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第1章 绪论 1

1.1 无损检测和电磁无损检测 1

1.1.1 无损检测的基本概念 1

1.1.2 无损检测一般原理 2

1.1.3 电磁无损检测方法 3

1.1.4 无损检测实际应用要点 5

1.2 无损检测典型工程背景 6

1.2.1 核电站结构应力腐蚀裂纹无损检测 6

1.2.2 燃气轮机热端叶片热障涂层无损评价 7

1.2.3 超轻多孔材料无损检测 8

1.2.4 碳纤维增强树脂基复合材料无损检测 9

1.3 电磁无损检测研究历史和现状 10

1.4 电磁无损检测数值模拟方法研究现状 12

1.4.1 电磁无损检测数值模拟基本过程 12

1.4.2 电磁无损检测正问题数值模拟方法 13

1.4.3 电磁无损检测反问题数值模拟方法 14

1.5 本书主要内容和框架 15

第2章 涡流检测数值模拟方法 17

2.1 涡流检测问题基本方程 17

2.1.1 涡流场基本控制方程 17

2.1.2 A-φ表述涡流场基本方程 18

2.1.3 A·表述涡流场基本方程 20

2.2 涡流检测轴对称问题 21

2.2.1 涡流场轴对称问题控制方程 21

2.2.2 轴对称问题有限元离散 22

2.3 三维涡流检测正问题数值模拟方法 25

2.3.1 基于A-φ方程的有限元-边界元混合法 25

2.3.2 基于退化磁向量位和棱边有限元的Ar方法 30

2.3.3 涡流检测体积分计算方法 32

2.3.4 涡流检测信号计算公式 34

2.4 基于数据库的正问题高效求解方法 38

2.5 正问题求解方法验证算例 40

2.5.1 轴对称问题算例 40

2.5.2 三维涡流检测正问题算例 40

2.6 涡流检测反问题方法 42

2.6.1 基于共轭梯度方法的裂纹形状重构 42

2.6.2 复杂裂纹随机组合反演重构 49

2.6.3 基于神经网络的裂纹重构 55

第3章 涡流检测数值模拟新进展 60

3.1 带磁心涡流探头检测信号计算 60

3.1.1 传统三维涡流有限元模拟方法存在的问题 60

3.1.2 区域分解方法基本思想 61

3.1.3 基于插值耦合的区域分解方法 63

3.1.4 基于解析计算耦合的区域分解方法 67

3.2 各向异性复合材料的涡流检测数值模拟方法 73

3.2.1 碳纤维增强树脂基复合材料涡流检测及其数值模拟研究概况 74

3.2.2 电各向异性材料涡流分析的Ar，Ar-V表述 75

3.2.3 电各向异性对平面内涡流分布的影响 79

3.2.4 纤维方向对平面内涡流分布的影响 79

3.2.5 碳纤维增强树脂基复合材料中的涡流衰减规律 82

3.2.6 纤维断裂涡流检测模拟 83

3.3 无网格伽辽金法涡流检测数值模拟 85

3.3.1 移动最小二乘法构造近似解 85

3.3.2 涡流场的无网格伽辽金法求解基本原理 86

3.3.3 无网格伽辽金法求解电磁场问题应用实例 93

3.3.4 无网格伽辽金法存在的问题 95

第4章 脉冲涡流检测信号数值模拟方法 97

4.1 脉冲涡流检测信号数值计算方法 97

4.1.1 基于傅里叶级数的脉冲涡流检测信号计算方法 97

4.1.2 脉冲涡流信号时域积分法 102

4.1.3 验证与应用 103

4.2 脉冲涡流信号的高效数值模拟方法 104

4.2.1 脉冲涡流信号高效数值求解的重要性 104

4.2.2 体缺陷涡流检测快速求解算法 104

4.2.3 体缺陷脉冲涡流检测快速算法及其验证 109

4.3 基于共轭梯度方法的脉冲涡流反问题 110

4.3.1 三维管壁局部减薄缺陷的定量反演算法 110

4.3.2 双层结构冷却管道的管壁减薄脉冲涡流检测实验 115

4.3.3 基于实验信号的管壁减薄缺陷重构结果 117

4.4 神经网络-共轭梯度复合脉冲涡流信号反演方法 119

4.4.1 脉冲涡流信号的人工神经网络反演算法 120

4.4.2 神经网络和共轭梯度混合法 122

第5章 直流电位检测数值模拟方法 124

5.1 直流电位检测电阻网络正问题方法 124

5.1.1 电阻网络模型 124

5.1.2 电阻网络法控制方程 125

5.1.3 电阻网络法求解过程 126

5.2 直流电位检测有限元数值模拟方法 127

5.2.1 直流电位检测信号有限元法数值模拟理论 127

5.2.2 数值模拟程序及算例 129

5.3 复杂边界缺陷处理方法 130

5.3.1 多介质有限单元 130

5.3.2 多介质单元系数矩阵计算方法 131

5.3.3 基于多介质单元的直流电位信号计算程序和算例 132

5.4 直流电位检测信号的高效计算 133

5.4.1 直流电位检测信号的高效数值计算理论 133

5.4.2 快速算法中数据库的建立方法 135

5.4.3 高效数值模拟方法程序的开发与正确性验证 135

5.4.4 基于多介质单元的数据库型快速算法 135

5.5 直流电位检测反问题方法 137

5.5.1 基于随机优化方法的直流电位检测信号反演 137

5.5.2 基于最速下降法的泡沫金属缺陷定量重构 140

5.5.3 基于混合反问题方法的泡沫金属复杂缺陷定量重构 141

第6章 漏磁检测数值模拟方法 143

6.1 静态磁场等效磁极化计算方法 143

6.1.1 非线性静态磁场问题控制方程 143

6.1.2 非线性磁性材料静磁问题的三维FEM-BEM混合解法 144

6.1.3 程序开发和有效性验证 148

6.2 漏磁检测信号的高效计算方法 150

6.2.1 快速正问题算法基本方程 151

6.2.2 计算区域的缩减 151

6.2.3 快速算法的数值实现 152

6.2.4 数值算例 153

6.3 漏磁检测反问题 154

6.3.1 裂纹形状的参数化 155

6.3.2 裂纹形状重构算法 155

6.3.3 反问题求解算例 156

第7章 电磁超声检测数值模拟方法 158

7.1 电磁超声检测概述 158

7.1.1 电磁超声换能器的基本构造 158

7.1.2 电磁超声检测基本原理 159

7.2 洛伦兹力电磁超声检测数值模拟方法 160

7.2.1 基于等效磁荷法的静态磁场计算 160

7.2.2 脉冲涡流场和洛伦兹力的计算 162

7.2.3 超声波的有限差分数值计算方法 163

7.2.4 超声波的有限元数值模拟方法 167

7.2.5 基于洛伦兹力的电磁超声有限元数值计算实例 172

7.3 考虑磁致伸缩的电磁超声检测数值计算方法 175

7.3.1 基于等效磁极化法的磁性介质静态磁场数值计算方法 175

7.3.2 铁磁性材料涡流场和洛伦兹力的数值计算 179

7.3.3 磁化效应和磁致伸缩效应 182

7.3.4 电磁超声检测信号数值计算方法 189

7.3.5 铁磁性材料电磁超声检测二维有限元数值模拟算例 189

7.3.6 铁磁性材料电磁超声三维有限元数值模拟算例 192

7.3.7 铁磁性材料电磁超声检测数值模拟程序的实验验证 194

第8章 电磁无损检测数值模拟典型应用 195

8.1 金属夹芯板焊接部位缺陷涡流检测信号数值模拟 195

8.1.1 夹芯板数值计算模型 195

8.1.2 噪声与缺陷信号特征计算 197

8.1.3 多频演算法对焊接部位涡流检测信号的演算效果 199

8.2 热障涂层电磁超声无损检测数值模拟 201

8.2.1 热障涂层电磁超声检测初步方案及原理 201

8.2.2 热障涂层电磁超声检测数值模拟算例 202

8.2.3 热障涂层电磁超声检测特性 204

8.3 基于数值模拟的核电站换热管涡流检测探头评价 206

8.3.1 核电站蒸汽发生器换热管涡流检测 206

8.3.2 数值计算模型 208

8.3.3 数值计算结果及分析 209

8.4 飞机蒙皮多层铆接结构涡流检测数值模拟 212

8.4.1 磁光成像检测数值模拟 212

8.4.2 常规涡流检测高效数值模拟 217

参考文献 220