模型 62
3.1.3 热弹耦合二维模型 65
3.2 多层胶黏平板中兰姆波传播特性 74
3.2.1 三层胶黏平板 74
3.2.2 双层胶黏平板 79
参考文献 80
第4章 激光激发瑞利波传播特性 81
4.1 单层固体平板中瑞利波传播特性 81
4.1.1 平面应变二维模型 81
4.1.2 热弹耦合二维模型 84
4.2 涂层/基底结构中瑞利波传播特性 89
4.2.1 黏弹性涂层/基底结构 89
4.2.2 透明胶黏涂层/基底结构 96
4.2.3 浸没在流体中涂层/基底结构 110
4.3 近表面层黏性梯度变化固体平板中瑞利波传播特性 114
参考文献 120
第5章 纤维复合材料中 激光激发超声波传播特性 122
5.1 单层纤维复合平板中兰姆波传播特性 122
5.1.1 平面应变三维模型 122
5.1.2 平面应变二维模型 124
5.2 多层纤维复合平板中兰姆波传播特性 130
5.3 纤维复合材料涂层/基底结构中瑞利波传播特性 136
参考文献 140
第6章 激光超声技术检测结构表面微缺陷 142
6.1 激光激发瑞利波与结构表面裂痕作用机理 142
6.2 激光激发瑞利波检测黏弹性平板表面缺陷深度 148
6.3 激光激发瑞利波检测结构表面倾斜缺陷 154
6.4 激光激发体波检测结构内部微缺陷 161
参考文献 163
第7章 基于温度场分布对超声波传播路径控制 164
7.1 热声控制基本理论 164
7.2 基于两个恒温热源温度场分布的声聚焦效应 165
7.3 基于多个恒温热源温度场分布的声聚焦效应 180
7.4 基于多个恒温热源温度场分布的声非对称传输效应 197
7.5 激光辐照移动平板产生的温度场分布 205
参考文献 210

《声波探伤术：原理、方法与应用》 简介： 本书深入探讨了声波探伤技术的核心原理、多样化方法及其在各行各业的广泛应用。旨在为读者构建一个全面而系统的认知框架，从基础的声学理论出发，逐步深入到先进的无损检测技术，最终展现其在实际工程问题解决中的强大效能。 第一部分：声学基础与波的传播 本部分将从声波的起源和性质讲起，详细阐述声波在介质中传播的基本规律。我们将首先介绍声音的产生机制，包括振动、频率、振幅、波长等关键概念，并解释声波作为一种机械波，其能量传递的方式。接着，我们将深入探讨声波在不同介质（固体、液体、气体）中的传播特性，分析介质的弹性模量、密度等物理参数对声速的影响。 重点内容包括： 声波的产生与特性： 振动源、声压、声强、声级等概念的定义与量化。 声波的传播机制： longitudinal wave (纵波) 和 transverse wave (横波) 的形成与传播方式，以及它们在固体介质中的特性差异。 声速的决定因素： 介质的密度、弹性模量（杨氏模量、剪切模量、体积模量）与声速的关系。 声波的衰减： 传播过程中声能损耗的物理机制，包括几何扩散、吸收和散射，以及影响衰减的因素。 声波的反射、折射与衍射： 声波在不同介质界面上的行为，以及声波绕过障碍物的现象，为后续的探伤原理奠定基础。 第二部分：超声波的产生与探测 在掌握了基础声学原理后，本书将聚焦于超声波——声波探伤术的核心工具。我们将详细介绍超声波的产生原理，主要依赖于压电效应，并阐述压电换能器的工作原理，包括其结构、材料选择以及如何产生和接收高频声波。 重点内容包括： 超声波的定义与特性： 频率范围、波长与检测灵敏度的关系。 压电效应与超声波换能器： 正压电效应和逆压电效应的原理，单晶、多晶压电材料的特性，换能器的设计与性能参数（如频率、带宽、灵敏度）。 超声波的激励与接收： 脉冲激励方式、连续波激励方式，以及接收信号的处理。 换能器的类型与选择： 直探头、斜探头、穿透探头、表面波探头等，以及不同探头在不同检测场景下的适用性。 第三部分：超声波探伤基本原理 本部分是本书的核心，将深入剖析超声波探伤的各种基本原理。我们将详细解释超声波在材料内部遇到缺陷时的反射、散射和透射现象，并说明如何利用这些现象来探测和评估材料的内部缺陷。 重点内容包括： 缺陷的回波原理： 缺陷（如裂纹、气孔、夹杂等）对超声波的散射和反射特性，以及回波信号的幅值、形状与缺陷大小、位置、取向的关系。 扫查与显示： 超声波在材料表面的移动（扫查）过程，以及将接收到的回波信号转化为可视化的检测图像（显示）的方法。 A型显示（A-scan）： 脉冲回波法中最基础的显示方式，展示回波信号随时间（距离）的变化，用于判断缺陷的位置和大致尺寸。 B型显示（B-scan）： 截面成像，通过扫描线多次A型扫描组合而成，显示材料内部的二维截面图像，更直观地展现缺陷的形状和分布。 C型显示（C-scan）： 平面成像，以扫描平面上的位置为横坐标，回波强度为纵坐标，显示特定深度层面上的缺陷分布，常用于大面积扫查。 缺陷的定性与定量： 根据回波的幅值、位置、形状等信息，对缺陷的类型、大小、深度进行判断。 第四部分：超声波探伤的主要技术与方法 在掌握了基本原理之后，本部分将介绍几种主要的超声波探伤技术，包括它们的工作原理、操作步骤以及各自的优势与局限性。 重点内容包括： 脉冲回波法： 最常用的方法，通过发射脉冲并接收反射回波来探测缺陷。 穿透法： 利用声波穿过工件，通过测量接收到的声波强度变化来判断工件内部是否存在缺陷。 共振法： 利用工件内部缺陷改变其固有频率的原理进行检测。 相控阵超声检测（PAUT）： 利用多个独立的换能器元件，通过精确控制它们的发射和接收时间，实现超声波束的电子聚焦和扫描，具有更高的灵活性和成像能力。 全聚焦超声检测（TOFD）： 利用衍射时差原理，通过测量缺陷尖端衍射波的传播时间来精确测定缺陷深度，对细微裂纹的检测尤为有效。 第五部分：超声波探伤的实践应用 本部分将展示超声波探伤技术在不同行业和领域的实际应用案例，让读者理解该技术在保障产品质量、提高生产效率和确保安全运行方面的重要作用。 重点内容包括： 金属材料的检测： 钢材、铝合金、铸件等材料的内部缺陷（如夹杂、缩孔、气孔、裂纹）的检测。 焊接结构的检测： 焊缝内部的未焊透、气孔、夹渣、裂纹等缺陷的检测。 复合材料的检测： 层间脱粘、气泡、纤维断裂等缺陷的检测。 管道与容器的检测： 壁厚测量、腐蚀、裂纹等缺陷的检测。 航空航天领域的应用： 对关键结构件进行高精度无损检测，确保飞行安全。 能源行业的应用： 对发电设备、核电设备进行定期检测，预防事故发生。 第六部分：仪器设备与数据处理 本部分将简要介绍超声波探伤仪器的基本组成部分，包括主机、换能器、电缆等，并讨论数据采集、信号处理、图像显示和存储等方面的技术。 总结： 《声波探伤术：原理、方法与应用》一书力求全面、深入、实用，通过清晰的逻辑脉络和丰富的实例，帮助读者系统掌握超声波探伤技术，并能够将其应用于实际的工程检测和质量控制中，为保证各类材料和产品的可靠性提供有力的技术支持。

评分☆☆☆☆☆

在阅读这本书之前，我一直对激光超声在材料缺陷检测方面的应用充满了浓厚的兴趣，但总觉得它在理论层面似乎缺少了一些关键的支撑，尤其是在面对一些新兴的、性能优异的材料时。黏弹性复合材料，作为一种在高端制造领域应用越来越广泛的材料，其独特的力学行为，特别是随时间和频率变化的性质，使得传统的超声检测方法在分析其内部损伤时显得力不从心。我一直好奇，激光超声这种非接触式的、能够产生宽带激励的检测技术，如何能够有效地应对黏弹性复合材料的这些挑战？这本书的出现，让我看到了希望。我非常期待书中能够提供关于激光超声在黏弹性复合材料中产生和传播的完整理论框架。这不仅仅包括激光与材料相互作用产生声波的物理机制，更重要的是，如何将黏弹性材料的本构方程（例如，考虑了松弛和蠕变行为的模型）融入到声波传播方程中，以精确描述超声波在其中的衰减和频散现象。书中是否会探讨如何利用这些理论模型来解释实际观测到的激光超声信号，并从中反演出材料的黏弹性参数，如模量、阻尼系数等？此外，复合材料的多相性和各向异性，也使得其超声波传播行为更加复杂。我希望书中能够提供针对不同纤维类型、基体材料以及界面特性，如何影响激光超声信号传播的详细分析，并给出相应的预测模型。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名，让我眼前一亮，特别是“黏弹性复合材料”和“激光超声”这两个关键词的组合。我是一名在汽车轻量化领域工作的研究人员，我们一直在寻找更高效、更精确的无损检测技术来评估碳纤维增强聚合物（CFRP）等先进复合材料的质量和性能。CFRP材料，由于其纤维增强和聚合物基体的特性，常常表现出复杂的黏弹性行为，即其力学响应会随着时间和加载频率而变化。这使得传统的超声检测方法在评估其内部损伤（如微裂纹、脱层、纤维断裂）时，面临着信号衰减快、频散效应显著等挑战。激光超声，作为一种非接触式的检测手段，其高分辨率和宽频带激励的能力，为解决这些问题提供了新的可能。我非常期待这本书能够深入探讨激光超声在黏弹性复合材料中的应用。它是否会详细阐述激光与CFRP材料相互作用产生超声波的物理机制，以及这些超声波在具有黏弹性的CFRP材料中传播时的特点，例如如何描述其衰减和频散？我希望能看到书中提供一套系统的理论模型，能够将材料的黏弹性本构方程与超声波传播方程相结合，从而实现对材料内部损伤的精确预测和识别。此外，对于CFRP材料内部复杂的微观结构，如纤维取向、铺层顺序、界面特性等，书中是否会探讨如何利用激光超声技术来表征这些结构特征，并评估它们对材料整体性能的影响？

评分☆☆☆☆☆

拿到这本《黏弹性复合材料激光超声理论与技术》，我首先想到的是它在推动材料失效分析和寿命预测方面的巨大潜力。作为一名在航空发动机叶片设计和制造领域工作的工程师，我深知材料的可靠性对于飞行安全至关重要。航空发动机叶片通常采用高温合金或先进复合材料制成，而这些材料在长期服役过程中，会受到高温、高压、循环载荷等复杂环境的影响，容易产生疲劳裂纹、蠕变损伤等微观缺陷。黏弹性复合材料，由于其兼具弹性和粘性的特性，对这些损伤的演变过程表现出更为复杂的响应。我一直希望能够找到一种能够早期、精确地探测和评估这些损伤的方法，而激光超声技术，凭借其非接触、高空间分辨率和高灵敏度的特点，无疑是理想的候选者。我非常期待书中能够详细阐述激光超声如何在黏弹性复合材料中产生和传播，特别是如何克服黏弹性材料固有的声波衰减问题。书中是否会介绍针对不同类型的黏弹性复合材料，如何优化激光的激发参数和超声波的探测策略，以获得更清晰的损伤信号？我尤为关注的是，书中是否会提供将激光超声检测到的信号，与材料的力学性能（如断裂韧性、疲劳寿命）联系起来的理论模型和分析方法。如果能够通过激光超声技术，对材料内部的微观损伤进行定量评估，并预测其对材料宏观性能的影响，那将对我们的设计和制造工作带来革命性的改变。

评分☆☆☆☆☆

这本书的标题“黏弹性复合材料激光超声理论与技术”本身就足够吸引我了。作为一个在材料科学领域摸爬滚打多年的研究者，我一直对如何更深入地理解和表征复杂材料的力学行为感到好奇，尤其是那些具有黏弹性特征的复合材料。传统的无损检测方法，虽然在很多场景下表现出色，但在处理这类材料的细微形变、动态响应以及内部损伤时，总感觉有些力不从心。激光超声，作为一个非接触式的先进检测手段，其潜在的优势显而易见：它能够以极高的精度激发和接收声波，对材料表面和内部进行无损探测，并且在高温、高压或腐蚀性环境下依然能够可靠工作。而将激光超声技术与黏弹性复合材料这一极具挑战性的研究对象相结合，无疑是打开了探索新维度的大门。我迫切想知道，作者是如何将激光超声的物理原理，特别是其在复杂材料中的声波传播、衰减、散射等现象，与黏弹性复合材料的本构模型、微观结构、宏观力学响应等特性巧妙地结合起来的。书中是否会深入剖析激光与材料的相互作用机制，比如光热效应、光声效应如何有效地转化为超声波？又如何针对黏弹性材料的内在损耗特性，优化激光超声的信号采集和处理方法，以期获得更清晰、更有信息量的检测结果？此外，对于复合材料内部不同组分（如纤维、基体、界面）的黏弹性行为差异，以及这些差异如何影响超声波的传播，书中是否会提供详实的理论模型和数值模拟方法？我非常期待看到书中关于如何利用激光超声技术来识别和量化黏弹性复合材料中的各种缺陷，例如微裂纹、脱层、孔隙，甚至是纤维断裂等，并且能评估这些缺陷对材料整体性能的影响。

评分☆☆☆☆☆

初拿到这本书，我首先被其严谨的学术气息所吸引。作为一名刚刚开始涉足超声无损检测领域的博士生，我一直努力寻找一本既能打下坚实理论基础，又能指引实践操作的权威著作。而“黏弹性复合材料激光超声理论与技术”这个书名，恰好击中了我的痛点。我一直认为，理解一个理论的精髓，在于其数学模型的严谨性和物理过程的清晰阐述。因此，我非常期待书中能够详细介绍激光超声产生的基本物理原理，例如激光脉冲与材料表面相互作用时，如何通过热弹性效应或烧蚀效应高效地产生宽带超声波。更重要的是，我希望能深入了解这些超声波在黏弹性复合材料内部传播时的复杂行为。黏弹性材料的独特之处在于其既表现出弹性的恢复性，又表现出粘性的阻尼性，这意味着超声波在其中传播时，其幅度和频率会随时间发生衰减，并且可能存在频散现象。书中是否会提供相应的数学模型来描述这种衰减和频散，比如引入诸如Kelvin-Voigt、Maxwell等经典黏弹性模型，并将其与波动方程相结合？我非常好奇作者如何通过这些模型来解释和预测激光超声信号在黏弹性复合材料中的演化规律。另外，复合材料本身复杂的微结构，如纤维取向、体积分数、界面状态等，无疑会进一步增加超声波传播的复杂性。我期待书中能给出如何将这些微观结构信息纳入理论模型，从而实现对材料内部特性的精确表征。

评分☆☆☆☆☆

看到《黏弹性复合材料激光超声理论与技术》这个书名，我立刻联想到它在解决材料表征和性能评估方面的重大突破。作为一名材料科学家，我一直致力于理解材料的微观结构如何决定其宏观性能，尤其是在面对一些新型、高性能的复合材料时。黏弹性复合材料，由于其固有的时间依赖性和频率依赖性，使得对其内部缺陷（如裂纹、孔隙、脱层）的检测和评估变得尤为困难。传统的检测方法，虽然成熟，但在捕捉黏弹性材料的动态响应和细微损伤时，总感觉力不从心。激光超声，作为一种非接触式的、能够产生高频宽带声波的技术，为解决这些难题提供了新的思路。我非常期待书中能够提供一套完整且严谨的理论体系，来阐述激光超声在黏弹性复合材料中的应用。它是否会深入分析激光与材料表面相互作用产生超声波的物理机制，包括不同激光参数（如脉冲能量、波长）对声波产生效率的影响？更重要的是，我希望能看到书中详细描述超声波在黏弹性介质中的传播特性，特别是如何通过引入黏弹性本构模型来解释和预测声波的衰减和频散现象。我特别感兴趣的是，书中是否会提供一些先进的信号处理和反演算法，来从激光超声信号中提取出关于材料内部损伤的信息，例如裂纹的大小、形状、位置，以及材料的黏弹性参数。

评分☆☆☆☆☆

这本《黏弹性复合材料激光超声理论与技术》的书名，让我立刻联想到了材料科学与工程领域最前沿的交叉学科。作为一名对先进材料表征技术充满热情的科研工作者，我一直关注着无损检测技术的发展，尤其是在处理那些具有复杂力学行为的新型材料时。黏弹性复合材料，因其独特的应力-应变迟滞现象、应力松弛和蠕变行为，使得对其内部损伤的精确评估成为一个巨大的挑战。传统的超声检测方法，虽然成熟，但在捕捉黏弹性材料的动态响应和细微损伤时，常常显得力不从心。激光超声，凭借其非接触、高精度和宽频带激励的优势，被寄予厚望。我迫切想知道，这本书是如何将激光超声的强大潜力，与黏弹性复合材料的复杂特性有机结合的。它是否会深入探讨激光与材料相互作用所产生的声波，在黏弹性介质中的传播机制，特别是如何量化和理解声波的衰减和频散？书中是否会提供一些先进的理论模型，用来描述在考虑材料黏弹性效应的情况下，超声波的传播方程，以及如何从实际观测到的激光超声信号中提取出关于材料内部损伤（如微裂纹、脱层、孔隙）的信息？我尤其感兴趣的是，书中是否会介绍一些创新的信号处理和数据分析方法，来有效地区分不同类型的黏弹性复合材料损伤，并评估这些损伤对材料整体性能的影响？

评分☆☆☆☆☆

《黏弹性复合材料激光超声理论与技术》这个书名，对我而言，代表着一种前沿技术与重要材料的深度融合。我是一名在高级制造领域工作的技术专家，我们一直在探索如何利用更先进的无损检测手段来保障复杂结构件的质量。黏弹性复合材料，因其在吸能、减振等方面的优异性能，在航空航天、汽车、以及医疗器械等领域得到了越来越广泛的应用。然而，其固有的黏弹性特征，意味着其力学响应会随时间而变化，这给传统的无损检测技术带来了巨大的挑战。激光超声，作为一种非接触、高分辨率、宽频带的检测技术，为解决这些挑战提供了新的可能。我非常期待书中能够提供关于激光超声在黏弹性复合材料中应用的系统性理论和技术指导。它是否会深入探讨激光与材料相互作用产生超声波的物理过程，以及这些超声波在黏弹性介质中的传播特性，特别是如何准确描述和预测声波的衰减和频散？我希望能看到书中提供一些先进的数学模型和数值模拟方法，来解释和预测超声波在复杂黏弹性复合材料结构中的行为，并从中反演出材料的微观损伤信息，如裂纹、孔隙、脱层等。此外，对于如何将这些理论和技术转化为实际应用，文中是否会提供一些具体的案例分析和工程实践的经验分享？

评分☆☆☆☆☆

这本书的出现，对我而言简直是及时雨。我是一名在航空航天领域工作的工程师，我们部门近年来在高性能复合材料的应用上投入了巨大的精力，尤其是在一些关键结构件上，对材料的可靠性和耐久性要求极高。传统的无损检测手段，比如常规的超声波探伤，在检测这些复杂形状、多层结构的复合材料时，常常会遇到信号衰减严重、分辨率不足、以及难以区分不同类型损伤的问题。激光超声技术，因其非接触、高分辨率和可远程操作的优势，一直是我们在考虑的新一代检测技术。然而，将激光超声应用于黏弹性复合材料，这本身就具有相当大的挑战性。黏弹性材料的固有损耗特性，意味着超声波在传播过程中会发生显著的能量衰减，这对于远距离探测和微小缺陷的识别构成了严峻的考验。我非常渴望知道，这本书是否能够提供一套系统性的解决方案，来克服这些技术难点。它会详细阐述如何通过优化激光参数（如脉冲能量、波长、重复频率）和超声波的探测方式（如探测角度、回波信号的处理算法），来最大限度地提高信号的信噪比和检测灵敏度？对于黏弹性复合材料中可能出现的疲劳裂纹、层间脱粘、纤维断裂等典型的失效模式，这本书是否会提供基于激光超声的定性和定量评估方法？我尤其关注的是，书中是否会介绍一些先进的信号处理技术，比如谱分析、小波变换、或者机器学习算法，来从复杂的激光超声信号中提取出更多有价值的信息，从而实现对材料损伤的早期预警和准确评估。

评分☆☆☆☆☆

这本书的题目——“黏弹性复合材料激光超声理论与技术”——立刻吸引了我的注意。作为一名在风力涡轮机叶片研发领域工作的工程师，我们使用的复合材料（如玻璃纤维增强聚合物）在长期服役过程中会承受巨大的风载荷和环境侵蚀，这使得材料的损伤累积和性能退化成为一个关键问题。黏弹性复合材料，其独特的应力-应变关系，使得对其内部损伤的早期检测和准确评估至关重要。传统的超声检测方法，虽然广泛应用，但在处理这类材料的复杂黏弹性行为时，常常面临信号衰减严重、分辨率不足等挑战。激光超声，作为一种非接触式的、高空间分辨率的检测技术，被寄予厚望。我非常期待这本书能够提供关于激光超声在黏弹性复合材料中应用的全面指导。它是否会详细介绍激光激发的超声波如何在黏弹性材料中传播，特别是如何量化和理解其衰减和频散特性？我希望能看到书中提供一些先进的理论模型，能够将材料的黏弹性本构方程与超声波传播方程相结合，从而实现对材料内部缺陷（如疲劳裂纹、层间脱粘）的精确识别。此外，针对风力涡轮机叶片这种大型、复杂结构的特点，我希望书中能够介绍如何在实际应用中部署激光超声技术，例如如何优化激光扫描路径，以及如何处理大量的检测数据，从而实现对叶片整体健康状况的评估。