Introduction to Nondestructive Testing pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Mix, Paul E.

出品人:

页数:712

译者:

出版时间:2005-6

价格:1101.74

装帧:HRD

isbn号码:9780471420293

丛书系列:

图书标签:

• 无损检测
• NDT
• 材料科学
• 工程
• 检测技术
• 质量控制
• 工业检测
• 超声波检测
• 射线检测
• 磁粉检测

现代材料科学与无损检测技术前沿综述 导言：探索材料世界的“透视眼” 在工程、制造乃至基础科学研究中，对材料内部状态的准确认知是保障结构安全、提升产品性能、推动技术创新的基石。传统的破坏性检测方法虽然提供了详尽的材料特性数据，却以牺牲样本为代价，无法满足现代高价值、复杂结构完整性评估的需求。正是在这一背景下，无损检测（Non-Destructive Testing, NDT）技术应运而生，并以前所未有的速度发展成为一门集物理学、材料科学、电子信息工程于一体的交叉学科。 本书旨在为读者提供一个全面、深入且聚焦于前沿发展与未来趋势的视角，探讨如何利用先进的物理学原理和工程技术手段，在不损害被检物体的前提下，获取其内部缺陷、应力分布、微观结构乃至性能参数的精确信息。本书严格聚焦于材料科学基础、新型检测方法的机理、信号处理与图像重建的最新进展，以及这些技术在尖端工业领域的应用拓展，力求展现一个区别于基础入门教程的、面向研究人员和高级工程师的综述性图景。 --- 第一部分：材料物理基础与检测机理的深度剖析 本部分着重于建立理解先进无损检测技术的必要理论框架，强调物理场与材料相互作用的定量描述。 第一章：先进材料的微观结构与宏观响应 本章将回顾高分子复合材料、先进陶瓷、增材制造（AM）金属件等现代工程材料的特殊微观结构特征，例如晶界结构、纤维取向、孔隙率分布及其对声学、电磁波传播特性的影响。重点讨论如何从统计物理和连续介质力学的角度，建立材料内部结构参数与宏观可测物理量（如声速、衰减系数、电导率）之间的精确数学模型。对于梯度材料和功能梯度材料（FGMs）的声阻抗匹配问题，也将进行详细的数学推导。 第二章：多物理场耦合与波的散射理论 深入探讨不同检测机制背后的物理原理。我们将超越传统的线弹性声学理论，聚焦于非线性超声、热弹性波耦合等复杂机理。 1. 高级声学散射模型： 阐述K-P积分方程、Born近似、Rytov近似在描述粗糙界面和非均匀介质中波传播时的适用性与局限性。特别分析弯曲和厚度变化的结构中 Lamb 波和板内波的模态转换与能量分配。 2. 电磁波与介电特性： 针对高频电磁波（如太赫兹和毫米波）在导电和半导体材料中的穿透深度限制，分析介电常数、损耗正切角与材料内部水分、离子浓度变化的精确关联。 3. 热场分析与耦合： 详述基于热传导方程和辐射定律的非接触式温度场重建技术，重点讨论如何利用光纤光栅或红外热像仪精确识别隐藏的热点与早期疲劳裂纹引起的局部热源。 --- 第二部分：前沿无损检测技术的方法论创新 本部分聚焦于当前正在研发或已进入高级工程应用阶段的检测技术，强调其在高分辨率、高灵敏度和自动化方面的突破。 第三章：相控阵超声（PAUT）与全波场成像（FWI） 超越传统的脉冲回波（Pulse-Echo）方法，本章深入研究相控阵技术在复杂几何结构（如管道、压力容器焊缝）中的应用。 1. 虚拟源与数据采集矩阵： 介绍高密度阵列中数据采集的矩阵表示法，以及如何通过优化发射和接收延迟曲线，实现动态聚焦和角度扫描。 2. 全波场反演（Full Waveform Inversion, FWI）： 这一革命性方法旨在通过最小化模拟波场与实测波场之间的误差泛函，精确反演材料的本构参数（弹性模量、密度分布）。本章将详细解析优化算法（如梯度下降法、伴随状态法）在处理大规模波场数据时的计算效率问题。 第四章：高级电磁检测技术——涡流、漏磁与太赫兹成像 聚焦于检测金属表面和近表面缺陷的先进电磁技术。 1. 多频涡流检测（MFE/ET）： 分析不同频率下涡流穿透深度和信号特征的变化，讨论如何利用特征值分解技术从多频数据中分离出深度信息和缺陷尺寸信息，以应对多层结构评估。 2. 弱磁场检测（Magnetic Flux Leakage, MFL）： 重点讨论MFL信号的梯度分析和三维重建，特别是如何区分表面裂纹和底部腐蚀，以及利用磁滞回线测量来评估材料的冷加工硬化程度。 3. 太赫兹（THz）时域光谱技术： 探讨THz波在检测非金属材料（如聚合物、复合材料层间脱粘）中的独特优势，分析色散和吸收对缺陷识别的影响，并讨论如何在强水汽背景下进行信号校准。 第五章：光学与声学辐射技术在结构健康监测（SHM）中的集成 本章关注传感器集成、远程检测和长期监测的前沿发展。 1. 数字图像相关（DIC）与应变场测量： 详细介绍高分辨率相机与主动照明系统如何结合，实现对材料表面应变场和位移场的亚像素级实时跟踪，特别是在冲击载荷下的应用。 2. 激光超声（LUS）系统： 分析激光激励和激光干涉测量（如多普勒测振）在实现完全无接触、高带宽的超声波检测中的潜力，重点关注其在高温或难以接触区域的应用场景。 3. 分布式传感网络： 探讨基于光纤布拉格光栅（FBG）或分布式声学传感（DAS）技术，如何构建监测结构健康状况的空间连续信息获取网络，并利用机器学习方法对异常信号进行早期预警。 --- 第三部分：数据驱动的检测结果解释与应用拓展 本部分将视角从信号采集转向数据处理和工程决策，体现现代检测的智能化趋势。 第六章：信号处理、特征提取与人工智能辅助判读 现代NDT产生海量数据，有效的解析方法至关重要。 1. 稀疏表示与压缩感知： 介绍如何利用字典学习和稀疏重构算法，在采集数据量不足或信噪比较低的情况下，重建出高保真度的缺陷图像。 2. 深度学习在缺陷分类中的应用： 详细阐述卷积神经网络（CNN）、循环神经网络（RNN）在自动识别特定缺陷类型（如疲劳裂纹、孔隙、夹渣）中的架构设计、训练策略和可解释性挑战。对比传统特征工程与端到端学习的优劣。 3. 不确定性量化（Uncertainty Quantification）： 强调检测结果的可靠性，介绍贝叶斯方法在评估检测结果（如缺陷尺寸估计）的概率分布和置信区间方面的应用。 第七章：增材制造（AM）过程中的实时监测与质量保证 增材制造（3D打印）的快速发展对实时、原位（In-situ）的无损评价提出了独特挑战。 1. 熔池行为实时成像与热历史追踪： 结合高速红外相机和光电倍增管（PMT），实时监测金属粉末床熔化过程中的温度梯度、熔池尺寸和再凝固速率。 2. 层间结合强度评估： 探讨如何利用检测信号（如声发射或高频超声）在制造过程中即时评估层与层之间的粘结质量，并与工艺参数（激光功率、扫描速度）进行闭环反馈控制。 3. 缺陷形成机理的关联分析： 将检测到的内部缺陷（如未熔合、残余应力集中区）与特定的制造窗口参数进行统计关联建模，为优化打印工艺提供数据驱动的指导。 结语：迈向智能化的无损评价体系 本书的最终目标是激发读者对多模态数据融合、智能决策支持系统的思考。未来的无损检测将不再是孤立的检测手段，而是集成在产品生命周期管理（PLM）中的关键环节，通过物理建模、数据科学和先进传感技术的协同作用，实现对材料性能的预测性维护和主动优化。本书所涵盖的理论与方法，正是构建这一未来体系的坚实基础。

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