ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Принятые обозначения из "Применение ультразвука в промышленности " Ультразвуковые колебания представляют собой упругие волны, распространяющиеся с определенной скоростью в какой-либо материальной среде — газах, жидкостях, твердых телах. Колеблющийся источник звука периодически сближает примыкающие к нему частицы, которые передают это сжатие среды следующему прилегающему слою и волны сжатия, чередуясь с волнами разрежения, проходят все пространство, занимаемое данной средой. Скорость и направление распространения звуковых волн зависят от плотности и упругости среды, а также ее размеров. Особенностями высокоэнергетических ультразвуковых колебаний является возможность фокусирования энергии на сравнительно небольшую площадь рабочей зоны. Ультразвуковые колебания малой интенсивности, используемые для дефектоскопии и исследования вещества, подчиняются законам линейной акустики. [c.8] Распространение высокоэнергетических колебаний в жидких и твердых средах сопровождается рядо.м новых эффектов, часто приводящих к необратимым явлегшям. Эти эффекты, такие как радиационное давление, акустическая кавитация и звуковые потоки, изучаются в нелинейной акустике. [c.8] Вопросы механических колебаний и акустики ультразвуковых преобразований изложены в многочисленных работах [8, 11, 41, 42, 45, 46], физика и техника мощного ультразвука рассмотрены в трудах [15, 28, 47, 48]. [c.8] Простейшей механической колебательной системой с одной степенью свободы является горизонтально расположенный упруго закрепленный шарик массой т (рис. 1). Если сдвинуть шарик, растянув или сжав пружину, то он начнет совершать свободные гармонические колебания относительно положения равновесия. Предполагая в системе отсутствие потерь (консервативная— изолированная система), получим незатухающие колебания. [c.9] Значения и и V при гармонических колебаниях периодически изменяются по времени с одинаковой частотой, но смещены по фазе (рис. 2). [c.10] Реальная (неконсервативная) система всегда имеет потери энергии, вызванные трением об окружающую среду, внутренним трением, нагрузкой системы. Колебания реальной системы являются затухающими, а уравнение движения содержит силу сопротивления Рг. Последняя обычно пропорциональна колебательной скорости = г. [c.10] Потери вызывают снижение амплитуды и частоты колебаний. [c.11] Декремент колебаний (затухание) бк определяет крутизну снижения огибающей (рис. 3), показывая, во сколько раз уменьшается амплитуда колебаний через каждую секунду. [c.11] Импеданс показывает, какую амплитуду колебательной скорости получает система под действием приложенной силы. В жестких системах импеданс велик, а скорости мялы, в мягких системах при малом импедансе скорости велики. В момент резонанса (/ = /о) импеданс минимален и равен сопротивлению потерь г Z = r). [c.13] Тип волны зависит от упругих свойств среды. Различают плос не, цилиндрические и сферические волны. В плоской бегущей волне амплитуды и фазы колебаний одинаковы во всех точках фронта волны, а в сферических и цилиндрических амплитуды колебаний изменяются с расстоянием. [c.13] В идеальном случае сферические волны формирует излучатель, выполненный в виде точечного источника. Однако практически считают волну сферической, когда радиус излучателя мал по сравнению с длиной волны X а Сл. [c.13] Жидкости и газы, не обладающие сдвиговой вязкостью, не способны выдерживать и передавать какие-либо касательные напряжения. Поэтому в жидкостях и газах распространяются лищь продольные волны — волны, в которых направление колебательного движения частиц совпадает с направлением распространения волны. [c.13] При распространении продольной волны в среде последовательно возникают области сжатия и разрежения. В стоячей волне в точках с максимальной амплитудой колебаний — в пучностях наблюдается область сжатия, а в узлах — область разрежения. Для бегущей волны пучности и узлы в любой точке пространства чередуются. [c.14] Колебательные свойства твердого тела зависят от плотности р, модулей Юнга Е и сдвига О, коэффициента Пуассона .I, удельного волнового сопротивления рс и коэффициента затухания р. В табл. 2 приведены зависимости для определения скорости распространения волн различных типов в изотропных твердых телах. [c.15] Значения скоростей звука с, Ссо 9 с% И упругих констяит некоторых твердых тел при температуре 20° С даны в табл. 3. [c.16] Потери ультразвуковой энергии связаны с движение.м дислокаций в металле под действием приложенного напрял еиия дислокации, закрепленные атомами примеси и узлами дислокационной сетки, соверщают колебания подобно натянутой струне. [c.16] Ультразвуковые колебания, таким образом, могут значительно снижать сопротивление металлов пластическому деформированию. Более подробно этот вопрос изложен в гл. б. [c.17] Составляющая, пропорциональная /, обусловливается наличием упругого гистерезиса, а член, пропорциональный определяет релеевское (диффузионное) рассеяние энергии. [c.17] При небольших амплитудах колебаний а не зависит от амплитуды, а при больших ( =10 мкм) процесс усложняется появляется нелинейное поглощение при увеличении коэффициент поглощения сначала медленно, а затем резко возрастает [40]. При частотах 2—100 кГц а прямо пропорционален Из сталей наименьшие потери у сталей 45 и ЗОХГСА в закаленном состоянии. Хорошие акустические свойства имеют титан и его сплавы. [c.17] Вернуться к основной статье