ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Скорость звука направленных воли, дисперсия из "Ультразвуковой контроль материалов " Вблизи первого критического угла (полное отражение продольной волны, около 28° в пластмассе, рис. 2.12), если расчетный угол продольной волны в стали составляет около 75°, то образуется так называемая головная (ползучая, блуждающая) волна, бегущая вдоль поверхности, которая быстро теряет энергию в результате отщепления поперечной волны. Она имеет такую же скорость, как продольная волна (рис. 2.17, а). [c.50] При встрече поперечной волны со второй параллельной свободной поверхностью образуется вторая головная волна. Тот факт, что при предельном угле все же еще имеется продольная волна и что практически в пластмассе выбирают несколько меньший угол, обусловливается тем, что падает звуковой пучок вместо бесконечно-протяженной продольной волны. [c.50] Термин головная, или ползучая волна вводит в заблуждение, т. к. скорость ее распространения такая же, как у продольной волны. Кроме того, далее будет рассмотрен еще один вид головной волны, которая представляет собой выродившуюся поверхностную волну (см. ниже). Для различия первый вид волн иногда называют продольными головными волнами. [c.50] Однако волна Рэлея возникает также и в том случае, если иа свободную поверхность твердого тела падает поперечная волна под критическим углом около 33° (при исчезновении продольной волны), как показано на рис. 2.17,6 слева внизу. [c.51] Избежать затухания головной волны не удается. Поэтому область ее действия ограничивается шириной пучка. [c.51] Оба типа волн являются так называемыми неоднородными, т. е. поперечно-затухающими, в которых амплитуды частиц уменьшаются в направлении, перпендикулярном направлению распространения. Глубина проникновения волн Рэлея зависит от порядка величины длины волны. Обе волны отражаются от граничных поверхностей на их пути, например от поверхностных трещин, кромок, посторонних включений, и используются для их обнаружения. Волны Рэлея чувствительны к дефектам самой поверхности, например к инородным включениям, цри-ставшей грязи, каплям жидкости напротив, продольные головные волны чувствительны только к дефектам под поверхностью. [c.51] При умеренной кривизне волны Рэлея распространяются по поверхности, а головные волны — нет. [c.51] Поперечная волна, полученная из поверхностной волны (рис. 2.18, а) при ее преобразовании, является одной из разновидностей так называемых краевых волн (см. раздел 2.6). [c.52] Частицы поверхности в волне Рэлея совершают, как показано на рис. 2.19, эллиптические колебания. При этом ее деформация не будет синусоидальной, известной по аналогии с волнами на поверхности воды. Из формы колебаний частиц, амплитуда которых с увеличением глубины уменьшается и приближается к форме круга, следует одно из важных свойств волн Рэлея если траектория распространения волн на поверхности ограничивается боковыми прямоугольными кромками (рис. 2.20), то частицы совершают только движения, параллельные боковым поверхностям. Это означает, что при падении по касательной не происходит скачка фазы. Волна не только не гасится вдоль кромки, но даже усиливается до двойного значения. [c.52] Одна разновидность волн, похожих по форме на волны Рэлея, наблюдается на границе между двумя твердыми веществами (Стоили [1475]). В твердом слое одного вещества на другом наблюдается волна в граничном слое ( Love Welle [592]), которая похожа иа волну в пластине (рис. 2.21, а). Эти и многие другие формы направленных волн пока не имеют значения для контроля материалов. [c.52] Оба типа волн Лэмба (рис. 2.21, бив) являются основными типами — симметричными (волнами расширения) или несимметричными (изгибными волнами). К этому семейству относятся еш,е и волны высших гармоник, число которых не ограничивается. [c.53] В других протяженных телах (большой длины) тоже могут возбуждаться направленные волны, соответствующие форме этих тел, например в стержнях. В случае круглых или прямоугольных стержней под волнами в стержнях обычно понимают волны расширения, аналогичные показанным на рис. 2.21,6.. Кроме того, имеется большое разнообразие изгибных, крутильных и радиальных волн вместе с их высшими гармониками которые лишь редко используются для контроля материалов. Эти волны, как впрочем и волны в пластинах, могут возбуждаться не только при преобразовании моды падающей продольной волны. Напротив, для их получения более подходят способы электромагнитного возбуждения, а не пьезоэлектрического (разделы 8.4 и 8.5). [c.54] Продольная головная волна имеет скорость продольной волны . а параллельно поляризованная поперечная волна в пластине — скорость свободной поперечной волны. [c.54] Таким образом, поверхностная волна распространяется всегда несколько медленнее, чем поперечная в стали ее скорость составляет 92 % и в алюминии около 93 % скорости поперечной волны. [c.54] Длина волны или частота в формулу (2.4) не входит, как и в формулы (1.6) и (1.7) для свободных основных волн. Следовательно, эти волны, как и поверхностные, не имеют дисперсии, т. е. их скорость не зависит от частоты. Это справедливо также для головных волн. [c.54] Кроме того, она имеет дисперсию и если поверхность имеет иные свойства, чем основной материал, например в результате закалки или вследствие наличия напряжения [168]. [c.55] Дисперсию имеют также и волны Лаве, если они бегут в слоях, толщина которых близка к длине волны. Зависимость скорости распространения волн в пластинах и волн Лаве от толщины может быть использована для измерения толщины по скорости звука. [c.55] Другие направленные волны, как и волны в пластинах (волны Лэмба), имеют дисперсию. Их скорость довольно сложно зависит не только от материала, но и от толщины пластины и частоты, как показано на диаграмме в табл. 9 в приложении для стали. Для других материалов со значениями ц==0,25, 0,33 и 0,375 были опубликованы расчеты Перси [1216], а для алюминия эти значения определил Файрстон [457]. [c.55] На рис. 2.22 наглядно показано возникновение волны Лэмба из зигзагообразно отраженной основной волны и видна связанная с этим дисперсия. [c.55] Если звуковой пучок шире (рис. 2.22, б), то после отраже ния происходит наложение. Это значит, что могут возникнуть интерференции. На рис. 2.22, б показаны условия, когда на границах пучка как раз происходит гашение. При очень большой ширине пучка по сравнению с толщиной пластины (рис. 2.22, в) волна в пластине может распространяться только при определенных комбинациях значений угла а и длины волны К. [c.56] Вернуться к основной статье