Затухание рэлеевских волн

В 50-х годах нашего века ультразвуковые рэлеевские волны с частотами -10 Гц стали интенсивно использоваться как средство всестороннего неразрушающего контроля поверхности и поверхностного слоя образцов и материалов (определение дефектов, степени и глубины термической закалки, остаточных механических напряжений, качества обработки поверхности и т. д.). Дело в том, что скорость, затухание и структура рэлеевской волны неразрывно связаны с механическими, термическими и прочими характеристиками поверхностного слоя образца, в котором она распространяется. Поэтому по скорости и затуханию рэлеевской волны можно получать информацию о состоянии поверхностного слоя образца. [c.3]

Тонкий твердый слой не только изменяет фазовую скорость поверхностной волны, но и может существенно изменить ее затухание (по сравнению с затуханием рэлеевской волны в свободном полупространстве). Это убеди- [c.48]

Затухание рэлеевских волн [c.128]

Пусть затухание продольных и поперечных волн мало ki ki, ki" kt) и одинаково во всех точках среды. Как будет видно из дальнейшего, затухание рэлеевских волн при этом также мало и одинаково во всех точках среды. Запишем комплексные волновые числа продольной, поперечной и рэлеевской волн в виде [c.129]

В работе [ИЗ] приведены результаты опытов по проверке формулы (2.18), проводившихся на плексигласовых образцах импульсным методом в диапазоне частот 20—180 кГц. Эти опыты хорошо подтверждают зависимость между коэффициентами затухания продольных ), поперечных 2) и рэлеевских (5) волн (рис. 2.14), даваемую соотношением (2.18). (На рис. 2.14 сплошные линии — линейные приближения экспериментальных зависимостей, полученные по методу наименьших квадратов штриховая — расчетная зависимость коэффициента затухания рэлеевских волн.) [c.130]

Экспериментальное исследование затухания рэлеевских волн на выпуклых и вогнутых цилиндрических поверхностях [c.145]

Экспериментальные исследования затухания рэлеевских волн на выпуклых цилиндрических поверхностях имели целью показать отсутствие дополнительного за- [c.147]

Из рис.2.20 видно, что в пределах погрешности измерений все экспериментальные точки лежа на одной кривой. Это и доказывает независимость коэффициента затухания рэлеевских волн на выпуклой цилиндрической поверхности от величины радиуса кривизны. [c.149]

Каждая пара волн тп), унося энергию основной рэлеевской волны от границы, будет вносить свой вклад в затухание основной волны. Предположим, что затухание рэлеевской волны, вызванное рассеянием, достаточно мало, так что на некотором отрезке / А,д в направлении распространения волны, содержащем большое число неровностей, изменение амплитуды основной волны сравнительно мало. В этом случае можно ввести понятие парциального коэффициента затухания равного отношению энергии, унесенной по оси г за единицу времени через единичную площадку волнами тп), к плотности потока энергии в рэлеевской волне. Суммарный коэффициент затухания Ь рэлеевской волны (по энергии) будет равен [c.167]

На рис. 2.28 показаны результаты расчета коэффициента затухания для алюминия ), земного грунта 2) и стали (5) при простейшем типе неровности поверхности — синусоидальной неровности, когда С = соз gx. По оси ординат на рисунке отложена безразмерная величина у = б/А о- Каждая из кривых при пространственных периодах неровностей Л = А,д/(1 сд/с/) имеет очень острые максимумы, вблизи которых затухание весьма велико (в е раз на пути (5—10) А,д). При этих значениях Л рассеянные продольные волны распространяются в том же направлении, что и первичная рэлеевская волна(левые пики), или в противоположном направлении (правые пики). Резкое возрастание рассеяния при этих значениях Л обусловлено оттоком энергии от границы в рассеянную поперечную волну. При Л, большем некоторого Атах (Лтах = = 11,28 для алюминия, 10,26 А,( для земного грунта и 4,895 для стали), затухание рэлеевской волны вообще отсутствует. [c.167]

Рис. 2.28. Зависимость коэффициента затухания рэлеевских волн от периода неровностей

В работе [130] исследовано влияние способа обработки поверхности металла (строгание, фрезерование, притирка и полирование) на затухание рэлеевских волн. Показано, что затухание весьма существенно зависит от способа обработки, поскольку при различных способах обработки получается различная структура поверхности и поверхностного слоя появляется наклеп, обработочные штрихи, различная ориентация структурных элементов поверхностного слоя металла, поверхностные пленки (при химическом полировании). [c.173]

Укажем, что вследствие сильной пьезоэлектрической связи взаимодействие рэлеевской и поперечной волн с электронами в кристалле dS весьма велико. Так, максимальное усиление (затухание) рэлеевской волны на частоте 30 МГц составляет примерно Ю см . [c.218]

Далее, при отсутствии диффузии электронов в кристалле (сод = оо) и малых значениях электропроводности (О < сос/со < 0,5) максимальные значения коэффициента усиления (затухания) достигаются для рэлеевской волны при меньших значениях (меньшие дрейфовые поля), чем для поперечной. G увеличением электропроводности кристалла эти максимальные значения очень быстро возрастают, стремясь к предельному значению, соответствующему насыщению . Иными словами, зависимость коэффициента усиления (затухания) рэлеевской волны от и o /w в области малых значений этих параметров очень резкая. Для поперечной волны эта зависимость сглаженная. Так, при сос/со = 0,1 максимальное значение уа для рэлеевской волны составляет 0,84 от предельного значения и достигается при = 0,17. Для поперечной волны соответственное значение yt составляет лишь 0,42 от предельного и достигается при = 0,50. При o /w> >0,5 зависимости у ( ) ш Дс/сд (Q для рэлеевской и поперечной волн примерно одинаковы. [c.230]

Рис. 3.17. Схема опыта по измерению электронного усиления (затухания) рэлеевских волн

Поглощение и рассеяние рэлеевских волн на ультразвуковых частотах исследовано очень слабо. Затухание же объемных (продольных и поперечных) ультразвуковых волн изучено довольно подробно (см, например, монографию [5]). Поэтому немногочисленные рабогы по исследованию затухания рэлеевских волн посвящены в основном установлению связи между затуханием поверх- [c.32]

Таким образом, коэффициент затухания рэлеевской волны на длину волны есть линейная комбинация из аналогичных коэффициентов затухания продольных и поперечных волн. Величина А зависит только от коэффициента Пуассона V. На рис. 12 изображены рассчитанные [c.34]

В работе [30] теоретически рассмотрено затухание рэлеевских волн при распространении вдоль неровной поверхности, уравнение которой задано в виде 2 = х, у). Изложим основные результаты этой работы. Пусть твердое тело занимает полупространство Предположим, что глубина неровностей мала по сравнению с и малы наклоны поверхности по отношению к средней плоскости. Будем решать задачу методом последовательных приближений с точностью до первого приближения включительно, считая, что в нулевом приближении вдоль плоской границы в положительном направлении оси л распространяется гармоническая плоская рэлеевская волна. В первом приближении необходимо учитывать, что волна распространяется вдоль неровной поверхности, благодаря чему граничными условиями задачи будет отсутствие напряжений на поверхности г 1 х, у), а не на плоскости 2=0. Напряжения а гг, Оуг,Огг В точках поверхности г = Цл , у) будут отличны от нуля, причем их можно выразить через напряжения о1х, в исходной рэлеевской волне нулевого приближения следующим образом [c.68]

В 3 гл. I было показано, что коэффициент затухания рэлеевских волн из-за поглощения и рассеяния в материале является линейной комбинацией, из соответствующих коэффициентов продольных и поперечных вол н, т. е. затухание поверхностных рэлеевских волн не больше, чем затухание объемных (.продольных и поперечных) воли. Но рэлеевские волны, в отличие от объемных, распространяются не в толще материала, а по его поверхности, поэтому амплитуда ультразвуковых рэлеевских волн убывает с расстоянием Я из-за расхождения. пучка как а не как 1// , что имеет место для объемных волн. Вследствие этого ультразвуковые рэлеевские волны могут распространяться на существенно большие расстояния, чем продольные и поперечные волны в тех же материалах. Поэтому для контроля ультразвуковыми рэлеевскими волнами доступны практически твердые материалы как с малым, так и с большим затуханием ультразвука. [c.138]

В первую очередь здесь следует отметить использование ультразвуковых рэлеевских волн не только для обнаружения дефектов в поверхностном слое образца, но и для всестороннего контроля поверхности и поверхностного слоя. Этот контроль осуществляется обычно путем прецизионных измерений скорости и затухания ультразвуковых рэлеевских волн, поскольку обе эти основные характеристики рэлеевской волны весьма чувствительны к изменению механических параметров поверхностного слоя образца, в котором они распространяются. Так, например, по затуханию рэлеевской волны можно определить качество обработки поверхности образца [31], при условии, что все остальные параметры (химический состав, механическая структура и т. д.) испытуемой серии [c.159]

Таким образом, коэффициент затухания рэлеевской болны на длине волны есть линейная комбинация из аналогичных коэффициентов затухания продольных и поперечных волн. Величина С зависит только от коэффициента Пуассона V. На рис. 2.13 изображены рассчитанные нами кривые зависимостей 6 и 1 — С от V. Из графика видно, что для всех материалов удельный вес>> р в формуле (2.18) больше удельного веса а, т. е. при примерно одинаковых значениях величин аир коэффициент у затухания рэлеевских волн оиределж тся в основном ко циентом затухания поперечных волн р. Так, например, для стали 7 = 0,89р 4-0Д1 1 для алюминия у = 0,93р + 4- 0,07а, для резины (V = 0,5) 7 = р. [c.130]

Л. М. Бреховских в работе [124] впервые теоретически исследовал затухание рэлеевских волн при распространении вдоль неровнойповерхности, уравнение которой задано в виде 2 = у). Изложим основные результаты этой работы. [c.165]

Как видно из рис. 3.9 и 3.10, кривые для рэлеевской и поперечной волн весьма близки между собой и имеют следующие характерные черты. Если дрейфовое поле не очень велико, > О, и волцы затухают (ук.г О). Но при < О коэффициент уд, t становится отрицательным, что означает замену затухания рэлеевской волны усилением, происходящим за счет перекачки энергии от дрейфующих электронов в волну. Переход от затухания к усилению происходит при так называемом критическом поле ( о)крит, определяемом из условия = О (или Vg = %,t)- [c.216]

Экспериментальное исследование распространения поверхностных волн рэлеевского типа на цилиндрических поверхностях описано в работе [21], целью которой являлась опытная проверка изложенных выше теоретических выводов о затухании таких волн на выпуклой и вогнутой цилиндрических поверхностях. Опыты проводились в импульсном режиме на частоте 2,65 Мгц при длительности импульса 10 мксек (вогнутая цилиндрическая поверхность) и 5 мксек (выпуклая цилиндрическая поверхность). В качестве выпуклых и вогнутых цилиндрических поверхностей, на которых исследовалось затухание, использовались боковые поверхности дюралевых дисков с радиусами 7 = 5- 85 мм и толщиной 25 мм и поверхности полуцилиндрических выемок радиусом 1—50 мм, прорезанных в боковых поверхностях дюралевых стержней с прямоугольным сечением 25X70 мм (см. рис. 18). В качестве плоской поверхности, на которой измерялось затухание, служила боковая поверхность дюралевого стержня такого же прямоугольного сечения (контрольный стержень). Торцы контрольного стержня (рис. 17) были срезаны не под прямыми углами к оси и представляли двугранную поверхность (об этом см. ниже). Поскольку величина коэффициента затухания рэлеевских волн сильно зависит от структуры материала и степени обработки поверхности, то, с целью устранения этих факторов, все диски и стержни изготовлялись из одного листа дюраля Д16, а плоские и цилиндрические исследуемые поверхности 1были обработаны строго одинаково. [c.46]

Для расчета указанных зависимостей используем метод, применявшийся нами при расчете коэффициента затухания рэлеевских волн (см. 3 гл. I) зададим затухание продольных и поперечных волн в твердой среде в виде мнимых частей соответственных волновых чисел и получим из характеристических уравнений выражения для мнимых частей волновых чисел волн Лэмба через мнимые части волновых чисел продольных и поперечных Болн. Рассмотрим твердый слой с потерями, где [c.120]

По затуханию ультразвуковых рэлеевских волн можно определять также глубину поверхностно упрочненного (например, цементованного или закаленного) слоя детали. Это можно делать на основании следующих соображений. Плотность и упругие константы поверхностно-упрочненного слоя несколько отличаются от этих же параметров основной толщи образца. Несмотря на это различие, в такой неоднородной твердой среде тоже может распространяться рэлеевская волна, правда более сложного типа, чем в однородном твердом полупространстве. Затухание этой рэлеевской волны определяется глубиной упрочненного слоя, плотностями и упругими константами слоя и основной толщи материала [83]. Если все параметры, кроме глубины слоя, известны, то по затуханию волны можно определить глубину. На практике поступают проще [81]. Пусть, например, имеется большая серия однородных деталей с разбросом глубины поверх-ностно-упрочненного слоя. Выбирают несколько деталей (с максимально различными коэффициентами затухания рэлеевских волн) за эталоны и измеряют затухание рэлеевских волн в них. Далее каким-либо разрушающим методом определяют глубину слоя в эталонах. Построив кривую зависимости глубины слоя от затухания рэлеевских волн, можно определить глубину слоя любой детали из серии без разрушения ее, измерив лишь затухание, а упростив метод, можно отраничиться измерением амплитуды пришедшего сигнала при постоянном расстоянии между приемником и излучателем. [c.160]

Затухание рэлеевских волн, распространяющихся вдоль поверхности почти упругой среды, может быть выражено через любую пару определенных выше комплексных модулей. Пресс и Хили [124] вывели формулу для затухания волны Рэлея, выразив его [c.105]

Как было показано выше, комплексные упругие константы для любого вида деформации элементарного объема моЬут быть выражены через две заданные константы с пойощью обобщенного закона Гука. Если характер деформации меняется от точки к точке, требуется применить некоторый другой подход для оценки среднего поглощения через параметры среды. Например, согласно формуле (4,36) затухание рэлеевской волны на поверхности почти упругого полупространства зависит от 0р и 05, Аналогично величина Q для каждой моды собственных колебаний почти упругой сферы может быть различной даже в том случае, когда материал, нз которого сложена сфера, имеет только два независимых параметра поглощения. Величину Q для любого типа волны можно [c.133]

Распространение рэлеевских волн исследуется в ряде работ. И. А. Викторов (1958) изучает влияние несовершенства поверхности в виде щелевых полуцилипдрических и клинообразных выемок на поверхности дюралевой плиты при рабочих частотах около 3 Мгц на распространение рэлеевских волп. В работе приведены коэффициенты отражения и прохождения рэлеевских волн в зависимости от геометрии выемок. В следующей экспериментальной работе Викторова (1961) исследуется затухание рэлеевских волн на цилиндрических поверхностях доказывается, что выпуклые поверхности не дают дополнительного затухапия, а вогнутые приводят к дополнительному затуханию рэлеевских волн. Затем исследуются (Викторов, 1961а) прохождение и отражение рэлеевских волн в случае прямого угла, имеющего различные радиусы закругления г. При г = 0 — 0,7 коэффициент прохождения не монотонно (с осцилляциями) увеличивается от 0,66 до 0,99, т. е. практически до полного прохождения. [c.18]

Наконец, Н. Н. Егоров (1961) исследует затухание рэлеевских волн в упругом слое на иолупространстве при изменении основных работах частот от 0,8 до 18 Мгц в импульсном режиме. [c.19]

Метод пригоден только для контроля поверхностного слоя толщиной, соизмеримой с длиной рэлеевской волны. Его применение особенно целесообразно в случае, когда геометрия изделия не позволяет использовать эхо-метод или метод сквозного про-звучивания, когда коэффициент затухания или толщина изделия слишком велики. При определении упругой анизотропии он имеет преимущества по сравнению с другими методами, так как ультразвуковая волна распространяется вдоль поверхности, что эквивалентно смещению отраженного луча. Кроме того, нет необходимости преобразователи для возбуждения сдвиговых волн приклеивать к изделию, и процесс контроля можно автоматизировать. [c.288]

Эта формула для изменения частоты, полученная Л. И. Мандельштамом, определяет две спектральные линии (так называемый дублет Мандельштама — Брнллюэна). Эти спектральные линии находятся слева и справа от несмещенной центральной спектральной линии ), отличаясь по частоте от нее на А частота несмещенной линии равна частоте падающего света. Все три линии носят название триплета — они образуют так называемую тонкую структуру линий рэлеевского рассеяния ). То, что рэлеевская линия рассеяния должна расщепляться, образуя дублет при рассеянии света на дебаевских волнах, было предсказано Л. И. Мандельштамом. Эффект расщепления был затем обнаружен в опытах Г. С. Ландсберга и Л. И. Мандельштама и в опытах ленинградского физика Е. Ф. Гросса, которые были проведены с кристаллами кварца. Далее Е. Ф. Гроссом была также обнаружена тонкая структура линий рэлеевского рассеяния и в жидкостях. В действительности тонкая структура линий Рэлея оказывается более сложной. Сами линии триплета несколько размыты благодаря наличию затухания дебаевских волн кроме того, имеется световой фон, заполняющий промежутки между линиями, возникающий в ряде случаев благодаря рассеянию, вызываемому [c.302]

Применение рэлеевской теории рассеяния для объяснения затухания упругих волн в поликристаллах (металлы) было дано американским физиком У. Л эзоном. См. У. М э з о н. Пьезоэлектрические кристаллы и их применение в акустике, ИЛ, Москва, 1952. [c.481]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...