本书针对飞机、起重机械、压力容器等重要装备关键结构的裂纹损伤监测的重大现实需求，开展了基于柔性涡流阵列传感器的金属结构裂纹监测原理与技术研究。本书以飞机结构作为主要研究对象，设计研制了用于金属结构裂纹定量监测的柔性涡流阵列传感器及配套设备，分析了传感器的裂纹监测机理，提出了可大幅提高裂纹监测灵敏度的传感器优化方式，实现了传感器对金属结构裂纹损伤的高灵敏感知；建立了基于传感器跨阻抗特性的逆向求解方法，提出了可对装备服役环境干扰进行有效抑制的传感器输出表征方法，实现了传感器在装备服役环境中的高可靠监测；研究了在复杂服役环境下传感器的失效模式和机理，提出了传感器的耐久集成方法，实现了传感器在服役环境下的耐久集成。 本书可为从事飞机、起重机械、压力容器等重要装备研制和装备使用管理的技术人员和管理人员提供一种有效的损伤监测手段。同时，本书也可作为从事数字孪生、电磁无损检测和结构健康监测领域研究人员的参考书。

第一篇 金属结构裂纹监测技术概述
第1章 结构健康监测技术概况
1.1 结构健康监测的研究背景
1.2 结构健康监测的功能
1.2.1 结构健康监测的输入层
1.2.2 结构健康监测的输出层
1.3 结构健康监测的分类
1.3.1 定期结构健康监测
1.3.2 实时结构健康监测
1.4 结构健康监测的主要内容
1.5 结构健康监测的系统框架
第2章 金属结构裂纹监测技术概况
2.1 金属结构裂纹监测技术的背景概述
2.2 金属结构裂纹监测的概念内涵
2.3 金属结构裂纹监测技术的研究意义
2.4 金属结构裂纹监测技术的研究现状与发展趋势
2.4.1 金属结构裂纹监测技术的研究现状
2.4.2 各类金属结构裂纹监测技术的对比分析
2.4.3 金属结构裂纹监测技术的发展趋势
第二篇 基于柔性涡流阵列传感器的金属结构裂纹监测原理
第3章 电磁涡流检测的基本原理
3.1 电磁涡流检测技术的基本原理
3.2 电磁涡流检测技术的发展
3.2.1 远场电磁涡流检测技术
3.2.2 多频电磁涡流检测技术
3.2.3 脉冲电磁涡流检测技术
3.2.4 磁光涡流检测技术
3.2.5 涡流阵列检测技术
3.3 柔性涡流阵列传感器的基本监测原理
第4章 柔性涡流阵列传感器半解析正向模型
4.1 柔性涡流阵列传感器的半解析正向等效模型建立
4.2 柔性涡流阵列传感器在线监测基本物理模型
4.3 加权残值法
4.4 传感器半解析正向模型的建模路线
4.5 传感器半解析正向模型的建模过程
4.5.1 时谐场位函数方程的建立及通解分析
4.5.2 柱坐标系下时谐空间场量的贝塞尔级数解表达式
4.5.3 线圈界面处线电流密度的贝塞尔级数系数表达式
4.5.4 线圈界面处磁矢和线电流密度的贝塞尔级数系数关系式
4.5.5 子域残值线性方程组的建立
4.5.6 传感器多通道跨阻求解
4.6 传感器半解析正向等效模型实验验证
第5章 柔性涡流阵列传感器参数对裂纹监测灵敏度的影响
5.1 传感器跨阻抗响应特性分析
5.1.1 跨阻抗双参数网格平面图
5.1.2 线圈电流与结构涡流场分布
5.2 激励参数对传感器监测灵敏度的影响规律研究
5.3 结构参数对传感器监测灵敏度的影响规律研究
5.3.1 导线厚度
5.3.2 基材厚度
5.3.3 传感器中心孔半径
5.3.4 感应线圈与激励线圈水平间距
5.3.5 激励线圈与感应线圈宽度比值
第6章 柔性涡流传感器裂纹扰动半解析模型
6.1 柔性涡流传感器裂纹扰动半解析模型构建
6.2 柔性涡流传感器裂纹扰动半解析模型的建模路线
6.2.1 裂纹和结构表面三维网格划分
6.2.2 自由电荷密度分布
6.2.3 扰动电压
6.2.4 模型推广
6.3 半解析扰动模型实验验证
6.4 扰动模型应用
6.4.1 裂纹对传感器扰动电压信号的影响
6.4.2 传感器优化设计
第三篇 基于环状涡流阵列传感器的金属结构裂纹监测技术
第7章 金属结构裂纹监测系统研制与试验验证
7.1 多通道结构裂纹在线监测系统
7.1.1 系统硬件框架
7.1.2 系统软件框架
7.1.3 谐波信号幅值和相位提取的多重相关法
7.1.4 基于监测数据流裂纹特征模式在线提取的损伤识别算法
7.2 柔性涡流阵列传感器制备
7.3 裂纹监测系统在典型金属结构件疲劳裂纹监测中的应用验证
7.3.1 疲劳试验相关概念
7.3.2 传感器在线监测功能验证试验
7.3.3 中心孔板试件疲劳损伤监测试验
7.3.4 典型连接试件疲劳损伤监测试验
7.3.5 阳极氧化试件疲劳损伤监测试验
第8章 环状涡流阵列传感器的优化设计
8.1 环状涡流阵列传感器的裂纹监测机理分析
8.1.1 含裂纹结构的三维有限元模型
8.1.2 裂纹对传感器跨阻抗输出的影响机理研究
8.1.3 被测材料电磁特性参数与提离距离对传感器跨阻抗的影响研究
8.2 环状涡流阵列传感器裂纹监测灵敏度优化
8.2.1 激励反向传感器的裂纹监测灵敏度分析
8.2.2 分时激励传感器的裂纹监测灵敏度优化
8.3 传感器裂纹监测灵敏度的试验验证
第9章 基于传感器跨阻抗特性的被测材料电导率逆向求解
9.1 基于正向等效模型的传感器跨阻抗特性分析
9.1.1 非铁磁性材料的传感器跨阻抗特性分析
9.1.2 铁磁性材料的传感器跨阻抗特性分析
9.2 传感器跨阻抗测量结果的修正方法
9.2.1 传感器跨阻抗修正模型的建立
9.2.2 传感器跨阻抗修正方法的试验验证
9.3 被测材料电导率的逆向求解算法
9.3.1 目标点的定位算法
9.3.2 电导率与提离距离的插值求解
9.3.3 电导率和提离距离逆向求解的应用
第10章 典