ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Природа ультразвука из "Ультразвуковая дефектоскопия" Ультразвук — это упругие колебания и волны высокочастотной части спектра акустических волн. Как известно, в зависимости от частоты упругие волны подразделяют на инфразвуковые с частотой до —20 Гц, звуковые —от —20 до —2-10 Гц, ультразвуковые — от -2-10 до 10 Гц и гиперзвуковые —свыше 10 Гц. [c.50] Акустическими (упругими) волнами называют распространяющиеся в упругой среде механические возмущения (деформации). Упругие волны могут возникать в любой материальной среде твердой, жидкой и газообразной. Возмущения от источника передаются частицам среды, которые начинают колебаться относительно своей точки равновесия. Эти колебания передаются соседним частицам, которые также начинают колебаться, затем колебания передаются все новым и новым частицам и в среде возникает упругая волна. [c.50] Основное свойство упругих волн состоит в том, что в волне осуществляется перенос энергии без переноса вещества. [c.50] Пространство, в котором распространяются упругие волны, называется звуковым или акустическим полем. [c.51] Геометрическое место точек среды, в которых в рассматриваемый момент времени фаза волны имеет одно и то же значение, называют волновой поверхностью или фронтом волны. Различным значениям фазы соответствует семейство волновых поверхностей. Если в среде распространяется кратковременное возмущение (импульс), то фронтом волны называют границу между возмущенной и невозмущенной областями среды. Волновые поверхности непрерывно перемещаются в среде и при этом деформируются. В однородной и изотропной среде скорость каждой точки волновой поверхности направлена по нормали к поверхности и численно равна скорости с, называемой фазовой скоростью волны 5. [c.51] В среде, обладающей дисперсией (рассеянием), происходит искажение формы группы волн при ее распространении, обусловленное различием фазовых скоростей отдельных компонент группы. В этом случае скорость переноса энергии группой волн называют групповой скоростью. При отсутствии дисперсии групповая скорость совпадает с фазовой скоростью волны. [c.52] В неограниченной однородной изотропной среде распространение упругих волн имеет пространственный характер и в зависимости от формы фронта волны могут быть плоскими, сферическими и цилиндрическими. [c.52] Плоские волны возбуждаются колеблющейся пластиной, если ее поперечные размеры значительно превосходят длину волны. Волновые поверхности плоской волны имеют вид параллельных плоскостей. [c.52] Сферические волны возбуждаются точечным источником волн или колеблющимся шаровым телом, размеры которого малы. Волновые поверхности сферической волны имеют вид концентрических сфер. По направлению любого радиуса сферы колебания происходят и распространяются совершенно одинаково. [c.52] Цилиндрические волны возбуждаются цилиндрическим телом (стержнем, цилиндром и т. п.), длина которого значительно больще его поперечных размеров. Волновые поверхности в данном случае имеют вид концентрических цилиндров. На очень больших расстояниях от источника сферические и цилиндрические волновые поверхности становятся практически плоскими. [c.52] В зависимости от упругих свойств среды в ней могут возникать упругие волны различных видов, отличающиеся направлением смещения колеблющихся частиц. В связи с этим различают продольные, сдвиговые, поверхностные, нормальные и другие волны. [c.52] Если колебания частиц среды совпадают с направлением распространения волны, то волна называется продольной. Такая волна может быть возбуждена в твердом теле, жидкой и газообразной средах. Если колебания частиц среды перпендикулярны направлению распространения волны, то волна называется сдвиговой (поперечной). Она может быть возбуждена только в твердом теле, которое способно упруго сопротивляться деформации сдвига. [c.52] Продольные и сдвиговые волны могут возникать в чистом виде только в неограниченной среде или в теле, размеры которого во всех направлениях значительно превышают длину волны. [c.52] На свободной поверхности твердого тела можно возбудить поверхностные волны или волны Рэлея, частицы в которых движутся по эллипсам. Амплитуда колебаний частиц по мере удаления от свободной поверхности убывает по экспоненте, поэтому волна локализована в тонком поверхностном слое толщиной в 1—1,5 X. [c.52] В сравнительно тонких плоских телах и телах с постоянной толщиной (листах, пластинах, проволоке) можно возбудить нормальные волны или волны Лэмба, связанные с волноводным механизмом распространения УЗК. В тонких листах толщиной при постоянной частоте f можно возбудить определенное число симметричных и антисимметричных нормальных волн, отличающихся фазовыми и групповыми скоростями, смещениями и напряжениями по толщине листа. При этом характер смещений частиц и напряжений обусловливает деформацию листа. На рис. 22 схематично изображена деформация листа в направлении распространения в нем симметричных 5 и антисимметричных а волн. [c.52] Примечание. Для большинства металлов значение коэффициента Пуассона д лежит в пределах 0,25—0,35, а величина модуля сдвига О составляет 0,38—0,40 . [c.53] В изотропных твердых телах скорость распространения упругих волн зависит от вида волны, упругих постоянных и размеров тела, в котором волна распространяется. [c.54] Для ультразвуковой дефектоскопии большое значение имеет удельное акустическое сопротивление среды, которое выражается произведением плотности среды р на скорость с распространения в ней упругих волн данного типа. [c.54] В табл. 3 приведены формулы для определения скорости распространения упругих волн, удельного акустического сопротивления и упругих постоянных, а в табл. 4 показаны их значения для некоторых материалов. [c.55] Вернуться к основной статье