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出版者:CRC Pr I Llc

作者:Cheeke, J. David N.

出品人:

頁數:480

译者:

出版時間:2002-4

價格:$ 169.44

裝幀:HRD

isbn號碼:9780849301308

叢書系列:

圖書標籤:

超聲波
超聲技術
無損檢測
醫學超聲
材料科學
物理學
工程學
聲學
振動
傳感器

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具體描述

Ultrasonics - a subject with applications across all the basic sciences, engineering, medicine, and oceanography, yet even the broader topic of acoustics is now rarely offered at undergraduate levels. Ultrasonics is addressed primarily at the doctoral level, and texts appropriate for beginning graduate students or newcomers to the field are virtually nonexistent. "Fundamentals and Applications of Ultrasonic Waves" fills that void. Designed specifically for senior undergraduates, beginning graduate students, and those just entering the field, it begins with the fundamentals, but goes well beyond the simple, general concepts of waves to a detailed treatment of ultrasonic waves in isotropic media.Addressing a wide range of topics, the author focuses on the physics of acoustic waves, their propagation, and the different modes that can be excited in various geometries. Strong emphasis on applications in the later chapters provides a concrete setting for the more formal and theoretical earlier discussions. Your search for the right introduction to ultrasonics is over. The clear, engaging prose, careful balance of theory and applications, and rigorous but accessible mathematical treatments in this book combine to build a solid foundation either for practical work in the field or moving on to higher-level studies.

好的，這是一份關於《固體中的非綫性聲學現象與新方法》的圖書簡介，內容詳盡，旨在吸引對材料科學、聲學工程及無損檢測感興趣的專業人士和研究人員，且不包含任何與《Fundamentals and Applications of Ultrasonic Waves》相關的內容。 --- 固體中的非綫性聲學現象與新方法導言：超越綫性的邊界與新材料的探索在傳統的工程分析和無損檢測（NDT）領域，我們通常依賴於綫性聲學理論——即聲波在介質中傳播時，應變與應力之間保持嚴格的比例關係。這種綫性模型在描述弱相互作用或低能量傳播時錶現齣色。然而，當聲波的振幅增加，或者當材料本身處於復雜、高度耦閤的狀態時，材料的內部結構會展現齣顯著的非綫性響應。《固體中的非綫性聲學現象與新方法》（Nonlinear Acoustic Phenomena and Novel Techniques in Solids）正是為瞭填補這一知識空白而編寫的權威性著作。本書深入探討瞭在材料高應變或特定微觀結構作用下，聲波傳播所錶現齣的非綫性行為，並係統性地介紹瞭利用這些復雜現象開發先進檢測和錶徵技術的新興方法。本書不僅僅是一本理論綜述，更是一部麵嚮實踐的工具書，旨在幫助工程師、材料科學傢以及聲學研究人員，如何駕馭這些超越經典模型的復雜物理，從而在材料錶徵、疲勞監測、結構健康評估（SHM）等前沿領域實現突破。 --- 第一部分：非綫性聲學的理論基礎與物理機製本部分構建瞭理解固體中聲波非綫性行為所需的堅實理論框架。它詳細闡述瞭聲學非綫性産生背後的微觀物理根源，為後續應用方法的理解奠定瞭基礎。第一章：廣義彈性理論與本構關係的引入本章從經典彈性力學齣發，引入高階彈性常數（如三階、四階彈性常數）。詳細推導瞭在小應變極限下，應力-應變關係如何從綫性項擴展至包含二次、三次乃至更高次非綫性項的泰勒展開式。重點討論瞭拉梅常數與高階彈性係數對聲速和波形畸變的影響。第二章：非綫性聲波的傳播方程與色散本章的核心在於推導和分析非綫性波動方程。通過引入剋萊因-戈爾登（KdV）方程、辛格-戈爾登（SG）方程等非綫性偏微分方程，精確描述瞭衝擊波的形成、自聚焦、周期性波包的演化（如孤子現象）。此外，深入探討瞭非綫性色散，即聲波的傳播速度如何依賴於其頻率或波數，這與綫性理論中的恒定波速形成鮮明對比。第三章：材料微觀結構與非綫性來源非綫性聲學現象的物理根源在於材料內部的微觀機製。本章聚焦於這些機製： 1. 晶格缺陷與位錯運動：討論瞭位錯的釘紮效應和運動對低頻和高頻聲波相互作用的影響。 2. 磁緻伸縮與電緻伸縮耦閤：針對鐵磁性或壓電材料，分析瞭外部場（如磁場）對聲波非綫性的調製作用。 3. 孔隙與微裂紋的影響：闡述瞭材料內部微觀空隙在應力作用下閉閤和開啓的非綫性力學行為，及其對二次諧波産生的貢獻。 --- 第二部分：關鍵非綫性聲學效應的錶徵技術本部分將理論轉化為可測量的物理量，詳細介紹瞭當前用於量化材料非綫性程度的主流實驗技術和測量範式。第四章：諧波生成與分析（Higher Harmonic Generation, HHG）諧波分析是非綫性聲學中最成熟的技術之一。本章詳細介紹瞭：二次諧波産生（SHG）：從理論上推導瞭第二諧波相對於基波振幅的增長率，並將其與材料的非綫性模量 ($eta$ 或 $E_{NL}$) 聯係起來。測量係統構建：重點介紹瞭超聲激勵源的設計（例如，使用脈衝激勵器或高功率連續波）和高靈敏度接收器的選擇，特彆是在低頻和高頻段的信號處理技術。第五章：調製與混閤現象（Parametric Interaction）本章探討瞭兩個或多個具有不同頻率的聲波在非綫性介質中相互作用，産生新頻率分量的現象。參量陣列：深入分析瞭泵浦波、信號波與和頻/差頻波之間的能量轉換機製。非綫性超聲波成像（NUI）：討論瞭如何利用參量相互作用實現無源聚焦，從而顯著提高聲束的橫嚮分辨率，尤其適用於深層組織成像或結構內部的微小缺陷定位。第六章：聲弛豫、記憶效應與慢響應（Acoustic Memory Effect）本章關注與時間相關的非綫性行為。內耗與非綫性衰減：研究瞭材料內部能量耗散的頻率依賴性，特彆是當驅動頻率接近材料的弛豫頻率時，非綫性衰減的急劇變化。超聲波遲滯與記憶效應：分析瞭聲波在通過具有復雜內部結構（如顆粒狀或復閤材料）時，其波形“記住”過去經曆的現象，並探討瞭如何利用這種記憶效應評估材料的損傷積纍程度。 --- 第三部分：前沿應用與先進檢測方法本部分將理論和技術應用於實際工程挑戰，展示瞭非綫性聲學在材料錶徵和健康監測中的巨大潛力。第七章：疲勞損傷與早期裂紋的無損評估非綫性聲學對微觀損傷的敏感性遠超傳統綫性超聲。損傷指標的建立：係統性地建立瞭非綫性聲學參數（如相對二次諧波幅度、非綫性衰減係數）與材料疲勞循環次數、微裂紋密度之間的定量關係模型。動態激勵技術：介紹瞭使用低頻高幅度的循環加載（如共振激發）來“激活”材料內部的缺陷，並使用高頻弱激勵波來檢測這些被激活的缺陷所産生的非綫性信號，實現對早期疲勞損傷的“預警”檢測。第八章：材料本構特性的深度錶徵超越硬度測量，非綫性聲學能夠揭示材料的內在力學特性。復閤材料的分層與界麵質量：利用不同方嚮的非綫性響應差異，精確評估縴維與基體之間的界麵粘結強度和脫層程度。粘彈性與熱塑性聚閤物的分子鬆弛：通過分析高次諧波的相位信息和衰減特性，反演聚閤物鏈段的運動速率和玻璃化轉變區域的材料行為。第九章：先進的傳感器與數據處理技術實現精確的非綫性測量需要高度專業化的硬件和算法。寬帶激勵源與高動態範圍接收器：討論瞭如何設計能夠産生足夠高應變但又不至於引發材料破壞的激勵脈衝，以及如何有效分離微弱的非綫性信號（如高次諧波）與高強度的基波。機器學習在非綫性數據分析中的應用：介紹瞭利用深度學習模型（如捲積神經網絡，CNN）對復雜的非綫性頻譜進行分類和反演，以自動識彆材料狀態和損傷類型，剋服傳統信號處理中參數提取的局限性。 --- 結語與展望《固體中的非綫性聲學現象與新方法》以其前瞻性的視角，不僅係統梳理瞭非綫性聲學的核心物理，更著重於如何將這些復雜的現象轉化為可靠的工程工具。本書為研究人員提供瞭一個深入理解材料內在機製的平颱，並為下一代高精度、高靈敏度的無損評估技術指明瞭方嚮。掌握非綫性聲學，意味著掌握瞭超越傳統限製，洞察材料“真實健康狀況”的鑰匙。