ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Отражение и преломление акустических волн из "Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий " Упругие свойства жидкостей и газов задаются одной константой, например модулем К. Упругие свойства твердых тел характеризуются двумя независимыми упругими константами, например модулем нормальной упругости Е и модулем сдвига С. В качестве пары упругих постоянных могут быть использованы скорости продольных и поперечных волн в безграничной ср еде. Отношение этих скоростей однозначно связано с коэффициентом Пуассона V (рис. 7). [c.165] Скорость распространения упругих волн в некоторых материалах, их плотность и характеристический импеданс даны в табл. 2. [c.165] При поглощении звуковая энергия переходит в тепловую, а при рассеянии остается звуковой, но уходит из направленно распространяющейся волны в результате отражений от неоднородностей среды. [c.167] В газах и жидкостях, не засоренных взвешенными частицами, пылинками, пузырьками воздуха (в жидкости), рассеяние отсутствует и затухание определяется поглощением. Коэффициент поглощения пропорционален квадрату частоты. В связи с этим в качестве характеристики поглощения звука в жидкостях и газах вводят величину а//2(табл. 3). [c.167] В твердых телах коэффициенты затухания для продольных и поперечных волн различны. [c.167] Большинство твердых тел состоит пз большого числа зерен —кристаллов, на границах которых происходит рассеяние ультразвуковых волн. [c.167] Вследствие этого роль коэффициента рассеяния оказывается значительной и часто превалирующей. Особенно велико рассеяние в материалах, состоящих пз разнородных частиц (бетон, гранит, чугун). [c.167] Воздух. , Вода. . . Глицерин Керосин. Кислота сусная. . [c.168] Металлы, применяемые на практике, имеют поликристаллическое строение, и в них обычно существенным является рассеяние, связанное с упругой анизотропией. Это явление заключается в том, что в кристаллах модули упругости (а следовательно, скорости звука) зависят от направления относительно осей симметрии кристалла (табл. 4). [c.168] Большое влияние на значение коэффициента рассеяния в металлах оказывает соотношение средней величины зерна О и длины волны Я, (рис. 8). Прц к В затухание определяется в основном поглощением. Особенно велико рассеяние при к В, причем оно достигает максимума в интервале А, = (2 -т- 4) Д. [c.168] На рис. 9—12 показаны зависиглоСти затухания ультразвука от частоты и средней величины зерна в некоторых материалах. В табл. 5 указаны приближенные значения коэффициентов затухания для различных твердых материалов и возможности их ультразвукового контроля на частоте 2 МГц. [c.170] В табл. 6 приведены акустические свойства некоторых гетерогенных материалов, используемых в дефектоскопии. [c.171] В наиболее общем случае на границе двух твердых тел (рис. 13) в результате падения плоской волны под углом падения а возникают по две отраженных и преломленных волны (продольных и поперечных). Если одна из сред является жидкостью или газом, поперечные волны в ней отсутствуют и общее число волн сокращается. Направления волн характеризуются углами отражения (Р и Р ) и преломления (v и у(), а амплитуды — коэффициентами отражения R и прохождения D. Эти коэффициенты равны отношениям амплитуд соответствующих отраженных (прошедших) и падающих волн. [c.171] Это соотношение важно для дефектоскопии, где один и тот же искатель, как правило, используют для излучения и приема акустхгческих волн. [c.171] На рис. 14—19 приведены расчетные графики, характеризующие отражение и преломление для наиболее важных практических случаев ультразвукового контроля. Акустические свойства сред соответствуют значениям, приведенным в табл. 2. [c.173] Неоднородную продольную волну, возникающую при падении на границу твердого тела иод углом, равным или несколько большим первого критического, применяют в дефектоскопии. Если поверхность твердого тела свободна (вне участка соприкосновения с искателем) или слабо нагружена (контактирует со средой, имеющей низкий импеданс), то интенсивность этой волны на поверхности равна или близка к нулю. Максимум интенсивности соответствует лучу, составляющему небольшой угол ( 10°) с поверхностью. [c.174] При падении на поверхность раздела сред сферической волны отражение и преломление происходят так, как будто каждый из падающих лучей является ограниченной плоской волной. Нанример, в случае границы двух жидкостей (рис. 20 лучи О А и ОВ, углы падения которых меньше крит1гческого, отражаются и преломляются по обычным законам. Лучи 00 и ОЕ, угол падения которых превышает критический, испытывают незеркальное отражение. Чем ближе значения угла а к критическому, тем больше смещение ПО и ЕЕ. Для луча, угол падения которого равен критическому, смещение стремится к бесконечности. [c.174] В случае падения луча (или плоской волны) на прямой двугранный угол (рис. 21) происходит двукратное отражение луча от граней угла, приводящее к параллельному его смещению. При падении на двугранный угол сферической волны от источника О отражение происходит как от плоскости MN, отраженные лучи как бы излучаются мнимым источником О, но только нижние лучи становятся рсрхнилн , и наоборот. Если двугранный угол образуется поверхностями твердого тела, то прп каждом отражении может происходить трансформация волн, как показано на рис. 14 и 15. Вследствие этого амплитуда однотипной волны, отраженной в сторону источника излучения, может существенно уменьшиться при определенных углах падения (рис. 22). Если волна падает под большим углом к одной из граней, то в результате интерференции падающей и отраженной волн отраженная волна ослабляется. Это явление не учтено на рис. 22, трансформированные волны не показаны. [c.175] Если две протяженные среды разделены слоем толщиной к, то коэффициенты отражения и преломления зависят от соотношения толщины слоя и длины волны. [c.175] Вернуться к основной статье