ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Акустические свойства сред из "Неразрушающий контроль. Кн.2" Основные физико-механические свойства среды плотность, упругость, структурное строение — определяют постоян- ные, характеризующие распространение в среде упругих волн, т. е. акустические свойства среды (см. Приложение). [c.30] Скорость распространения акустических волн для жидкостей или газов определяют при заданном состоянии среды (температуре, давлении) постоянной с=У(др/др) =УКр, где р — давление в веществе р — его плотность К — модуль всестороннего сжатия, равный отношению давления к деформации изменения объема с обратным знаком. Индекс 5 показывает, что производная берется при постоянной энтропии. Как правило, скорость не зависит от частоты, однако в некоторых веществах в определенном диапазоне частот наблюдают дисперсию скорости. Это объясняется тем, что скорость зависит от числа степеней свободы колебательного движения молекул. В упомянутом диапазоне частот в колебания начинает вовлекаться дополнительная степень свободы взаимное движение атомов внутри молекул. Исследование свойств веществ и кинетики молекулярных процессов по скорости (и затуханию) акустических волн составляет предмет молекулярной акустики. [c.30] Твердые изотропные вещества характеризуются скоростями распространения продольных и поперечных волн, определяемыми формулами (1.16) и (1.17). Эти два значения скорости можно использовать как пару упругих констант вместо коэффициентов Ламэ или модулей упругости. В п. 3.4.1 описаны анизотропные твердые вещества, характеризующиеся большим количеством независимых значений скоростей звука и изменением скорости в зависимости от направления. [c.31] Анизотропным веществом является кристалл твердого тела. В нем свойства изменяются в зависимости от направлений. Максимально возможное число независимых упругих констант — 21, однако наличие симметрии кристаллов уменьшает число независимых упругих констант для кристаллов большинства классов. [c.31] В каждом направлении в кристалле может распространяться три упругих волны с разными скоростями. В изотропном твердом теле им соответствуют продольная волна и две поперечные с взаимно перпендикулярным направлением колебаний, причем скорости этих поперечных волн одинаковы. В кристалле вектор смещения в каждой волне обладает компонентами как параллельными, так и перпендикулярными направлению распространения, т. е. каждая волна не будет ни чисто продольной, ни чисто поперечной [11, 13]. Изучением связи свойств кристаллов по распространению в них упругих волн занимается кристаллоакус-тика. [c.31] Анизотропия характеристик кристалла приводит к тому, что групповая скорость, определяющая направление потока энергии /, не совпадает с направлением волнового вектора к (рис. 1.9). Волновые фронты остаются перпендикулярными к. Угол V между Лик является пространственным и может составлять десятки градусов. [c.31] Скорость распространения акустических волн зависит от температуры. Эту зависимость характеризуют изменением скорости на один градус температуры. Для газов это величина положительная, для жидкостей и твердых тел — отрицательная порядок ее 0,01. ..0,05%. Для воды зависимость аномальная. [c.31] Скорость продольных волн для железа (стали) равна 5,91Х ХЮ м/с. Для практических расчетов удобнее пользоваться кратными единицами СИ (как это предлагалось в 1.1). В этих единицах скорость в железе будет равна 5,91 мм/мкс таким образом, отпадает необходимость в множителе 10 . [c.31] Для плоской гармонической бегущей волны, распространяющейся в Жидкой среде, согласно формулам (1.11) акустический импеданс равен 2=р/у = рс. Эта величина характеризует среду, в которой распространяется волна. Ее называют волновым сопротивлением среды или ее характеристическим импедансом. Понятием импеданса пользуются также для твердого тела (для продольных и поперечных волн), определяя его как отношение соответствующего механического напряжения, взятого с обратным знаком, к колебательной скорости частиц среды. [c.32] Возникновение термина импеданс связано с системой электромеханических аналогий, в которой электрическое напряжение сопоставляется с давлением, а ток — со скоростью. С физической точки зрения акустический (и механический) импеданс показывает, насколько трудно раскачать систему, степень неподатливости системы воздействию колебаний. В дальнейшем понятие акустического импеданса и его обобщение на случай границы сред будет широко использоваться при решении задач об отражении и прохождении акустических волн. [c.32] Коэффициент затухания. Ослабление амплитуды плоской гар- ионической волны в результате взаимодействия ее со средой про- исходит по закону где х — путь в среде, а б—-коэффициент затухания (см. 1.1). В дальнейшем термин затухание будем относить только к ослаблению, учитываемому экспоненциальным множителем, в отличие от уменьшения амплитуды, связанного с расширением волнового фронта, например, в сферической волне. [c.32] Величина, обратная коэффициенту затухания, показывает, на каком пути амплитуда волны уменьшается в е раз, где е — число Непера, поэтому размерность коэффициента затухания м . В литературе [11] иногда эту единицу записывают непер/м (Нп/м), однако ГОСТом такая единица не предусмотрена. Часто коэффициент затухания выражают числом N отрицательных децибел, на которое уменьшается амплитуда волны на единичном участке пути х= и-М—2Q ge- ==—8,68 дБ/м, поэтому 1 м = 1 Нп/м = = 8,686 дБ/м. [c.32] Коэффициент затухания складывается из коэффициентов поглощения бп и рассеяния бр б = бп- -бр. При поглощении звуковая энергия переходит в тепловую, а при рассеянии энергия остается звуковой, но уходит из направленно распространяющейся волны. [c.32] В газах и жидкостях, не засоренных инородными частицами, 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 б = б// . В случаях, когда в жидкости наблюдается дисперсия скорости ультразвука, квадратичная зависимость б от частоты нарущается (см. Приложение). [c.33] Коэффициент поглощения в твердых телах пропорционален f (стекло, биологические ткани, металлы, некоторые пластмассы) или р (резина, многие пластмассы). Для одной и той же среды поглощение поперечных волн при /=сопз1 меньще, чем продольных. Это обусловлено тем, что поперечные колебания не связаны с изменением объема и потери на теплопроводность отсутствуют. [c.33] Рассеяние отсутствует в однородных аморфных твердых материалах типа стекла, пластмассы. Слабое рассеяние в них может возникать под влиянием внутренних напряжений, вызывающих изменение скорости звука и преломление (отклонение) упругих волн. В гетерогенных материалах (чугун, гранит, бетон) рассеяние весьма велико. Большое рассеяние наблюдают также в большинстве металлов даже при высокой степени их однородности. [c.33] Металлы, применяемые на практике, имеют поликристалличе-скую структуру, они состоят из большого количества кристаллитов (зерен) — монокристаллов, не имеющих явно выраженной огранки. Чаще всего кристаллиты ориентированы случайным образом при переходе ультразвука из одного кристаллита в другой скорость звука из-за анизотропии может измениться в большей или меньшей степени. В результате возникает частичное отражение, преломление ультразвука и трансформация типов волн, что определяет механизм рассеяния. [c.33] В сварных швах из аустенитной стали происходит упорядочение ориентации кристаллов. Особенности распространения акусти- ческих волн в таком материале рассмотрены в п. 3.1.4 (см. При ложение). [c.34] Решение. Ослабление составит е- =е- - =0,55=5,21 дБ (имеются в виду отрицательные дБ). [c.35] Вернуться к основной статье