Ультразвуковые исследования материалов

Измерение скорости звука материалов дефектоскопом PCUS-10

Скорость распространения ультразвуковых колебаний

В зависимости от упругих свойств среды в ней могут распространяться упругие колебания разных типов, отличающиеся направлением смещения колеблющихся частиц. В связи с этим различают следующие типы ультразвуковых колебаний: продольные, поперечные (сдвиговые), поверхностные, нормальные и т.д.

Продольные колебания могут распространяться в твердой, жидкой и газообразной средах, так как связаны с упругостью объема среды.

Поперечные (сдвиговые) колебания могут распространяться только в твердой среде, которая обладает упругостью формы, т. е. способна сопротивляться деформации сдвига.

Поскольку природа продольных и поперечных волн разная, то скорости их распространения определяются различными упругими константами среды и значительно отличаются друг от друга. Для неограниченной твердой среды скорость продольных волн зависит от модуля объемной упругости Е(модуль Юнга), коэффициента Пуассона v и плотности среды р:

Скорость поперечных волн определяется модулем сдвига G и плотностью среды:

Коэффициент Пуассона характеризует отношение констант объемной упругости и сдвига:

В твердом теле распространение продольной волны сопровождается распространением поперечных волн, но выделить тот или иной тип колебания возможно только при отражении и преломлении ультразвуковых волн на границе двух сред. Продольные и поперечные волны имеют различную скорость распространения, поэтому отражаться и преломляться на границе двух сред они будут под разными углами.

Отражение и преломление акустической волны на границе двух твердых сред

Рис. 4.1. Отражение и преломление акустической волны на границе двух твердых сред: /, t — продольная и поперечная волна, а„ р,, Р„ у,, у, — соответствующие углы падения, отражения и преломления

Углы падения а,, отражения (3,, (3, и преломления у,, у, связаны следующим соотношением:

где с, — скорость падающей и отраженной продольных волн (падающая волна может быть и поперечной в общем случае), с, — скорость отраженной поперечной волны, с,' — скорость прошедшей продольной волны, с, ’ — скорость прошедшей поперечной волны.

Из рис. 4.1 очевидно существование некоторого критического угла падения акр,, при котором преломленные продольные волны будут распространяться в поверхностном слое, а также критического угла акр п > акр,, при котором по поверхности будут распространяться преломленные поперечные волны.

Таким образом, для углов падения а, удовлетворяющих условию акр, < а < акрц, в среде будут распространяться только преломленные поперечные волны. Для многих материалов «кР.1 ~ 30°, акр || = 51°.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >