全新电磁无损检测数值模拟方法陈振茂 等 著9787111559191

序1
序2
前言
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..超轻多孔材料无损检测8
1.2.4碳纤维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
2.1.2A    表述涡流场基本方程18
2.1.3A*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
.三维涡流检测正问题数值模拟方法25
..1基于A    方程的有限元  边界元混合法25
..2基于退化磁向量位和棱边有限元的Ar方法30
..涡流检测体积分计算方法32
..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各向异复合材料的涡流检测数值模拟方法73
3.2.1碳纤维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电各向异材料涡流分析的Ar,Ar  V表述75
3..电各向异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104
4.2.2体缺陷涡流检测快速求解算法104
4..体缺陷脉冲涡流检测快速算法及其验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
.神经络  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方135
5.4.3高效数值模拟方法程序的开发与正确验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非线静态磁场问题控制方程143
6.1.2非线磁材料静磁问题的三维FEM  BEM混合解法144
6.1.3程序开发和有效验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..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..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
……

前言随着现代社会的发展，现代装备和结构趋于大型、复杂、高能化，随之而来的是结构和材料的失效可能导致严重事故，危及人民生命财产安全。如何避免灾难事故的发生是现代装备和结构必须解决的问题，是重大需求。保障结构完整的需求凸显了在役和役前无损检测的重要，同时为避免过度维护导致的经济和可靠问题，定量无损评价已成为重要手段。 在众多无损检测手段中，电磁无损检测具有非接触、快速、信号处理简便等优点，广泛应用于众多工业领域。数值模拟是理解电磁无损检测信号发生机理、设计和优化探头、基于信号反演对缺陷进行定量重构的关键手段。电磁无损检测的基本原理主要是低频电磁场问题，涉及瞬态、稳态线涡流场，非线静、动态磁场，恒定电流场等问题，同时针对复合材料无损检测还需考虑材料各向异。因此，电磁无损检测的数值模拟涉及低频电磁场数值分析的基本理论、方法和学科前沿问题。 本书以作者多年的科学研究成果为基础，结合学科研究进展，针对典型电磁无损检测方法，包括涡流检测（Eddy Current Testing，ECT）、脉冲涡流检测（Pulsed ECT，PECT）、漏磁检测（Magnetic Flux Leakage Testing，MFLT）、直流电位检测（DC Potential Drop，DCPD）以及电磁超声检测（Electromagnetic Acoustic Testing，EMAT）的数值模拟方法进行了系统深入的介绍。针对上述各种检测方法，分别给出了电磁场控制方程、有限元分析、信号计算的理论公式和具体计算步骤，以及程序开发的主要思路，还给出了针对典型检测探头和对象的数值模拟结果算例。同时，以典型缺陷反演重构为目的，给出了检测信号反演的各种方法和计算实例，并介绍了几种检测信号的高效计算方法。给出了电磁无损检测数值模拟在核能结构、超轻多孔材料等方面的应用实例。本书首次系统归纳了主要电磁无损检测数值模拟方法和计算程序思路，对从事电磁无损检测和计算电磁场理论及应用的研究人员和具有参考意义。 本书首次尝试归纳电磁无损检测数值模拟相关的经典方法和研究成果，对作者研究组以外的研究成果也做了一些介绍。其中，部分内容是作者在国外学习研究期间涉及的工作内容，得到了日本东京大学、日本东北大学、日本原子能机构（JAEA）及美国密歇根大学等相关国内外大学和研究机构学者的支持和协，部分内容是作者指导的博士和硕士的内容。曾志伟负责的内容得到了课题组李俭老师的协。在此对相关学者和学生表示衷心感谢。本书成稿过程中，参照现代电磁无损检测技术丛书编委会各位委员有价值的意见和建议进行了多次修改。华中科技大学康宜华教授任本书主审，对全书进行了全面审定。在此，对他们一并表示衷心感谢。本书部分公式和图表的绘制、校对等得到陕西省无损检测与结构完整评工程技术研究中心的鼎力帮，这里也向他们表示衷心的感谢。 本书章、第2章、第6章主要内容和第8章部分内容由西安交通大学陈振茂执笔，第3章全部内容和第2章、第8章部分内容由厦门大学曾志伟执笔，第4章、第5章全部和第6章及章的部分内容由西安交通大学解社娟执笔，第7章全部及第8章部分内容由西安交通大学裴翠祥执笔。全书由陈振茂、解社娟整理统稿。鉴于作者的知识范围和编排时间等因素，书中难免有不妥甚至错误之处，敬请读者批评指正。 编著者