Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
1 модуль
1.) Назовите основные величины, характеризующие акуст. Волны и поясните их физический смысл и взаимосвязь.
Акустические колебания - это механические колебания частиц упругой среды, а волны - распространение в этой среде механического возмущения. В жидкостях и газах акустические волны характеризуются одной из следующих величин:
а) акустическим давлением р (изменением давления);
б) смещением u частиц среды из положения равновесия;
в) скоростью колебательного движения частиц среды v;
г) потенциалом смещения или колебательной скорости .
Взаимосвязь перечисленных величин определяется зависимостями
(1.1)
(1.2)
(1.3)
где - плотность среды; t - время.
2.) Физический смысл тензора деформаций и тензора напряжений. З-н Гука, его физический смысл.
В общем случае, когда присутствуют все виды деформации, состояние тела определяется заданием в каждой точке девяти чисел. Они образуют компоненты тензора деформации. Поскольку этот тензор симметричен, то различных чисел здесь только шесть. В общем виде элемент тензора удобно записать в виде где i, j - x, y, z.Тензор деформации является безразмерной величиной. Численные значения Sij для различных материалов изменяются в широких пределах. Например, для резины реально достижимы значения порядка единиц, а для более жестких материалов значение Sij достигает 10-4 и ограничивается остаточной деформацией или разрушением.Тензор второго ранга, называется тензором напряжений и имеет размерность Н/м2.
Такой тензор называют симметричным. В жидкостях и газах тангенциальные компоненты отсутствуют, а нормальные равны между собой. Давление считается положительным, когда оно сжимающее, и отрицательным, когда растягивающее (напряжение в этом случае положительное).
Согласно закону Гука для изотропного тела можно записать уравнения, связывающие компоненты тензоров Tij и Sij
(1.6)
где S=Sxx+Syy+Szz - изменение единицы объема;
и - упругие постоянные или компоненты Ламе.
Выражение (1.6) называется обобщенной формой закона Гука. Вместо постоянных и можно использовать модуль упругости E и модуль сдвига G или E и коэффициент Пуассона .
Время Т, в течение которого совершается один полный цикл колебания в УЗ волне, называют периодом колебаний.
Количество колебаний, происходящих за 1 секунду, называют частотой f колебаний в УЗ волне.
Максимальное значение, которое принимает переменный параметр за период (смещение U или скорость V), называют амплитудой.
Фазой УЗ волны называют параметр, показывающий, какая часть периода прошла с момента начала последнего цикла колебания. Если нам известна фаза УЗ колебания, это значит, что мы знаем, каковы смещение и скорость колеблющейся частицы, а также в каком направлении движется частица в данный момент времени.
Длиной УЗ волны X называется минимальное расстояние между двумя точками, колеблющимися в одной фазе. Длина волны связана с частотой и скоростью соотношением .
3.) Дайте понятие интенсивности и энергии звуковой волны. В чём отличие волновых уравнений для описания бегущих и стоячих волн?
Энергия звуковой волны - это добавочная энергия среды, обусловленная наличием звуковых волн. Энергия звуковой волны единицы объема называется плотностью звуковой энергии Е и равна где первый член - плотность кинетической энергии Екин., а второй - плотность потенциальной энергии Епот.; с - скорость распространения волны. Средняя по времени энергия, переносимая звуковой волной через единичную площадку, перпендикулярную к направлению распространения волны, в единицу времени называется интенсивностью звука.Для плоской синусоидальной бегущей волны интенсивность равна В стоячей волне I=0, т.е. потока энергии в среднем нет.
Произведение c, входящее в формулу получило название акустического сопротивления среды.
В системе СИ интенсивность измеряется в Вт/м2.
волновое уравнение. В сокращенной записи где - оператор Лапласа. Уравнение для стоячих волн или собственных колебаний получится, если положить , где А - функция x, y, z . Подставляя это выражение в полное, получим волновое уравнение, не содержащее производной по времени (уравнение Гельмгольца): где - волновое число, т.е. число волн на участке 2 см.
4.) Какие типы волн могут распространяться в газовых, жидкостных и твёрдых средах? Какими физическими величинами определяются скорости распространения упругих волн?
В жидкостях и газах, которые не обладают упругостью формы, могут распространяться только продольные волны (растяжения - сжатия). Колебания частиц происходят в направлении распространения волны, а фазовая скорость распространения волны определяется выражением
, (1.24)
где К - модуль всестороннего сжатия.
В неограниченных изотропных твердых телах существует два типа волн: волны расширения или продольные и волны сдвига или поперечные. В сдвиговых волнах движение частиц перпендикулярно направлению распространения волны, а деформация является чистым сдвигом.
Для безграничной cреды скорости распространения этих волн определяются упругими постоянными
(1.25)
(1.26)
В рассматриваемой среде распространение упругих волн имеет пространственный характер и в зависимости от формы фронта волны могут быть плоскими, сферическими и цилиндрическими. Их особенность - независимость фазовой и групповой скоростей от амплитуды и геометрии волны. Схемы сечений волновых поверхностей приведены на рис.1.4.
Отношение скоростей продольной и поперечной волн зависит только от значения коэффициента Пуассона cреды : например в металлах, где 0,3, отношение .
Продольные и поперечные волны (объемные волны) наиболее широко используются для НК материалов и изделий. Эти волны лучше всего выявляют дефекты при нормальном падении на их поверхность.
В ограниченных твердых телах кроме объемных существуют другие типы волн. Вдоль свободной поверхности твердого тела могут распространяться поверхностные волны, которые являются линейной комбинацией продольной и поперечной волн.
5.) Какие виды поверхностных волн могут распространяться на границах раздела сред и в чём их особенность? Опишите возможные способы возбуждения поверхностных волн.
Простейшими и наиболее часто встречающимися поверхностными волнами являются волны Рэлея. Фазовая скорость этих волн определяется выражением
Например для металлов ( 0,3) cs 0,9ct.
Данные волны способны распространяться на большие расстояния по поверхности твердого тела. Энергия их локализована в поверхностном слое толщиной - 2. При распространении волны частицы тела движутся, вращаясь по эллипсам, большая ось w которых перпендикулярна границе, а малая u параллельна направлению распространения. Графическое изображение этой волны приведено на рис.1.5. Волны, подобные рэлеевским, могут распространяться не только вдоль плоских, но и вдоль искривленных поверхностей, правда с большим затуханием.
На границе твердое тело - жидкость возможно распространение затухающей и незатухающей волн рэлеевского типа (рис.1.6, а). Затухающая волна рэлеевского типа при распространении непрерывно излучает энергию в жидкость, образуя в ней отходящую от границы неоднородную волну. При распространении незатухающей волны ее энергия и движение частиц локализованы в основном в жидкости.
На границе двух твердых сред, схожих по плотности и модулям упругости, может распространяться поверхностная волна Стонли (рис.1.7, а). Эта волна состоит как бы из двух рэлеевских волн (по одной в каждой среде). Фазовая скорость волн Стонли меньше значений cl ct в обеих граничных средах.
На границе твердого полупространства с твердым слоем существуют волны с горизонтальной поляризацией - волны Лява (рис.1.7, б). Эти волны чисто поперечные: в них имеется только одна компонента смещения v, а упругая деформация в волне представляет собой чистый сдвиг.
Поверхностные волны успешно применяются для выявления дефектов вблизи поверхности изделия. Они избирательно реагируют на дефекты в зависимости от глубины их залегания. Дефекты, расположенные на поверхности, дают максимальное отражение, а на глубине большей длины волны практически не выявляются.
Основным способом возбуждения поверхностных волн на поверхности твердых тел является применение наклонных ПЭП с β > β'', где β – угол падения волны на поверхность, β'' – второй критический угол.
6.) В чём особенность нормальных волн и в каких условиях они могут существовать? Физический смысл дисперсии скорости звука. Практические способы возбуждения нормальных волн.
Нормальные волны распространяются в пластинах (тело имеет две свободные поверхности) на большие расстояния и довольно широко используются в настоящее время для контроля листов, тонкостенных оболочек, труб. Важным преимуществом этих волн является то, что они могут применяться для обнаружения не только дефектов, перпендикулярных направлению распространения волны, но и дефектов, ориентированных параллельно поверхности пластины (расслоений).Нормальные волны в стержнях по своим качественным характеристикам и свойствам полностью аналогичны волнам Лэмба и поперечным нормальным волнам в пластинах. Свойства этих волн определяются параметрами упругости и плотностью материала, частотой и поперечным размером волновода - диаметром d стержня, который аналогичен здесь толщине 2h пластины. Нормальные волны в стержнях подразделяются на три типа: продольные, изгибные и крутильные.Нормальные волны всех типов порядка выше нулевого, как и в пластинах, появляются в стержнях только при значениях d порядка длины поперечной волны.
Дисперсия скорости является важной особенностью нормальных волн. На графике (рис.1.10) показаны дисперсионные кривые для нормальных волн, т.е. кривые зависимости cp/c2 от h/2 для разных значений n. Видно, что в точках, где h/=1/2,1,3/2 и т.д., фазовые скорости обращаются в бесконечность. Это означает, что вся поверхность слоя колеблется одновременно. Когда h/2 для всех значений скорость стремится к c2 - скорости обычной волны.Волны с нечетными значениями n называют симметричными, т.к. движение частиц в них симметрично оси пластины. Волны с четными значениями n являются антисимметричными. Фазовая скорость волны cp определяет скорость распространения фазы вдоль пластины. Она позволяет вычислить длину волны вдоль пластины. Скорость распространения импульса характеризуется групповой скоростью которая нигде не обращается в бесконечность. Она совпадает с фазовой скоростью, когда фазовая скорость слабо зависит от частоты.
Рисунок – Дисперсионные кривые нормальных волн в жидком слое.
Возбуждается с помощью продольной волны падающей из внешней среды под некоторым углом. Нормальная в пластине – возбуж. наклонным ПЭП. Норм стержневая – прямым или наклонным ПЭП.
7.) При каких условиях могут существовать критические углы на границе сред, в чём их смысл, как их определить, какие явления наблюдаются при этом?
Первый критический угол I при падении продольной волны существует при условии cl1<cl2. Он соответствует условию слияния продольной преломленной волны с поверхностью Распространяющаяся вдоль границы неоднородная волна, называемая головной, используется в дефектоскопии. Максимальное значение напряжения головная волна имеет под поверхностью объекта и с ее помощью удается обнаруживать подповерхностные дефекты.
Второй критический угол II существует при условии cl1<ct2 (падает продольная волна) и он соответствует условию слияния с поверхностью преломленной поперечной волны, т.е. В этом случае неоднородная волна подобна поверхностной рэлеевской волне и их трудно отличить друг от друга.
Третьим критическим углом называют угол падения поперечной волны, про котором отраженная продольная волна превращается в неоднородную. Он определяется выражением при условии ct2<cl2.
При первом критическом угле интенсивно возбуждается головная волна, которая применяется при НК.
В интервале между первым и вторым критическими углами существует только поперечная волна. Эта область углов (30...55) широко используется для возбуждения поперечных волн в дефектоскопии.
Чем ближе угол падения к критическому, тем больше амплитуда неоднородной волны и тем большее расстояние она пробегает вдоль поверхности.
8.) Какими упругими постоянными характеризуются твёрдые среды? Что такое волновое сопротивление среды и чем оно определяется?
Как уже отмечалось ранее, упругие свойства твердых тел характеризуются двумя независимыми упругими постоянными. При этом в качестве пары упругих констант могут быть использованы скорости продольных и поперечных волн в безграничной среде. Через их значения можно определить скорости распространения других типов волн и константы упругости cреды (E, G, ).Для акустического контроля важное значение имеет такая характеристика cреды как акустический импеданс (комплексное сопротивление). Этот параметр определяется отношением акустического давления к колебательной скорости в упругой волне. В случае рассмотрения безграничной cреды, где потери УЗ- энергии несущественны, акустический импеданс является действительной величиной и определяется выражением. Скорость продольной волны в твердом теле: , E-модуль нормальной упругости. Скорость поперечной волны: , G-модуль сдвига.
В твердых телах, характеризующихся двумя упругими постоянными: коэффициентом сжимаемости — деформацией сжатия (растяжения) и упругостью формы (деформацией сдвига или изгиба), могут возникать, кроме продольных волн, еще и поперечные волны сдвига, изгиба и т. п. При этом у продольных волн направление колебаний частиц среды совпадает с направлением распространения звуковых волн, а у поперечных волн — перпендикулярно этому направлению.
Величину z называют характеристическим импедансом или волновым сопротивлением cреды, и она определяет условия отражения и преломления волн на ее границе. При нормальном падении плоской волны на плоскую границу раздела двух сред коэффициент отражения определяется только отношением волновых сопротивлений этих сред.
9.) Назовите основные акустические характеристики сред. Поясните механизм затухания акустических волн.
К основным характеристикам можно отнести:
Удельное волновое сопротивление сопротивление среды (характеристический импеданс). Представляет собой отношение акустического давления к колебательной скорости в бегущей волне:Коэффициент затухания – характеризует ослабление волны в следствие необратимых потерь при ее распространении в среде. Коэффициент затухания складывается из коэффициента поглащения и коэффициента рассеяния. Коэффициент затухания cреды определяется расстоянием, на котором амплитуда плоской волны уменьшается в е раз, и представляет собой сумму коэффициентов поглощения п и рассеяния p:
Распространение акустических волн в реальных средах сопровождается ослаблением или затуханием волн, т.е. уменьшением амплитуды и, следовательно, интенсивности волны по мере ее распространения.
Затухание звука является важным свойством сред и обусловлено рядом причин. Основными из них являются: убывание амплитуды волны с расстоянием от источника из-за геометрического расхождения волн; рассеяние на неоднородностях cреды, в результате чего уменьшается поток энергии в первоначальном направлении; необратимый переход энергии волны в другие формы, в частности в тепло, т.е. поглощение звука.
10.) Как зависит коэффициент затухания от структуры среды и от частоты колебаний? Какое значение придаётся затуханию волн в акустическом контроле?
Анизотропия - происходит рассеяние, потеря энергии и умен. амплитуды. Умен. частоты дает возможность умен. рассеяния. Увел. размера зерна приводит к увел. коэф. затухания. В полимерах затухание выше, чем в металлах. При наступает пик коэф. затухания.Коэф. затухания сдвиговой волны по крайне мере в 2 раза больше, чем у продольной волны.
Поскольку затухание и в частности рассеяние звука в материале является существенным препятствием для проведения ультразвукового контроля и во многих случаях вообще ограничивает его применимость, представляет большой практический интерес возможность оценки влияния кристаллической структуры вещества на затухание. До общего решения здесь еще очень далеко, так как этому препятствуют и теоретические трудности, и возможности техники измерений; к тому же бесспорно, что кроме величин, поддающихся непосредственному измерению (например, размера зерна и анизотропии), здесь сказываются и многочисленные другие параметры, более трудно поддающиеся регистрации. Сюда относятся, например, свойства границ зерен и внутренние напряжения. К тому же даже величина зерна не является четким понятием, как это видно по микрошлифам сталей, имеющих сложную структуру.
Четкой закономерности поэтому можно ожидать только при простых структурах лишь с одним видом и одной формой кристаллов при минимально возможном количестве загрязнений. При этом речь не обязательно должна идти о чистых металлах. Сплавы с истинными твердыми растворами не являются исключением. В таких случаях наблюдается легко выявляемое влияние анизотропии и размеров зерна. Например, если сравнить два образца из алюминиевого и латунного литья с одинаковой величиной зерна, то затухание в латуни будет много сильнее, чем в алюминии. Если далее взять две пробы одного и того же вещества с различной величиной зерна, то окажется, что у латуни изменение затухания в зависимости от величины зерна будет выражено много сильнее, чем у алюминия. Последнее сопоставление можно провести не при большей величине зерна, а при меньшей длине волны. Таким образом, большее отношение диаметра зерна к длине волны дает тем более сильное затухание, чем сильнее выражена анизотропия.
11.) Механизм затухания волн в различных средах. Поглощение и рассеяние волн.
Для акустического контроля важное значение имеет такая характеристика cреды как акустический импеданс (комплексное сопротивление). Этот параметр определяется отношением акустического давления к колебательной скорости в упругой волне. В случае рассмотрения безграничной cреды, где потери УЗ- энергии несущественны, акустический импеданс является действительной величиной и определяется выражением
(1.39)
Величину z называют характеристическим импедансом или волновым сопротивлением cреды, и она определяет условия отражения и преломления волн на ее границе. При нормальном падении плоской волны на плоскую границу раздела двух сред коэффициент отражения определяется только отношением волновых сопротивлений этих сред.
Ранее рассматривались идеальные вещества, в которых звуковое давление ослаблялось только в результате распространения волны. В таком случае в плоской волне звуковое давление вообще не должно было бы снижаться на ее пути, а в сферической волне, как и в звуковом луче от преобразователя в дальнем поле, оно уменьшалось бы только обратно пропорционально расстоянию от источника. Однако все естественные материалы оказывают более или менее сильное влияние, дополнительно ослабляющее звук. Распространение акустических волн в реальных средах сопровождается ослаблением или затуханием волн, т.е. уменьшением амплитуды и, следовательно, интенсивности волны по мере ее распространения. Затухание звука является важным свойством сред и обусловлено рядом причин. Основными из них являются: убывание амплитуды волны с расстоянием от источника из-за геометрического расхождения волн; рассеяние на неоднородностях cреды, в результате чего уменьшается поток энергии в первоначальном направлении; необратимый переход энергии волны в другие формы, в частности в тепло, т.е. поглощение звука.
Рассеяние обусловливается тем, что материал не является строго однородным. В нем имеются граничные поверхности, на которых звуковое сопротивление внезапно изменяется, поскольку там соприкасаются по сути два вещества с различной плотностью или скоростью звука. Такими неоднородностями могут быть, во-первых, просто посторонние включения, например неметаллические включения в поковках или поры. Во-вторых, ими могут быть собственно дефекты материала — естественные или намеренно полученные, как пористость в материалах, изготовленных методами порошковой металлургии.
Поглощение — представляет собой непосредственное преобразование звуковой энергии в тепло, что может быть обусловлено многочисленными различными процессами, рассмотрение которых здесь невозможно. Наглядно можно представить их как своего рода торможение колебаний частиц, вследствие чего понятно, что при быстрых колебаниях должно теряться больше энергии, чем при медленных. Поэтому поглощение, как правило, усиливается пропорционально частоте, т. е. много медленнее, чем рассеяние. В чистых газах и жидкостях рассеяние отсутствует и затухание определяется только поглощением. При этом коэффициент поглощения пропорционален квадрату частоты. Поэтому поглощение звука в газах и жидкостях характеризуют величиной . Эта величина, как правило, в жидкостях меньше, чем в газах, а в твердых телах меньше, чем в жидкостях.
Оба вида потерь затрудняют контроль материалов, но по-разному. Чистое поглощение ослабляет прошедшую энергию или отражение (эхо) от дефекта и от задней стенки. Для компенсации этого можно применить повышенную мощность излучения и увеличить усиление, а также воспользоваться меньшим поглощением при работе с низкими частотами.
12.) Отражение и преломление акустических волн на границах раздела сред. Трансформация волн. Критические углы.
Рассмотрим случай, когда плоская упругая волна, распространяясь в среде 1, падает под произвольным углом на границу раздела. Геометрия задачи и направление координатных осей показаны на рис.1.16. Волна частично проходит через границу, а частично отражается от нее. В отличие от анализа задачи с электромагнитными волнами для упругих волн необходимо принять во внимание не три, а пять волн: падающую, поперечную и продольную отраженные и поперечную и продольную преломленные. Если одна из сред является жидкостью или газом, поперечные волны в ней отсутствуют и общее число волн сокращается.
Рисунок 1.16 – Отражение и преломление волн на границе двух твердых сред.
В случае продольной падающей волны выполнение граничных условий эквивалентно следующему:
(1.44)
где cl1, cl2, ct1, ct2 - скорости распространения продольных и поперечных волн в верхней и нижней средах . Отсюда вытекает
(1.45)
Первое из этих соотношений есть закон равенства углов падения и отражения, а остальные являются обобщением закона Снеллиуса на случай упругих волн. Если падающая волна является поперечной, то условия на углы находятся аналогичным образом.
Дальнейшее решение задачи сводится к нахождению амплитуд отраженных и преломленных волн и коэффициентов отражения и прохождения.
Коэффициенты отражения R и прохождения D равны отношениям амплитуд соответствующих отраженных и прошедших и падающих волн, т.е.
(1.46)
где A0 - амплитуда падающей волны.
Коэффициент прохождения (отражения) по энергии выражается соотношением
(1.47)
где - коэффициент прохождения для поперечной волны при падении продольной; Il и - интенсивности падающей и преломленной волн.
В случае, когда скорость распространения падающей волны меньше, чем скорость распространения какой-либо преломленной (или отраженной) волны, то существует критическое значение угла падения, при котором соответствующая преломленная (или отраженная) волна превращается в неоднородную волну, т.е. концентрируется вблизи границы и быстро затухает при увеличении расстояния.
Рассмотрим условия существования критических углов. Если первой и второй средой являются твердые тела, то из закона синусов вытекает возможность существования целого ряда критических углов.
Смотри ответ на вопрос номер 7!!!!!!!!!!!!!!!!!!
Рассмотрим пример падения продольной волны на границу двух твердых тел, разделенных тонким слоем жидкости: оргстекло - масло - сталь. На границу падает продольная волна, скорость которой cl1<ct2, поэтому имеются два критических угла (cl1=2670 м/с;ct2=3200 м/с). При этих углах все коэффициенты прохождения и коэффициент отражения Rlt обращаются в ноль, а коэффициент отражения Rll=1. В физическом смысле это означает смещение энергии вдоль поверхности неоднородной волной. На рис.1.18 приведены кривые изменения коэффициента прохождения в зависимости от угла падения продольной волны при различной толщине слоя жидкости.
В области углов (10...I) существуют одновременно волны двух типов. В связи с этим существенно затрудняется расшифровка результатов контроля, и поэтому данная область углов используется в дефектоскопии редко.
При первом критическом угле интенсивно возбуждается головная волна, которая применяется при НК.
В интервале между первым и вторым критическими углами существует только поперечная волна. Эта область углов (30...55) широко используется для возбуждения поперечных волн в дефектоскопии.
Аналогичный способ применяют для возбуждения поверхностных волн, волн в пластинах и стержнях. В этом случае угол преломления принимают равным 90, поэтому волны в ограниченных средах возбуждаются при угле падения
(1.53)
где cп - скорость распространения поверхностной волны или фазовая скорость соответствующей моды волны в пластине или стержне.
В практике достаточно трудно получить плоскую волну, для которой выполняются приведенные выше графики и формулы. Вместо этого используют сферические волны, расходящиеся в пределах некоторого угла. При этом значения коэффициентов отражения и прохождения усредняют в некотором интервале углов падения.
При падении на поверхность раздела сред сферической волны отражение и преломление происходят так, как будто каждый из лучей является ограниченной плоской волной. При падении волны с углами несколько большими критического происходит интересное явление - незеркальное отражение. Установлено, что в этом случае отраженный пучок как бы смещается вдоль поверхности тела относительно падающего. Схематически это выглядит следующим образом (рисунок 1.19). При этом, чем ближе значение угла падения к критическому, тем больше смещение . Величина смещения определяется из выражения =2htg, где h - расстояние от действительной поверхности до мнимой границы отражения.
Данное явление можно рассматривать как перенос энергии вдоль поверхности неоднородной волной. Чем ближе угол падения к критическому, тем больше амплитуда неоднородной волны и тем большее расстояние она пробегает вдоль поверхности.
13.) В чём сущность з-а Снеллиуса при падении акустической волны на границу раздела 2-х сред? В чём сущность коэффициентов отражения и прохождения и от чего они зависят?
В случае продольной падающей волны выполнение граничных условий эквивалентно следующему: где cl1, cl2, ct1, ct2 - скорости распространения продольных и поперечных волн в верхней и нижней средах . Отсюда вытекает Первое из этих соотношений есть закон равенства углов падения и отражения, а остальные являются обобщением закона Снеллиуса на случай упругих волн. Если падающая волна является поперечной, то условия на углы находятся аналогичным образом. Дальнейшее решение задачи сводится к нахождению амплитуд отраженных и преломленных волн и коэффициентов отражения и прохождения.
Коэффициенты отражения R и прохождения D равны отношениям амплитуд соответствующих отраженных и прошедших и падающих волн, т.е. где A0 - амплитуда падающей волны.Коэффициент прохождения (отражения) по энергии выражается соотношением где - коэффициент прохождения для поперечной волны при падении продольной; Il и - интенсивности падающей и преломленной волн.Коэффициенты отражения и прохождения по амплитуде На практике чаще используются коэффициенты по энергии Коэффициент прохождения (отражения) по энергии определяется произведением соответствующих коэффициентов прохождения (отражения) по амплитуде в прямом и обратном направлениях через границу. Например где Dlt - коэффициент прохождения по амплитуде для падающей продольной и преломленной поперечной волн; - коэффициент прохождения по амплитуде для падающей поперечной и преломленной в верхнюю среду продольной волн, проходящих через границу в обратном направлении.Данное соотношение весьма важно для дефектоскопии, в связи с тем, что один и тот же преобразователь, как правило, используется для изучения и приема акустических волн. Сумма всех коэффициентов отражения и прохождения по энергии равна единице из закона сохранения энергии. Например, при падении продольной волны на границу двух твердых тел
14.) Как используется наличие критических углов в практике контроля?
Первый критический угол I при падении продольной волны существует при условии cl1<cl2. Он соответствует условию слияния продольной преломленной волны с поверхностьюРаспространяющаяся вдоль границы неоднородная волна, называемая головной, используется в дефектоскопии. Максимальное значение напряжения головная волна имеет под поверхностью объекта и с ее помощью удается обнаруживать подповерхностные дефекты. Второй критический угол II существует при условии cl1<ct2 (падает продольная волна) и он соответствует условию слияния с поверхностью преломленной поперечной волны, т.е. В этом случае неоднородная волна подобна поверхностной рэлеевской волне и их трудно отличить друг от друга. Третьим критическим углом называют угол падения поперечной волны, про котором отраженная продольная волна превращается в неоднородную. Он определяется выражением при условии ct2<cl2.
15.) Как определить угол падения акустических волн при заданном угле ввода пучка в обьект?
Смотри концовку 12 вопроса!!!!
16.) Особенности отражения волн от свободной границы твёрдого тела. Обменные углы.
В практике акустического контроля весьма часто приходится встречаться с отражением от свободной поверхности волны, которая распространяется внутри твердого тела.
В случае падения поперечной волны существует третий критический угол, равный 3030 для стали. При углах больше критического коэффициент отражения продольной волны обращается в ноль, а поперечной - равен по модулю единице. Но при этом меняется его фаза, в результате чего возникает явление незеркального отражения.
При углах 68 для продольных и 31 для поперечных волн в стали коэффициенты отражения нетрансформированных волн имеют минимум. Это означает, что подавляющая часть энергии при этих углах падения переходит в трансформированную волну. Углы с максимальной трансформацией волн называются обменными. Они связаны между собой зависимостью
17.) Дифракция волн в твёрдых телах. Явление поляризации для акустических волн.
Во всех случаях, представляющих интерес, можно считать, что поперечная волна, вводимая в изделие с пом. наклонного пьезопреобр-ля, линейно поляризована в плоскости, перпендикул-ой границе раздела сред. Такая волна наз. вертикально- поляризованной или SV- волной. Коэф. поляризации линейно- поляризованной волны равен 1, волны с круговой поляризации равен 0.
Под дифракцией в широком смысле понимают явление, возникающее при встрече волны с препятствиями. Амплитуда и фаза волны, встретившей при распространении в однородной среде препятствие, изменяются, и эта волна проникает в область тени, отклоняясь от прямолинейного пути.
В электродинамике и акустике под дифракцией понимают особенности поведения волновых полей, которые не могут быть описаны посредством законов ГО. В соответствии с этим определением законы ГО нарушаются в переходных зонах, где образуются не учитываемые этими законами дифракционные поля.
В твердом теле существуют зоны четырех типов, в которых законы ГО неприменимы:
1. Острые края дефектов и, как предельный случай, края трещин.
2. Зоны поверхности гладких тел, в которых лучи касаются поверхности
3. Зоны третьего типа и соответственно дифракционные поля третьего типа образуются при падении волн на границу раздела двух сред или на свободную границу среды под первым, вторым или третьим критическими углами. При этом образуются головные волны, которые в свою очередь порождают семейство дифракционных боковых волн в обеих средах. 4. Дифракционные поля четвертого типа (рефракционные поля) образуются в слоисто-неоднородных средах, в которых групповая скорость меняется, например, по линейному закону, лучи отклоняются от прямолинейного распространения; и существуют зоны, в которых образуются каустики, т. е. семейства огибающих лучей, которые, двигаясь по разным направлениям, собираются в одной точке. В этих зонах образуются дифракционные поля и соответственно волны дифракции четвертого типа.
18.) Отражение и прохождение акустических волн при нормальном падении на границу двух сред, разделенных тонким слоем. Просветление границы.
Если две протяженные среды разделены слоем толщиной h, то коэффициенты отражения и прохождения зависят от соотношения толщины слоя и длины волны. При нормальном падении волны полуволновой слой (или кратный ему) не влияет на прохождение и отражение. Четвертьволновой слой (или равный нечетному числу четвертей волн) приводит к ухудшению прохождения, когда акустический импеданс слоя одновременно больше или меньше импедансов протяженных сред (симметричный случай). Тот же слой обеспечивает увеличение коэффициента прохождения, если импеданс слоя меньше импеданса одной из сред, но больше импеданса другой среды (несимметричный случай).
Коэффициент прохождения достигает единицы, т.е. граница полностью просветляется, когда
В случае очень тонкого слоя, т.е. h<<, по обе стороны от которого расположены одинаковые среды с z1=z2, коэффициент отражения определяется формулой