76367

Акустические методы НК

Лекция

Физика

Природа и свойства ультразвуковых колебаний. Распространение упругих колебаний в сплошной среде представляет собой волнообразный процесс. Диапазоны упругих колебаний в материальных средах Физическая природа упругих колебаний одинакова во всем диапазоне частот. Свойства упругих колебаний...

Русский

2015-01-30

277.5 KB

0 чел.

Лекция 8  Акустические методы НК

   План лекции. Общие понятия: упругие материалы, линейные, однородные, изотропные и анизатропные среды. Продольные, поперечные (сдвиговые) волны и их физические характеристики: скорость, частота, длина, волновое число. Ультразвуковой диапазон волн, акустическое сопротивление контролируемых сред.

 Природа и свойства ультразвуковых колебаний.  Если в сплошной среде – газах, жидкостях или твердых телах частицы среды окажутся выведенными из положения равновесия, то упругие силы, действующие на них со стороны других частиц, будут возвращать их в положение равновесия. При этом частицы будет совершать колебательное движение. Распространение упругих колебаний в сплошной среде представляет собой волнообразный процесс.
        Колебания с частотой от единиц Гц до 20 Гц называются 
инфразвуковыми, при частоте от 20 Гц до 16…20 кГц колебания создают слышимые звуки. Ультразвуковые колебания  соответствуют частотам от 16…20 кГц до 108 Гц, а колебания с частотой более 108 Гц получили название гиперзвуков. На рис.8.1 показана логарифмическая шкала частот, выполненная на основе выражения lg2f = 1, 2, 3 …, n, где 1, 2, 3 …, n – номера октав.

Рисунок 8.1 - Диапазоны упругих колебаний в материальных средах

         Физическая природа упругих колебаний одинакова во всем диапазоне частот. Свойства упругих колебаний .
             
Форма волны - это форма волнового фронта, т.е. совокупности точек, обладающих одинаковой фазой.  Звуковые волны подразделяются по типу волн: они могут быть продольными, поперечными, изгибными, крутильными – в зависимости от условий возбуждения и распространения.

       В жидкостях и газах распространяются только продольные волны, в твердых телах могут возникать также поперечные и другие из перечисленных типов волн. В продольной волне направление колебаний частиц совпадает с направлением распространения волны (Рис. 8.2, а), скорость продольной волны

где –Е – модуль Юнга;      ρ – плотность среды.

поперечная волна распространяется перпендикулярно направлению колебаний частиц (Рис.8.2, б), скорость поперечной волны

где –G – модуль сдвига;      ρ – плотность среды.

                

                                            а)                                                                  б)

Рисунок 8.2 – Движение частиц при распространении волны. -

а) - движение частиц среды при распространении продольной волны;

б) - движение частиц среды при распространении поперечной волны.

Продольными называются волны когда направление колебаний, частиц среды совпадают с направлением акустических волн и в среде возникают упругие деформации сжатия.

           Любая волна, как колебание, распространяющееся во времени и в пространстве, может быть охарактеризована частотойдлиной волны и амплитудой (Рис. 8.3).  При этом длина волны λ связана с частотой f через скорость распространения волны в данном материале c: 

                                                             λ = c/f.

      Частота – это количество колебаний, совершаемых системой в единицу времени; длина волны  – это расстояние, которое проходит волна за время равное периоду колебаний T (T = 1/f ), т. е. за время, затраченное на одно колебание; амплитуда колебаний – это максимальное отклонение колебательной системы от положения равновесия.
      

Рисунок 8.3 - Характеристики колебательного процесса

    
   
Длина волны λ — это расстояние, которое проходит волна, пока частица среды совершает одно колебательное движение. Расстояние между соседними максимумами или минимумами возмущения считают длиной волны.
   
Амплитуда колебаний А - представляет собой максимальное смещение частицы из положения равновесия во время ее колебательного движения, вызванного возбуждением частиц среды.
  
Частота колебаний f — это число колебаний, совершаемых частицей среды за одну секунду. Для звуковых волн, генерируемых средой, характерен непрерывный ряд или диапазон частот. Самая низкая частота волны называется основной или собственной, а остальные являются гармониками или обертонами. Частота второй гармоники в два раза превышает собственную частоту системы. Аналогично частота третьей гармоники превышает ее в три раза и т.д.
    
Период колебаний Т - это время, необходимое частице для совершения одного колебатель-ного движения. По определению время, за которое волна производит f колебаний, равно 1 секунде.
      
Колебание – это возвратно-поступательное движение из одного крайнего положения в другое и обратно через положение равновесия.
     
Фаза колебаний φ — это отношение смещения колеблющейся частицы в данный момент времени к его амплитудному значению. Если точки колебательного процесса находятся в одной фазе (их разность фаз составляет 2π), то расстояние между этими двумя точками равно одной длине волны λ.
     
Скорость распространения колебаний С — это расстояние, пройденное волной за одну сек.

Особенности ультразвуковых колебаний.

1. Обычно границей начала ультразвукового диапазона частот принято считать 16...20 кГц. На практике используются УЗ колебания по верхней границе  с частотой до 25 мГц.  Колебания таких высоких частот могут распространяться только в кристаллах.

2. УЗ колебания может распространяться в любых материальных средах (в прозрачных и непрозрачных средах, проводниках и диэлектриках и т.п.), что позволяет использовать их для исследования и воздействия на полимеры, металлы, жидкости, газы и др.

3.  Мощность ультразвуковых колебаний, распространяемых в средах, пропорциональна квадрату частоты, и поэтому, в отличие от мощности звуковых колебаний - очень велика. Мощность ультразвуковых колебаний может достигать сотен киловатт, а интенсивность (энергия, распространяемая через единицу площади в единицу времени) - 1...1000 Вт/см2. При таких интенсивностях ультразвукового воздействия внутри материальных тел может распространяться очень большая энергия механических колебаний. В ходе распространения волны (в колебательном процессе) возникают перепады звукового давления, превышающие десятки мПа. Кроме того, это давление меняет свой знак, переходя в разряжение с частотой большей 20 тысяч раз в секунду.
      Возможность ввода огромных энергий позволяет повышать эффективность множества различных технологических процессов, создавать новые материалы, получать новые вещества, решать многие вопросы технологического контроля и измерений. Эти свойства положены в основу применения УЗ контроля.

4.  Важнейшей акустической характеристикой среды является упругое волновое сопротивление – акустический импеданс, Z:

                                                    

5. Скорость распространения звуковой волны в различных средах, табл. 8.1   

Таблица 8.1. – Скорость звука в различных средах

6. Для звуковых волн выполняются законы отражения и преломления, распространения аналогичные законам отражения и преломления света

   

PAGE  4


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

83880. Хирургическая анатомия желчного пузыря и желчных протоков. Варианты желчных протоков. Дренирование желчных протоков 78.03 KB
  Хирургическая анатомия желчного пузыря Желчный пузырь представляет собой грушевидной формы резервуар для желчи располагающийся между правой и квадратной долями печени. Шейка желчного пузыря продолжается в пу зырный проток направлена в сторону ворот печени и залегает вместе с пузырным протоком в печеночнодвенадцатиперстной связке. С\'келетотопия: дно желчного пузыря определяется спереди.
83881. Хирургическая анатомия желудка. Отделы, кровеносные сосуды, нервы и лимфатические пути 54.69 KB
  Отделы желудка Желудок имеет достаточно специфическую форму. В нем можно выделить несколько отделов которые отличаются в функциональном отношении и по своему гистологическому строению: кардиальный отдел дно желудка тело желудка и пилорический отдел. Кардиальный отдел или кардия желудка назван так за то что он располагается в непосредственной близости к сердцу.
83882. Хирургическая анатомия двенадцатиперстной кишки. Отделы, кровеносные сосуды. Большой и малый дуоденальные сосочки 50.97 KB
  Верхняя часть луковица двенадцатиперстной кишки располагается между привратником желудка и верхним изгибом двенадцатиперстной кишки. Нисходящая часть двенадцатиперстной кишки образует более или менее выраженный изгиб вправо и идет от верхнего до нижнего изгибов. В эту часть открываются обший желчный проток и проток поджелудочной железы на большом сосочке двенадцатиперстной кишки.
83883. Хирургическая анатомия поджелудочной железы и спленэктомия 51.49 KB
  Она имеет: переднюю поверхность к которой выше брыжейки поперечной ободочной кишки прилегает антральная часть желудка а ниже петли тонкой кишки; заднюю поверхность к которой прилегают правая почечная артерия и вена общий жёлчный проток и нижняя полая вена; верхний и нижний края. Тело имеет: переднюю поверхность к которой прилегает задняя стенка желудка; заднюю поверхность к которой прилегают аорта селезёночная и верхняя брыжеечная вены; нижнюю поверхность к которой снизу прилегает дена дцатиперстнотощекишечный изгиб; верхний...
83884. Хирургическая тактика при проникающих ранениях брюшной полости Тактика при ранении паренхиматозных и полых органов 50.73 KB
  Для осмотра селезенки желудок оттягивают вправо а левый изгиб ободочной кишки книзу. При обнаружении в брюшинной полости содержимого желудочнокишечного тракта сначала осматривают переднюю стенку желудка его пилорическиий отдел верхнюю горизонтальную часть двенадцатиперстной кишки а затем заднюю стенку желудка для чего рассекают желудочноободочную связку. Для обнаружения источника повреждения задней стенки нисходящей части двенадцатиперстной кишки рассекают париетальный листок брюшины по её наружному краю по Кохеру и мобилизовав...
83885. Операции при перфоративной язве желудка и двенадцатиперстной кишки. Техника выполнения. Тактика при перфорации опухоли желудка 51.17 KB
  Тактика при перфорации опухоли желудка. Ушивание прободной язвы желудка и двенадцатиперстной кишки При прободной язве желудка возможно выполнение двух видов срочных оперативных вмешательств: ушивание прободной язвы или резекция желудка вместе с язвой. При ушивании перфорационного отверстия необходимо придерживаться следующих правил: дефект в стенке желудка или двенадцатиперстной кишке ушивается обычно двумя рядами серозномышечных швов линия швов должна быть направлена перпендикулярно к продольной оси органа во избежание стеноза просвета...
83886. Операции при желудочном кровотечении 49.82 KB
  Основная задача оперативного вмешательства при ЯК состоит в спасении жизни пациента путем выполнения адекватного состоянию больного объема операции позволяющего устранить источник кровотечения обеспечить надежный гемостаз и по возможности излечить от язвы желудка двенадцатиперстной кишки или язвы ГЭА. При залуковичных язвах двенадцатиперстной кишки осложненных кровотечением следует применять дренирующие желудок операции с прошиванием кровоточащей язвы дополненные стволовой ваготомией. Оптимальным вмешательством при кровоточащих...
83887. Ваготомия и пилоропластика. Показания, техника выполнения 50.11 KB
  Показания: осложненные формы язвенной болезни двенадцатиперстной кишки и пилорического отдела желудка сопровождающиеся пенетраиией. Селективная проксимальная ваготомня пересекаются веточки блуждающих нервов идущие только к телу и дну желудка. Ветви блуждающих нервов иннервирующие антральный отдел желудка и пилорус ветвь Латерже. Ветвь Латерже считают чисто двигательной которая регулирует моторику пилорического сфинктера желудка.
83888. Гастростомия. Показания, техника выполнения операции по Витцелю 49.58 KB
  Гастростомия наложение искусственного свища желудка. Показания: ранения свищи ожоги и рубцовые сужения пищевода неоперабельный рак глотки пищевода кардиального отдела желудка. как правило самостоятельно закрываются после удаления трубки: губовидные свищи искусственный вход формируют из стенки желудка способ Топровера: являются постоянными. трансректальная левосторонняя послойная лапаротомия длиной 1012 см от реберной дуги вниз; выведение в рану передней стенки желудка на которую между малой и большой кривизнами по длинной оси...